DE966394C

DE966394C - Abgasturbolader fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE966394C
Application number: DEB17729A
Authority: DE
Inventors: Lothar Keiner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1951-11-18
Filing date: 1951-11-18
Publication date: 1957-08-01

Description

Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen Bei Abgasturboladern für Brennkraftmaschinen mit im wesentlichem radialer Strömungsrichtung des Arbeitsmittels durch die Turbine ist es bekannt, die Turbimenbeschaufelung und die Gebläseheschaufelung auf einem gemeinsamen Laufradkörper zu befestigen. Diese Anordnung der Turbinenbeschaufelung einerseits und der Gebläsebeschaufelung andererseits auf einem gemeinsamen Laufradkörper ergibt eine leichte und vor allen Dingen eine kurze Bauweise eines Abgasturboladers. Dabei ist die Turbinenbeschaufelung unmittelbar fliegend an dem Laderrad angesetzt. Dies bedingt jedoch nachteiligerweise eine unerwünschte Wärmeübertragung von. der Turbinenseite auf die Gebläseseite. Um diesen Übelstand zu beseitigen, hat man zwischen der heißen Turbinenseite und der Gebläseseite bzw. zur Kühlung der Gebläsebeschaufelung - um einen. hohen Wirkungsgrad der Verdichtung zu erlangen - ineinandergeschachtelte Luft- und Abgaskanäle im Laufradkörper vorgesehen. Diese vorbekannten Ausführungsformen zur Kühlhaltung der Gebläsebeschaufelung gegenüber der heißen Turbinenseite bedingen j edoch einen komplizierten konstruktiven Aufbau mit großem fertigungstechnischem Aufwand. Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachsten Mitteln eine Einrichtung zu schaffen, die eine voll ausreichende Wärmeisolierung zwischen der Turbinenseite und der Gebläseseite in Verbindung mit einer leichten Bauweise bewirkt.
Zur Lösung der Aufgabe wird von der Erfindung bei einem Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen mit im wesentlichen radialer Strömungsrichtung des Arbeitsmittels durch die Turbine, wobei die Turbinenbeschaufelung und die Gebläseb.eschaufelung am Laderrad angebracht sind, vorgeschlagen, die Turbinenbeschaufelung mittels dünner Blechringe mit L- oder U-förmigem Querschnitt fliegend am Laderrad zu befestigen.
Weiterhin wird im Zusammenhang mit dem vorstehend genannten Merkmal vorgeschlagen, bei mehreren Arbeitsstufen die Befestigung der Umkehrbeschaufelung an der Wandung des Turbinengehäuses ebenfalls über Blechringe vorzunehmen.
Im Gegensatz zu den vorbekannten komplizierten Einrichtungen zur Kühlung der Laderseite zeichnet sich die erfindungsgemäße Maßnahme durch ihre konstruktive und fertigungstechnische Einfachheit bei gleichzeitiger wirksamster Wärmeisolierung durch Schaffung eines gewissen Abstandes zwischen der von den heißen Abgasen beaufschlagten Turbinenbeschaufelung und der aus Gründen der Verminderung der Verdichtungsarbeit und der Werkstoffe kühl zu haltenden. Gebläsebeschaufelung aus, wobei dieser Abstand durch möglichst wenig wärmeleitendes Material überbrückt wird. Die Turbinenbeschaufelung ist daher vorschlagsgemäß nicht unmittelbar, sondern in vorteilhafter Weise mittelbar mit dem Laderrad in Verbindung. Ferner wird durch die Erfindung eine Gewichtsverminderung gegenüber den bekannten Konstruktionen erzielt.
Bei den bekannten Ausführungsformen. ist das Laderrad und das Turbinenrad meist auf einer Welle befestigt und diese Welle im Gehäuse über Wälzlager gelagert. Andererseits gibt es Konstruktionen, bei denen das Laderrad und das Turbinenrad mit Hilfe eines als Nabe fungierenden mittleren Verbindungsringes einen gemeinsamen gegossenen Laufradkörper ergeben, der kugelgelagert ist, wobei dieser mittlere Verbindungsring so dimensioniert ist, daß er das auftretende Drehmoment übertragen kann, gleichzeitig jedoch soll er möglichst dünn ausgeführt sein, um eine größere Materialanhäufung zwecks unerwünschter Wärmeübertragung zu vermeiden. Diese vorgeschlagene Maßnahme kann insofern kein wirksames Hindernis für einen Wärmefluß darstellen, weil keine scharfe Unterbrechung in, körperlicher und werkstoffmäßiger Hinsicht zwischen dem Turbinenrad und dem Laderrad vorhanden ist, da beide Teile ein organisch zusammenhängendes Teil bilden. Es sind also diese bekannten Konstruktionen nachteilig insofern, als dem Wärmefluß auf seinem Wege von den Turbinenschaufeln üb @er die Nabe des Radkörpers zum Laderrad bzw. zur Laderbeschaufelung und auch zu der Lagerung nur ein verhältnismäßig geringer Widerstand entgegengesetzt wird; von dem baulichen Aufwand ganz abgesehen.
Diese Nachteile vermeidet die Erfindung - neben dem bereits vorgeschlagenen Hauptgedanken in bezug auf die Befestigung der Turbinenbeschaufelung selbst - auch dadurch, daß das Laderrad auf einer feststehenden Achse drehbar gelagert ist, die mit einem Ende in der mit dem Ladergehäuse über Rippen verbundenen Nabe z. B. eingepreßt ist, während das turbinenseitige Ende der Achse in einem Stützring, der mit dem Düsengehäuse ebenfalls durch Rippen in Verbindung steht, gelagert ist. Zusätzlich ist dabei der Deckel zur Abdeckung der turbinenseitigen Lagerung außen mit Rippen versehen, die während des Betriebes von außen her Kühlluft nach innen fördern. Außerdem wird gegenüber dem Bekannten vom Laderrad Kühlluft abgezweigt und über die Ringbefestigung der hohlen Türbinenbeschaufelung zugeführt.
Für die ,Merkmale der Unteransprüche 3 bis 12 wird nur im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch und dem Anspruch 2 Schutz begehrt; sie gelten als reine Unteransprüche.
Weitere Einzelheiten des Abgasturboladers gehen aus der Zeichnung hervor und sind in der Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Abgasturbolader nach der vorgeschlagenen Bauart im Längsschnitt, Fig.2 eine weitere Befestigungsart des Turbinenschaufelkranzes am Laderrad ebenfalls im Längsschnitt, Fig. 3 eine zweistufige Ausführung mit der Befestigung der Umkehrbeschaufelung am Turbinengehäuse, Fig. 4 die Anordnung von Befestigungsbügeln zwischen, dem Düsengehäuse bzw. dein Turbinengehäuse und dem Boden, Fig.5 eine Labyrint'hdichtung zwischen dem Turbinen- und Ladergehäus-e nach Fig. i in vergrößertem Maßstab.
Am Laderrad i, das auf der feststehenden Achse 2 über Kugellager 3 drehbar gelagert ist, ist der Turbinenschaufelkranz 4 über einen Blechring 5 mit U-förmigem Querschnitt bei freier Ausdehnungsmöglichkeit fliegend befestigt.
Statt des U-förmigen Befestigungsringes 5 kann auch, wie aus Fig. 2 ersichtlich, ein im Querschnitt L-förmiger Befestigungsring 6 verwendet werden, der einerseits mit dem Laderrad i und andererseits mit dem Turbinenschaufelkranz 4 z. B. durch Niete 7 verbunden ist.
Die feststehende Achse 2 ist an einem Ende in einer Nabe 8, die mit dem Ladergehäuse 9 über Rippen io verbunden ist, z. B. eingepreßt, während sie am turbinenseitigen Ende in einem Stützring ii, der mit dem Düsengehäuse 12 ebenfalls durch Rippen 13 in Verbindung steht, gelagert und durch eine Mutter 14. verspannt ist. Die Bohrungen 15 im Ladergehäuse 9 bzw. die Bohrungen 16 in der Achse 2 dienen zur Zu- und Abführung von Schmieröl für die in bekannter Weise angeordneten beiden Kugellager 3, die durch die beiden Dichtungen 17 einerseits im Laderrad i und andererseits im mit dem Laderrad i verschraubten Lagerabschlußdeckel 18 vor Schmutz und Schmiermittelverlust geschützt sind.
Die Labyrinthdichtung i9 zwischen dem Innenraum des Ladergehäuses 9 und dem Innenraum des Turbinengehäuses 2o, das mit dem Boden 21 und dem Düsengehäuse 12 bei freier Ausdehnungsmöglichkeit z. B. verschraubt ist, wird nach Fig. 5 von Kreisringen 22 mit z. B. U-förmigem Querschnitt gebildet, die entweder einzeln oder zu mehreren mit einem Haltering 23 einerseits am Boden 21 und andererseits am Laderrad i lösbar befestigt sind. Durch die Labyrinthdichtung 19 strömt vom Ladergehäuse 9, in dem Überdruck herrscht. Kühlluft entlang der Schaufelbefestigung 5.
Wärmeisolierende Schichten 24 am Boden 21 und am Düsengehäuse 12 schützen den Lader vor schädlicher Erhitzung. Der freie Raum 25 zwischen den Rippen io kann zur Dämpfung des Ansauggeräusches mit einer entsprechenden Füllmasse ausgekleidet sein. Zur Führung der Kühlluft, die zweckmäßig vom L aderdruckstutzen entnommen wird, dienen Bohrungen 26 im Ladergehäuse 9 bzw. die Bohrung 27 und die sternförmigen Bohrungen 28 in der Achse 2. Zusätzlich zu dieser allgemeinen Kühlung werden die hohlen Turbinenschaufeln d. und ihr Befestigungsring 5 durch die Bohrung29 im Laderrad i wirksam gekühlt. Außerdem erfährt der Lader eine «eitere Kühlung durch die als Schaufeln ausgebildeten Rippen 35 des Abschlußdeckels 18, die von außen her Kühlluft nach innen fördern.
In der Fig. 3, die eine zweistufige Turbine zeigt, ist die Umkehrbeschaufelung 30 mittels eines dünnen Blechringes 33, vorzugsweise mit U-förmigem Querschnitt, an der entsprechenden Innenwand 34 des Turbinengehäuses 2o befestigt.
Nach Fig. q. sind zwischen dem Boden 21 und dem Düsengehäuse 12 bzw. dem Turbinengehäuse 2o einschließlich dem Austrittsschacht 31 Befestigungsbügel 32 angeordnet, die eine zusätzliche lösbare Verbindung zwischen dem Ladergehäuse 9 bzw. Turbinenboden 21 einerseits und Düsengehäuse 12 bzw. Turbinengehäuse 2o andererseits darstellen.

Claims

PATEN TANSPRLCHE: i. Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen mit im wesentlichen radialer Strömungsrichtung des Arbeitsmittels durch die Turbine, wobei die Turbinenbeschaufelung und die Gebläsebeschaufelung am Laderrad angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenbeschaufelung (q.) mittels dünner Blechringe (5, 6) mit L- oder U-förmigem Querschnitt fliegend am Laderrad (i) befestigt ist.
2. Abgasturbolader nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Arbeitsstufen die Befestigung der Umkehrbeschaufelung (30) an der Wandung (3q.) des Turbinengehäuses (2o) über Blechringe (33) erfolgt.
3. Abgasturbolader nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laderrad (i) auf einer feststehenden Achse (2) drehbar gelagert ist, die mit einem Ende in der mit dem Ladergehäuse(9) über Rippen (i o) verbundenen Nabe (8) z. B. eingepreßt ist, während das turbinenseitige Ende der Achse (2) in einem Stützring (ii), der mit dem Düsengehäuse (12) durch Rippen (13) in Verbindung steht, gelagert und durch eine Mutter (ä4) verspannt ist. d.. Abgasturbolader nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladergehäuse (9) bzw. in der Achse (2) Zu- und Ablaufbohrungen (15 bzw. 16) für den Schmierölkreislauf vorgesehen sind. 5. Abgasturbolader nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in der hohlen Nabe des Laderrades (i) angeordneten Kugellager (3) mit der Achse (2) über einen am Laderrad (i) befestigten Deckel (18) verspannt sind. 6. Abgasturbolader nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinengehäuse (2o) mit dem Boden (21) des Ladergehäuses (9) und dem Düsengehäuse (12) bei freier Ausdehnungsmöglichkeit z. B. verschraubt ist. 7. Abgasturbolader nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden (2i) und dem Düsengehäuse (12) bzw. dem Turbinengehäuse (20) einschließlich dem Austrittsschacht (31) Befestigungsbügel (32) zur lösbaren Verbindung von Ladergehäuse (9) bzw. Turbinengehäuse (2o) andererseits angeordnet sind. B. Abgasturbolader nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Labyrinthdichtung (i9) zwischen dem Innenraum des Turbinengehäuses (2o) von Kreisringen (22) z. B. mit U-förmigem Querschnitt gebildet wird, die entweder einzeln oder zu mehreren mit einem Haltering (23) einerseits am Boden (21) und andererseits am Laderrad (i) lösbar befestigt sind. 9. Abgasturbolader nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladergehäuse (9) bzw. in der Achse (2) Kühlluftbohrungen (26 bzw. 27, 28) angeordnet sind, über die Kühlluft z. B. vom Laderdruckstutzen zum Düsengehäuse (12) geführt wird. io. Abgasturbolader nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Laderrad (i) mit Bohrungen (29) zur Kühlung der hohlen Turbinenschaufeln (q.) versehen ist. ii. Abgasturbolader nach Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kanten (35) des Abschlußdeckels (18) als Kühlluftschaufeln ausgebildet sind. 12. Abgasturbolader nach Anspruch i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daB der freie Raum (25) zwischen den Rippen (to) mit einer schalldämpfenden Füllmasse ausgekleidet ist. In Betracht gezogene Druckschriften,: Deutsche Patentschriften Nr. 686 814, 479 967; USA.-Patentschriften Nr. 2 159 422, 2 447:292, 2 480 095, 2 283 i76, 2 2i6 73i, 2 577 i79; britische Patentschrift Nr. 571 658; schweizerische Patentschriften Nr. 227 661, 277 I12; Zeitschrift: »Automotive Industries«, I95 i, S. 35 und 67.