DE3617401A1 - Turboladergehaeuse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse zum Umschließen der Rotoren eines Kompressors und einer Turbine eines Turboladers und insbesondere auf ein Gehäuse mit entfernbaren Endteilen, welche freien Zugang zu den Bauteilen gewährt, die innerhalb des zentralen Teils des Turboladergehäuses untergebracht sind.

Ein Turbolader ist eine bekannte Einrichtung zur Vergrößerung des Drucks, mit dem die Luft einem Motor zugeführt wird. Typischerweise weist der Turbolader eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Welle auf. Das eine Ende der Welle trägt einen Turbinenrotor, während das entgegengesetzte Ende einen Kompressorrotor aufweist. Wenn Abgase des Motors über den Turbinenrotor geleitet werden, dreht sich die Welle und treibt den Kompressorrotor an, um Druckluft zu erzeugen, die einem Vergaser, der Ansaugleitung oder den Zylindern eines Motors zugeführt werden kann. Die Wartung, Reparatur und der Ersatz von Bauteilen des Turboladergehäuses kann oft schwierig und zeitaufwendig sein.

Da der Turbinenabschnitt und der Kompressor­ abschnitt eines Turboladers in strömungsmäßiger Verbindung mit dem Abgassystem bzw. dem Einlaßsystem des Motors stehen, ist es wichtig, daß die Gehäuseteile abgeschlossene Strömungskanäle zur Vervollständigung der Abgas- und Einlaßleitungen bilden. Da die Notwendigkeit des Zugangs zu den Bauteilen innerhalb des Gehäuses es erforderlich macht, daß dieses aus zwei oder mehr Teilen besteht, müssen die Spalte zwischen den Teilen abgedichtet sein, um Leckstrom aus den Strömungskanälen zu vermeiden. Deshalb werden in bekannter Weise spezielle Verbindungs­ stücke verwendet, welche die Gehäuseteile abdichtend miteinander verbinden. Solche Verbindungsstücke müssen speziell gefertigt und eingebaut werden und führen so tendenziell zu einer Erhöhung der Kosten der Turbolader­ konstruktion.

Wenn darüberhinaus das Turboladergehäuse aus nur zwei Stücken besteht, beispielsweise einem Gehäuse mit einem einzigen offenen Ende, welches durch ein Endgehäuse­ teil verschlossen wird, müssen die Rotoren der Turbine und die Welle komplett entfernt werden, wenn eine der Komponenten gewartet werden soll. Obwohl es bekannt ist, ein Endgehäuseteil an jedem Ende eines zentralen Gehäuses vorzusehen, welches die Turbinenwelle trägt, sind die bekannten Endgehäuseteile nicht gut dafür eingerichtet, den dazwischen fließenden Gasstrom zu kontrollieren. Während solche Endgehäuseteile zum Umschließen des entsprechenden Rotors in einer vorbestimmten Richtung zu den Strömungskanälen ausgelegt worden ist, wurden die Endplatten nicht dafür vorgesehen, ein zusätzliches Leitwerk für zusätzliche Drallkomponenten zu bilden oder eine andere Strömungskontrolle für optimales Strömungs­ verhalten durch das Turbinengehäuse zu schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden, und weist hierzu ein Turboladergehäuse mit einem zentralen Gehäuseteil, welches eine Einrichtung zur drehbaren Lagerung der Turboladerwelle und mit zwei Endgehäuseteilen aufweist, die zum abdichtenden Eingriff mit den axialen Enden des zentralen Gehäuseteils ausgebildet sind, um eine Turbinenkammer und eine Kompressorkammer dazwischen einzuschließen. Die Endteile sind lösbar am zentralen Gehäuseteil befestigt, vorzugsweise durch eine Mehrzahl von Schraubbolzen, die sich durch aneinander anliegende ringförmige Oberflächenteile an den axialen Enden des zentralen Gehäuseteils und den Endteilen des Gehäuses erstrecken. Die Endgehäuseteile können darüberhinaus in spezieller Weise gestaltet sein, um Kanäle zur Strömungsbeeinflussung zu bilden, welche Einrichtungen zur Erteilung spezieller Strömungscharakteristiken an den Gasstrom aufweisen, der durch den Turbolader gelangt.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Endgehäuseteile eine Mehrzahl von Schaufeln auf, die integral mit den Endgehäuseteilen verbunden sind und die sich zu einer Eingriffsfläche am zentralen Gehäuseteil erstrecken. In der bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich Montagebohrungen durch die ringförmige Oberfläche des zentralen Gehäuseteils fluchtend zu Verriegelungs- oder Schraubbohrungen in den Schaufeln, die am Endgehäuseteil angeformt sind. Zusätzliche Eingriffsflächen sind in radialem Abstand von den Schaufeln vorgesehen, und zwar an den Endgehäuseteilen, und werden ebenfalls durch Schraubeinrichtungen miteinander gekoppelt, die sich durch die aneinanderliegenden Eingriffsflächen um den Umfang des Gehäuses erstrecken.

Die Schaufeln an einem Endgehäuseteil sind vorzugsweise so geformt, daß sie sich in einen Verbindungskanal erstrecken, der durch eine rückgesetzte Wand in dem Endgehäuseteil und eine ringförmige Oberfläche am axialen Ende des zentralen Gehäuses gebildet wird. Der so geformte Kanal verbindet einen ringförmigen Raum in dem Endgehäuseteil mit radialem Abstand von der Achse des Gehäuses und einen axialen Raum im Engehäuseteil, der zur Aufnahme eines Rotors ausgebildet ist. Auf diese Weise können optimale Strömungscharakteristiken den strömenden Gasen durch den Turbinenabschnitt und den Kompressorabschnitt des Turboladers erteilt werden. Die Strömungsmuster können darüberhinaus leicht geändert werden, indem das Endgehäuseteil entfernt und die axial vorstehenden Schaufeln erneut bearbeitet werden. Das zentrale Gehäuseteil kann darüberhinaus gänzlich für Inspektion und Reparatur der Rotoren, der Welle oder der Lager entfernt werden.

Die vorliegende Erfindung schafft so ein Turboladergehäuse, welches im wesentlichen einfacher zu konstruieren und zusammenzusetzen ist als vorbekannte Turboladergehäuse. Darüberhinaus ermöglicht das Gehäuse der vorliegenden Erfindung eine größere Kontrolle der Strömungscharakteristiken der durchströmenden Gase durch die Turbine oder den Kompressor des Turboladers. Weiterhin bietet die Erfindung einen festen, dichten Eingriff zwischen trennbaren Teilen des Gehäuses und vermeidet die Notwendigkeit komplizierter Abdichtung oder von Verbindungsstrukturen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Turboladergehäuses, teilweise im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 mit weggebrochenen Teilen und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 mit weggebrochenen Teilen.

In Fig. 1 ist ein Turbolader 10 gemäß Erfindung gezeigt, der durch ein Gehäuse 12 umschlossen wird, welches einen zentralen Gehäuseteil 14 und Endgehäuseteile 16 und 18 umfaßt. Der zentrale Gehäuseteil 14 weist Lagereinrich­ tungen 20 auf, die zur drehbaren Lagerung der Turbinenwelle um die Mittellinie 22 innerhalb des Gehäuses 12 dienen.

Ein Turbinenrotor 24 ist an einem Ende der Welle 22 befestigt und erstreckt sich nach außen von dem zentralen Gehäuseteil 14 in einen axialen Raum 26 im Endgehäuseteil 18, das einen Abgasauslaß für den Turbolader 10 bildet. In ähnlicher Weise ist ein Kompressorrotor 28 mit dem anderen Ende der Welle 22 verbunden und erstreckt sich nach außen vom zentralen Gehäuseteil 14 in einen axialen Raum 30 im Endgehäuseteil 16, der einen Ansauglufteinlaß für den Motor bildet. Zusätzlich weisen die Endgehäuseteile 16 und 18 jeweils einen im wesentlichen ringförmigen Raum 34 bzw. 32 auf, vorzugsweise in der Form eines sich verjüngenden Torus, um den vom Rotor 28 erzeugten Luftstrom bzw. den zum Rotor 24 geleiteten Abgasstrom entsprechend zu beeinflussen.

Der ringförmige Hohlraum 32 ist mit dem axialen Hohlraum 26 über einen Kanal 36 verbunden, der zwischen einer ausgesparten Wandoberfläche 38 im Endgehäuseteil 18 und einer ringförmigen Wandoberfläche 40 des zentralen Gehäuseteils 14 gebildet ist. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Leitflügeln integral mit dem Endgehäuseteil 18 gebildet, die sich axial von der mit Aussparungen versehenen Wand 38 zur ringförmigen Wandoberfläche 40 des zentralen Gehäuseteils 14 erstrecken. In ähnlicher Weise besitzt das Endgehäuseteil 16 Leitschaufeln 52, die integral mit dem Gehäuseteil 16 ausgebildet sind und sich von einer mit Aussparungen versehenen Wand 48 zur ringförmigen Wandoberfläche 50 des zentralen Gehäuseteils 14 erstrecken und dabei einen Schaufelkanal 46 zwischen dem ringförmigen Raum 34 und dem axialen Raum 30 bilden.

Wie skizzenmäßig in Fig. 1 dargestellt, wird die von dem Rotor 12 erzeugte Druckluft vom Raum 34 zu den Einlaßkanälen 35 des Motors 11 über entsprechende verbindende Kanäle geleitet. Darüberhinaus stehen die Auslaßkanäle 33 des Motors 11 in strömungsmäßiger Verbindung mit dem ringförmigen Raum 32 über einen entsprechenden verbindenden Kanal. Demgemäß führen die auf den Turbinenrotor 24 einwirkenden Abgase zur Drehung der Welle, wobei der Kompressorrotor 28 Druckluft an das Lufteinlaßsystem des Motors 11 in bekannter Weise erzeugt. Die Endgehäuseteile 16 und 18 sind lösbar an dem zentralen Gehäuseteil 14 befestigt, vorzugsweise mittels Schraubbolzen 44, die durch Ringflächenteile der Gehäuseteile hindurch­ greifen, welche zueinander ausgerichtet sind und aneinander liegen. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist es insbesondere vorteilhaft, die Schraubbolzen 44 durch die sich radial erstreckenden Endteile 15 und 17 des Gehäuseteils 14 fluchtend zu den Schaufelkörpern an den Endteilen 16 und 18 anzuordnen. In der bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Schraubbolzen 44 durch eine Bohrung im zentralen Gehäuseteil 14 und greifen in Schraubbohrungen in den Endgehäuseteilen 16 und 18 ein.

In dieser bevorzugten Ausführungsform weisen die Endteile 16 und 18 und der zentrale Gehäuseteil 14 zusätzliche ringförmige, ineinandergreifende Oberflächen auf. Im speziellen sind jeweilige Randteile 56 und 54 vorgesehen, die jeweils Randteile des zentralen Gehäuseteils 14 überlappen und jeweils eine Oberfläche aufweisen, die in eine ringförmige Oberfläche 60 bzw. 58 eingreifen, die sich an den radial erstreckenden Wandungen 15 und 17 des zentralen Gehäuseteils 15 befinden. Auch hier greifen Schraubbolzen 44 in die Randteile 56 und 54 ein, um die Endteile 16 und 18 am zentralen Gehäuseteil 14 in abdichtender Weise zu sichern.

Aufgrund dieser strukturellen Merkmale der bevorzugten Ausführungsform ist ersichtlich, daß bei der Wartung oder Reparatur des Turboladers die Endgehäuseteile 16 und 18 bequem von dem zentralen Gehäuseteil 14 entfernt werden können, indem die Schraubbolzen 44 gelöst werden, ohne daß die Einrichtungen zur Lagerung der Welle in dem zentralen Gehäuseteil auseinandergenommen werden müssen. Es versteht sich auch, daß mit entfernten Endgehäuseteilen 16 und 18 die Schaufelkanäle 36 und 46 modifiziert werden können, da die Schaufeln 42 und 52 für die Bearbeitung frei zugänglich sind. Die Entfernung der Endteile 16 und 18 führt darüberhinaus zum freien Zugang zum gesamten Turboladermechanismus, ohne daß ein kompliziertes Auseinandernehmen von zahlreichen Gehäuseteilen notwendig wäre, wie bei einigen bekannten Turboladereinheiten. Die Anordnung der Montageschraubbolzen durch Gehäuseteile mit ineinandergreifenden Oberflächen führt darüberhinaus zu guter Abdichtung zwischen den Gehäuseteilen, wobei die durch die Hohlräume gebildeten Strömungskanäle in den Endteilen umschlossen werden. Trotzdem sind die Endteile leicht zu entfernen zu Zwecken der Modifikation oder der Reparatur der Bauteile des Turboladers.

Claims (10)

1. Gehäuse für einen Turbolader mit einem Turbinenrotor (24) und einem Kompressorrotor (28), die an einer drehbaren Welle befestigt sind, mit folgenden Merkmalen:
ein zentrales Gehäuseteil (14) weist Einrichtungen zur drehbaren Lagerung der Welle auf, wobei jedes axiale Ende (15, 17) des zentralen Gehäuseteils (14) mindestens eine ringförmige Endoberfläche (40, 50) aufweist;
zwei Endgehäuseteile (16 18) bestimmen jeweils einen ersten, im wesentlichen ringförmigen Hohlraum (32, 34), einen zweiten axialen Hohlraum (26, 30) und einen Verbindungskanal (36, 46), der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraum erstreckt;
die Endgehäuseteile (16, 18) weisen ferner jeweils einen Randgehäuseteil (54, 56) auf, der zum dichtenden Eingriff in dem zentralen Gehäuseteil (14) ausgebildet ist, um die ersten und zweiten Räume (34, 30 bzw. 32, 26) dazwischen einzuschließen;
es sind Einrichtungen (44) zum lösbaren Befestigen der Endteile (16, 18) am zentralen Gehäuseteil (14) vorgesehen.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (36, 46) zwischen einer rückgesetzten Wand (38, 48)
des Endteils (16, 18) und der ringförmigen Endoberfläche (40, 50) des zentralen Gehäuseteils (14) gebildet wird.

3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Schaufeln (42, 52) in dem Verbindungskanal (36, 46) in Umfangsrichtung verteilt angeordnet ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (42, 52) integral an der rückgesetzten Wandoberfläche (38, 48) angeformt sind und an der ringförmigen Endoberfläche (40, 50) des zentralen Gehäuseteils (14) anliegen bzw. dort eingreifen.

5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Endteil (16, 18) und das zentrale Gehäuseteil (14) jeweils eine ringförmige Oberfläche (58, 60) zum gegenseitigen Eingriff aufweisen und daß die Befestigungseinrichtung Schraubbolzen (44) aufweist, um das jeweilige Endteil gegen den zentralen Gehäuseteil unter Zwischenlage der ineinandergreifenden Oberflächen fest und dichtend anzulegen.

6. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung Schraubbolzen (44) aufweist, um jeweils ein Endteil gegen das zentrale Gehäuseteil dicht anzulegen, wobei eine Mehrzahl von Schraubbolzen in Gewinde eingreift, die in einer entsprechenden Anzahl von Schaufeln vorgesehen sind.

7. Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Endteil (16, 18) und das zentrale Gehäuseteil (14) jeweils eine ringförmige ineinandergreifende Oberfläche (58, 60) in radialem Abstand von den Schaufeln (42, 52) und Schraubbolzen­ einrichtungen (44) aufweist, um die Endteile gegen den zentralen Gehäuseteil über die ineinandergreifenden Oberflächenteile dichtend eingreifen zu lassen.

8. Gehäuse für einen Turbolader mit folgenden Merkmalen:
ein zentrales Gehäuseteil (14) weist Einrichtungen zur drehbaren Lagerung der Welle auf, wobei jedes axiale Ende (15, 17) des zentralen Gehäuseteils (14) mindestens eine ringförmige Oberfläche (40, 50) aufweist;
zwei Gehäuseendteile (16, 18) weisen jeweils eine im wesentlichen ringförmige Oberfläche (40, 50) auf, die axial fluchtend zu einer oder mindestens einer ringförmigen Oberflächenteil des zentralen Gehäuses ausgerichtet ist und eine Mehrzahl von Schaufeln (42, 52) aufweist, die integral an dem jeweiligen Endgehäuseteil angeformt sind und sich axial zum einen ringförmigen Oberflächenteil des zentralen Gehäuseteiles erstrecken und mit diesem zusammenarbeiten;
eine Einrichtung zum entfernbaren Befestigen jedes Gehäuseendteils am zentralen Gehäuseteil.

9. Gehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung eine Mehrzahl von Schraubbolzen aufweist, die in Schraubgewinde in einer entsprechenden Anzahl von Schaufeln eingreifen.

10. Gehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Endteil und das zentrale Teil jeweils eine ringförmige Eingriffsfläche im radialen Abstand von den Schaufeln und der Befestigungseinrichtung zum festen Eingriff des Endteils am zentralen Teil über die Eingriffsflächen aufweist.