EP1528225A1 - Strömungsmaschine und Verfahren zum Herstellen eines Leitgitters - Google Patents

Strömungsmaschine und Verfahren zum Herstellen eines Leitgitters Download PDF

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EP1528225A1
EP1528225A1 EP03024662A EP03024662A EP1528225A1 EP 1528225 A1 EP1528225 A1 EP 1528225A1 EP 03024662 A EP03024662 A EP 03024662A EP 03024662 A EP03024662 A EP 03024662A EP 1528225 A1 EP1528225 A1 EP 1528225A1
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EP
European Patent Office
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bolt
bearing ring
pin
blade bearing
turbine
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EP03024662A
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English (en)
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Dietmar Metz
Dirk Frankestein
Ralf Böning
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BorgWarner Inc
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BorgWarner Inc
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Publication date
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Priority to EP03024662A priority patent/EP1528225B1/de
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Priority to US10/974,321 priority patent/US7303370B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine, such as a turbine, a secondary air pump, but especially on a turbocharger.
  • a turbomachine such as a turbine, a secondary air pump, but especially on a turbocharger.
  • a turbomachine with a turbine housing with at least one supply channel for a driving fluid, such as the exhaust gas of an internal combustion engine, in which at least a turbine rotor is rotatably mounted about a rotation axis around which the fluid a grid of variable turbine geometry surrounding the turbine rotor radially on the outside can be fed.
  • the guide grid has a blade bearing ring, on each of an associated axis a plurality of adjustable about their respective axis blades is mounted in an axially limited vane space around the turbine rotor, the Exhaust gas can be supplied via the blades in an adjustable amount, which blade bearing ring which forms an axial boundary of a blade space, and with a spacer device to secure an axial distance for the free mobility of Shovels, which spacer means at least one of the blade bearing ring passing through bolt, pin or the like. having.
  • Such a turbocharger and such a blade bearing ring is for example from the EP-A-0 226 444 and US-A-5,146,752, respectively.
  • the axial dimension of the blade space by means of bolts pushed over distance-retaining Spacers secured, which of course a bolt diameter clearly must have excess outer diameter.
  • spacers approximately in stud shape integral with a Ring form these spacers are penetrated in each case by a bolt.
  • the invention proceeds in a first step from the knowledge that the efficiency a turbomachine of course, from a high implementation of the driving in Fluid available energy in revolutions of the turbine wheel depends. each Disturbance or any resistance within the flow path must therefore the efficiency undesirably decrease. Because of this realization was in in a further step, how to improve the flow in such a machine can be. It turned out that the previously connected over the or the Bolt lying spacers or spacer knobs around the turbine rotor and in particular in the connection path between the supply channel and turbine rotor one not cause insignificant vortex formation, which contributes to the reduction of the efficiency.
  • the problem thus identified is solved by the fact that the respective Bolt, pin or the like. itself is designed as a spacer device by passing between the vane bearing ring and a part provided in the turbine housing at one end used at least at other times with the aid of a molten state, but then temperature-resistant Kunststoffsmateriales on the axial Distance of the bucket bearing space is fixed. This is only the diameter of the pin or pin in the path of communication of the fluid to the turbine rotor, i. it results a much lower flow resistance than before. In short, it exists the invention in the use of the bolt or pin itself and without a thickening Sheathing as a spacer. It should be under "temperature resistant" a material be understood, which in the operation of the turbomachine, and in particular turbocharger, temperatures do not have the necessary strength loses.
  • the coatable in the molten state, but then temperature-resistant bonding material may in principle be a brazing material because there are brazing materials that themselves the temperatures of a turbocharger endure (in other turbomachines with lower operating temperatures, this is no problem anyway). However, it is preferred in general, when the determination of the distance is given by welding.
  • the part provided in the turbine housing may be a wall of the turbine housing be yourself, but it is preferable if he from a the blade bearing ring opposite mounting ring is formed, because in this way a pre-assembly the guide grid can be done outside the turbine housing and preassembled so Leitgitter only needs to be fixed in the turbine housing needs.
  • the bolt or pin of the Side of the part of the turbine housing so the housing wall or the mounting ring to insert and about the blade bearing ring with the help of the connecting material (in this case, in general, a brazing material) set.
  • the connecting material in this case, in general, a brazing material
  • the bolt, pin or the like at least over the the blade storage room traversing length at least approximately facing the axis of rotation Flow profile, e.g. such as a teardrop-shaped profile similar to one Aircraft or ship hull, owns.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a guide grid for a turbomachine according to the invention.
  • This method is characterized in that only between the blade bearing ring and the turbine housing (2) provided or to be provided part at least one removable spacer is used according to the desired nominal distance, that the bolt, Pen or the like. only then is fixed on the thus determined distance, whereupon the or the spacers is removed or will be.
  • a turbocharger 1 in a conventional manner a turbine housing part 2 and an associated compressor housing part 3 along an axis of rotation R are arranged.
  • the turbine housing part 2 is partially shown in section, so that a blade bearing ring 6 forming a radially outer guide grid, distributed over the circumference Guide vanes 7 about their the blade bearing ring 6 passing through pivot axes.
  • an actuating device 11 To control the movement or the position of the guide vanes 7 is an actuating device 11 provided. This can be of any nature in itself, but it is preferable if, in a conventional manner, it has a control housing 12 that controls the movement a ram member 14 attached to it controls its movement in known manner on a behind the blade bearing ring 6 (left behind in Fig. 1) the same adjusting ring 5 implement the same in a slight rotational movement.
  • This rotational movement are about the shafts 8, the vanes 7 in terms of their Rotary position relative to the turbine rotor 4 adjusted so that they are from an approximately tangential an extreme position in an approximately radially extending other extreme position adjustable are.
  • the turbine housing 2 with a flange 17 of a bearing housing connected, from which a cylindrical piece 40 projects into the turbine housing 2 and the shaft 35 of the turbine rotor 4 stores.
  • the turbine housing 2 comprises the already mentioned, the turbine rotor 4 surrounding supply channel 9 for the turbine rotor 4 driving Fluid, a rotor chamber 23 and the axial nozzle 10, through which the fluid or the Exhaust is released again.
  • This guide grid essentially has a turbine rotor 4 concentric surrounding wreath of movable, housed in a vane space 13 vanes 7, which at the fixedly connected with them adjusting shafts 8 (Fig. 1) in one the turbine rotor 4 coaxially surrounding blade bearing ring 6 are mounted.
  • the rotation or adjustment of the adjusting 8 can in a conventional manner be done via the actuator 11 to the control housing 12, the control movement the attached to it, only dash-dotted lines indicated plunger member 14th (Fig. 1), whose movement via an actuating lever 18, one connected thereto Actuating shaft 19 and for example via an opening in a behind the vane ring 6 located adjusting ring 5 engaging eccentric 20 in a slight rotational movement of this ring 5 is implemented around the axis R. Because in the adjusting ring 5 can be in a known manner, the free ends of the levers or heads be mounted, which are fixed to the adjusting shafts 8 (in Fig. 1, left of the shaft 8).
  • the guide vanes 7 are positioned above the shafts 8 their rotational position relative to the turbine rotor 4 adjusted so that it is approximately tangential extending an extreme position in an approximately radially extending other extreme position are adjustable.
  • the exhaust gas supplied via the supply channel becomes a Internal combustion engine more or less supplied to the turbine rotor 4, before it at which extends along the axis of rotation R extending axial neck 10 again. All these Arrangements are known in principle.
  • a spacer screw 16 suitably from the side of the mounting ring 29 ago to screw into a threaded bore 25 of the blade bearing ring 6.
  • the Screw 16 is preferably a stud, commonly also called worm or Grub screw is known and represents a headless screw.
  • the stud 16 has prefers a smooth surface following the screw section 26 (ie is in the Vane storage space 13 without thread) to the flow as low as possible resistance oppose.
  • the cylindrical surface of the stud 16th expedient a maximum roughness number Rz of 25, preferably of a maximum of 16, on.
  • a spacer with the desired Dimensions e.g. a piece of wood of the appropriate thickness or another body, inserted, so that so that the desired width of the blade chamber 13 is determined. Then it will this distance by soldering or (preferably) welding the screw 16 with the help a weld 30 secured, at the same time also a rotation for the screw 16 results and unintentional unscrewing from the threaded hole 25 is effectively avoided as a result of shock or vibration.
  • the out Wood or other material existing spacer can then after pre-assembly the guide grid with the vanes 7 are easily removed. Just when the guide grid is pre-assembled before it pushes it into the turbine housing 2, let easy for the attachment of the softened connection material soldering or Use welding machines, so that the inventive method cost can be carried out.
  • An additional measure to improve the flow conditions of the supply channel 9 to the rotor chamber 23 may be located in that the bolt, pin or the like. At least 16 over the the blade storage room 13 traversing length at least approximately has against the rotation axis R facing flow profile, as on hand Fig. 3 is illustrated. It is then to the circular threaded portion 26 of the screw 16 is provided an approximately drop-shaped flow profile 31, which down (relative to Figs. 2 and 3) in the direction of the axis of rotation R has. This training also facilitates the partial introduction of the weld 30 (Fig. 2) between the end portion of the bolt 16 and the inner surfaces of the receiving it Bore of the mounting ring 29. The flow profile can thereby in each case desired way to be optimized, as it is from shipbuilding or aircraft is known, for example by also the upwardly facing side of the bolt 16 more or less sharpened.
  • a stud 16 has been shown as a spacer pin, wherein the Screw slot 33 at the opposite end of the threaded portion 26 of the Screw 16 is provided.
  • the screw slot 33 are also provided at the same end.
  • one Stud 16 could also be used with a capscrew, but with it the attachment the weld 30 may be more difficult or inefficient.

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Abstract

Eine Strömungsmaschine weist folgendes auf: Ein Turbinengehäuse (2) mit mindestens einem Zufuhrkanal (9) für ein treibendes Fluid, in dem mindestens ein Turbinenrotor (4) um eine Rotationsachse herum drehbar gelagert ist, und dem das Fluid über ein den Turbinenrotor (4) radial außen umgebenden Leitgitter variabler Turbinengeometrie zuführbar ist. Das Leitgitter besitzt einen Schaufellagerring (6), an dem jeweils an einer zugehörigen Achse (8) eine Vielzahl von u m ihre jeweilige A chse (8) verstellbaren S chaufeln (7) i n einem axial begrenzten Schaufelraum ( 13) rund um den Turbinenrotor (4) gelagert ist, dem Fluid so über die Schaufeln (7) in einstellbarer Menge zuführbar ist. Der Schaufellagerring (6) bildet die eine axiale Begrenzung eines Schaufelraumes (13). Eine Abstandhalteeinrichtung sichert einen axialen Abstand für die freie Beweglichkeit der Schaufeln (7). Diese Abstandhalteeinrichtung (16) weist mindestens einen den Schaufellagerring durchsetzenden Bolzen, Stift od.dgl. (16) auf. Dabei ist der jeweilige Bolzen, Stift od.dgl. (16) selbst als Abstandhalteeinrichtung ausgebildet, indem er zwischen dem Schaufellagerring (6) und einem im Turbinengehäuse (2) vorgesehenen Teil (15; 29) einenends eingesetzt und mindestens andernends mit Hilfe eines im geschmolzenen Zustand auftragbaren, aber sodann temperaturbeständigen Verbindungsmateriales (30) auf den axialen Abstand des Schaufellagerraumes (13) festgelegt ist.

Description

Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmaschine, wie eine Turbine, eine Sekundärluftpumpe, insbesondere aber auf einen Turbolader. Im einzelnen handelt es sich um eine Strömungsmaschine mit einem ein Turbinengehäuse mit mindestens einem Zufuhrkanal für ein treibendes Fluid, wie das Abgas eines Verbrennungsmotors, in dem mindestens ein Turbinenrotor um eine Rotationsachse herum drehbar gelagert ist, dem das Fluid über ein den Turbinenrotor radial außen umgebenden L eitgitter variabler T urbinengeometrie zuführbar ist. Das Leitgitter weist einen Schaufellagerring auf, an dem jeweils an einer zugehörigen Achse eine Vielzahl von um ihre jeweilige Achse verstellbaren Schaufeln in einem axial begrenzten Schaufelraum rund um den Turbinenrotor gelagert ist, dem Abgas so über die Schaufeln in einstellbarer Menge zuführbar ist, welcher Schaufellagerring die eine axiale Begrenzung eines Schaufelraumes bildet, und mit einer Abstandhalteeinrichtung zur Sicherung eines axialen Abstandes für die freie Beweglichkeit der Schaufeln, welche Abstandhalteeinrichtung mindestens einen den Schaufellagerring durchsetzenden Bolzen, Stift od.dgl. aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Turbolader und ein derartiger Schaufellagerring ist beispielsweise aus der EP-A-0 226 444 bzw. der US-A-5,146,752 bekannt geworden. Dabei wird die axiale Dimension des Schaufelraumes durch auf Schraubbolzen darübergeschobene abstandhaltende Distanzhülsen gesichert, welche natürlich einen den Bolzendurchmesser deutlich übersteigenden Außendurchmesser besitzen müssen. Die Anmelderin hat auch in einer älteren Anmeldung vorgeschlagen, Abstandhalter etwa in Noppenform integral mit einem Ring auszubilden, wobei diese Abstandhalter jeweils von einem Bolzen durchsetzt werden.
Kurzfassung der Erfindung
Die Erfindung geht in einem ersten Schritt von der Erkenntnis aus, daß der Wirkungsgrad einer Strömungsmaschine natürlich von einer möglichst hohen Umsetzung der im treibenden Fluid vorhandenen Energie in Umdrehungen des Turbinenrades abhängt. Jede Störung bzw. jeder Widerstand innerhalb des Strömungspfades muß daher den Wirkungsgrad in unerwünschter Weise vermindern. Auf Grund dieser Erkenntnis wurde in einem weiteren Schritt untersucht, wie die Strömung in einer derartigen Maschine verbessert werden kann. Dabei stellte sich heraus, daß die bisher über dem bzw. den verbindenden Bolzen liegenden Distanzhülsen bzw. Distanznoppen rund um den Turbinenrotor und insbesondere im Verbindungsweg zwischen Zufuhrkanal und Turbinenrotor eine nicht unerhebliche Wirbelbildung verursachen, die zur Verminderung des Wirkungsgrades beiträgt.
Erfindungsgemäß wird nun das so festgestellte Problem dadurch gelöst, daß der jeweilige Bolzen, Stift od.dgl. selbst als Abstandhalteeinrichtung ausgebildet ist, indem er zwischen dem Schaufellagerring und einem im Turbinengehäuse vorgesehenen Teil einenends eingesetzt und mindestens andernends mit Hilfe eines im geschmolzenen Zustand auftragbaren, aber sodann temperaturbeständigen Verbindungsmateriales auf den axialen Abstand des Schaufellagerraumes festgelegt ist. Damit liegt nur noch der Durchmesser des Bolzens oder Stiftes im Verbindungsweg des Fluides zum Turbinenrotor, d.h. es ergibt sich ein wesentlich geringerer Strömungswiderstand als bisher. Kurz gesagt, besteht die Erfindung in der Verwendung des Bolzens oder Stiftes selbst und ohne eine verdickende Ummantelung als Abstandhalter. Dabei soll unter "temperaturbeständig" ein Material verstanden werden, welches bei den im Betrieb der Strömungsmaschine, und insbesondere eines Turboladers, vorkommenden Temperaturen nicht die nötige Festigkeit verliert.
Das im geschmolzenen Zustand auftragbare, aber sodann temperaturbeständige Verbindungsmaterial kann im Prinzip ein Lötmaterial sein, weil es Lötmaterialien gibt, die selbst die Temperaturen eines Turboladers aushalten (bei anderen Strömungsmaschinen mit geringeren Betriebstemperaturen ist dies sowieso kein Problem). Bevorzugt ist es jedoch im allgemeinen, wenn die Festlegung der Entfernung durch Verschweißen gegeben ist.
Zwar wäre es an sich möglich, den jeweiligen Bolzen an beiden Enden anzulöten oder anzuschweißen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Bolzen, Stift od.dgl. einenends ein Gewinde zum Verschrauben aufweist und nur andernends mit Hilfe des Verbindungsmateriales festgelegt ist, zumal durch die einseitige Verbindung über das schmelzbare Verbindungsmaterial ja auch eine Sicherung gegen Verdrehen des jeweiligen Bolzens gegeben ist.
Im Prinzip kann der der im Turbinengehäuse vorgesehene Teil eine Wandung des Turbinengehäuses selbst sein, doch ist es bevorzugt, wenn er von einem dem Schaufellagerring gegenüberliegender Montagering gebildet ist, weil auf diese Weise eine Vormontage des Leitgitters außerhalb des Turbinengehäuses erfolgen kann und das so vormontierte Leitgitter nur mehr im Turbinengehäuse befestigt zu werden braucht.
Im Rahmen der Erfindung ist es an sich durchaus möglich, den Bolzen oder Stift von der Seite des Teiles des Turbinengehäuses, also der Gehäusewand bzw. dem Montagering her, einzusetzen und etwa am Schaufellagerring mit Hilfe des Verbindungsmateriales (in diesem Falle im allgemeinen ein Lötmaterial) festzulegen. Bevorzugt ist es allerdings, wenn der Bolzen, Stift od.dgl. im Schaufellagerring eingeschraubt und am gegenüberliegenden Ende mit Hilfe des im geschmolzenen Zustand auftragbaren, aber sodann temperaturbeständigen Verbindungsmateriales befestigt ist.
Um den Strömungswiderstand weiter herabzusetzen, ist es im Rahmen der Erfindung durchaus möglich, daß der Bolzen, Stift od.dgl. mindestens über die den Schaufellagerraum durchquerende Länge ein wenigstens annähernd gegen die Rotationsachse weisenden Strömungsprofil, also z.B. etwa ein tropfenförmiges Profil ähnlich etwa einem Flugzeug- oder Schiffrumpf, besitzt.
Wie erwähnt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Leitgitters für eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß erst zwischen Schaufellagerring und dem im Turbinengehäuse (2) vorgesehenen bzw. vorzusehenden Teil mindestens ein entfernbarer Abstandhalter entsprechend dem gewünschten SOLL-Abstand eingesetzt wird, daß der Bolzen, Stift od.dgl. erst dann auf die so bestimmte Entfernung festgelegt wird, worauf der bzw. die Abstandhalter entfernt wird bzw. werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispieles.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Turbolader in Perspektivansicht, teilweise im Schnitt, an dem die vorliegende Erfindung zur Anwendung kommt; und
Fig. 2
einen vergrößerten Schnitt, welcher die Abstandhalteeinrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 3
einen gegenüber Fig. 2 vergrößerten Schnitt durch eine besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abstandhaltebolzens nach der Linie III-III der Fig. 2.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Gemäß Fig. 1 weist ein Turbolader 1 in üblicher Weise einen Turbinengehäuseteil 2 und einen damit verbundenen Kompressorgehäuseteil 3 auf, die entlang einer Rotationsachse R angeordnet sind. Der Turbinengehäuseteil 2 ist teilweise im Schnitt gezeigt, so daß darin ein Schaufellagerring 6 ein radial äußeres Leitgitter bildende, über den Umfang verteilte Leitschaufeln 7 um ihre den Schaufellagerring 6 durchsetzenden Schwenkachsen 8 verdreht, so daß sie zwischen einander Düsenquerschnitte bilden, die je nach der Lage der Leitschaufeln 7, nämlich radial (wie dargestellt) oder mehr tangential, größer oder kleiner sind und den in der Mitte an der Achse R gelegene Turbinenrotor 4 mehr oder weniger mit dem über einen Zufuhrkanal 9 zugeführten und über einen zentralen Stutzen 10 abgeführten Abgas eines Verbrennungsmotors beaufschlagen, um über den Turbinenrotor 4 einen auf derselben Welle sitzenden Kompressorrotor 21 anzutreiben. Es versteht sich, daß im Falle anderer Strömungsmaschinen mit einem Leitgitter variabler Geometrie auch andere Fluide zum Einsatz kommen können.
Um die Bewegung bzw. die Lage der Leitschaufeln 7 zu steuern, ist eine Betätigungseinrichtung 11 vorgesehen. Diese kann an sich beliebiger Natur sein, doch ist es bevorzugt, wenn sie, in an sich herkömmlicher Weise, ein Steuergehäuse 12 aufweist, das die Steuerbewegung eines an ihr befestigten Stößelgliedes 14 steuert, dessen Bewegung in an sich bekannter Weise auf einen hinter dem Schaufellagerring 6 (links dahinter in Fig. 1) gelegenen Verstellring 5 in eine leichte Drehbewegung desselben umzusetzen. Durch diese Drehbewegung werden über die Wellen 8 die Leitschaufeln 7 hinsichtlich ihrer Drehlage relativ zum Turbinenrotor 4 so verstellt, daß sie aus einer etwa tangential verlaufenden einen Extremstellung in eine etwa radial verlaufende andere Extremlage verstellbar sind. Dadurch wird das über den Zufuhrkanal zugeführte Abgas eines Verbrennungsmotors mehr oder weniger dem Turbinenrotor 4 zugeführt, bevor es bei dem sich entlang der Drehachse R erstreckenden Axialstutzen 10 wieder austritt. An Stelle von ein Drehmoment übertragenden Wellen 8 ist es auch bekannt (US-A-4,300,869), einen bloßen Achsstummel vorzusehen, und die Betätigung der Schaufeln über Schlitze oder Nuten vorzunehmen.
Zwischen dem Schaufellagerring 6 und einem ringförmigen Teil 15 des Turbinengehäuseteiles 2 verbleibt ein relativ schmaler Raum 13 um den Schaufeln 7 eine freie Beweglichkeit zu gestatten. Natürlich darf dieser Schaufelraum 13 nicht wesentlich größer als die Breite der Schaufeln 7 sein, weil dann die Abgasenergie Leckverluste erleiden würde. Anderseits darf der Schaufelraum 13 aber auch nicht zu knapp bemessen sein, weil dann die Schaufeln 7 klemmen könnten. Dies ist auch deshalb besonders bedeutsam, weil ja gerade im Falle eines Turboladers 1 durch die heißen Abgase mit einer gewissen Wärmedehnung des Materials gerechnet werden muß.
Um daher diesen Schaufelraum 13 bzw. den Abstand des Schaufellagerringes 6 vom gegenüberliegenden Lagerring 15 des Turbinengehäuses 2 zu sichern, ohne dabei eine starke Verwirbelung der aus dem Zufuhrkanal 9 zum Turbinenrotor 4 strömenden Abgase in Kauf nehmen zu müssen, wird erfindungsgemäß als Abstandhalter mindestens ein relativ dünner Befestigungsbolzen 16 verwendet, dessen Befestigung nun an Hand der Fig. 2 geschildert werden soll.
Gemäß Fig. 2 ist das Turbinengehäuse 2 mit einem Flansch 17 eines Lagergehäuses verbunden, von dem ein Zylinderstück 40 in das Turbinengehäuse 2 ragt und die Welle 35 des Turbinenrotors 4 lagert. Das Turbinengehäuse 2 umfaßt den bereits erwähnten, den Turbinenrotor 4 umgebenden Zufuhrkanal 9 für das den Turbinenrotor 4 antreibende Fluid, einen Rotorraum 23 und den Axialstutzen 10, durch welchen das Fluid bzw. das Abgas wieder abgegeben wird.
Um dem Turbinenrotor 4 Fluid in geregelter bzw. gesteuerter Menge zuzuführen, ist am Ausgang des Zufuhrkanales 9 bzw. vor dem Rotorraum 23 eine Einrichtung vorgesehen, die in der Fachwelt unter der Bezeichnung "Leitgitter variabler Turbinengeometrie" bekannt ist. Dieses Leitgitter weist im wesentlichen einen den Turbinenrotor 4 konzentrisch umgebenden Kranz von beweglichen, in einem Schaufelraum 13 untergebrachten Leitschaufeln 7 auf, die an den mit ihnen fest verbundenen Verstellwellen 8 (Fig. 1) in einem den Turbinenrotor 4 koaxial umgebenden Schaufellagerring 6 gelagert sind.
Die Verdrehung bzw. Verstellung der Verstellwellen 8 kann in an sich bekannter Weise über die Betätigungseinrichtung 11 mit dem Steuergehäuse 12 erfolgen, das die Steuerbewegung des an ihr befestigten, lediglich strich-punktiert angedeuteten Stößelgliedes 14 (Fig. 1) steuert, dessen Bewegung über einen Betätigungshebel 18, eine mit diesem verbundene Betätigungswelle 19 und beispielsweise über einen in eine Öffnung eines hinter dem Schaufellagerring 6 gelegenen Verstellringes 5 eingreifenden Exzenter 20 in eine leichte Drehbewegung dieses Ringes 5 rund um die Achse R umgesetzt wird. Denn in des Verstellringes 5 sind können in bekannter Weise die freien Hebelenden oder Köpfe gelagert sein, die an den Verstellwellen 8 befestigt sind (in Fig. 1 links der Welle 8).
Durch diese Drehbewegung werden über die Wellen 8 die Leitschaufeln 7 hinsichtlich ihrer Drehlage relativ zum Turbinenrotor 4 so verstellt, daß sie aus einer etwa tangential verlaufenden einen Extremstellung in eine etwa radial verlaufende andere Extremlage verstellbar sind. Dadurch wird das über den Zufuhrkanal zugeführte Abgas eines Verbrennungsmotors mehr oder weniger dem Turbinenrotor 4 zugeführt, bevor es bei dem sich entlang der Drehachse R erstreckenden Axialstutzen 10 wieder austritt. All diese Anordnungen sind im Prinzip bekannt. Dabei kann der Verstellring 5 über Wälzkörper 22 in einem Käfigring 23 auf einer Schulter 32 des Schaufellagerringes 6 abrollend gelagert sein, wie es einem älteren Vorschlag der Anmelderin entspricht.
Um nun die axiale (bezogen auf die Achse R) Dimension des Schaufelraumes 13 zu sichern, ist es vorteilhaft, an Stelle der Begrenzung desselben einerseits durch den Schaufellagerring 6 und anderseits durch den von einer Ringwand des Turbinengehäuses 2 gebildeten Lagerring 15 einen Montagering 29 zwischenzuschalten, der beispielsweise auf einer ringförmigen Schulter 24 des Turbinengehäuses bzw. der Lagerwand 15 aufgeschoben wird. Denn auf diese Weise ist es möglich, den Schaufellagerring 6 mit dem darauf reitenden Verstellring 5 auf der einen Seite, samt den Schaufel 7 und dem Montagering 29 auf der anderen Seite vorzumontieren und dann (vor dem Montieren des Lagergehäuses mit dem Teil 40) in das Turbinengehäuse 2 bzw. die Ringschulter 24 einzuschieben.
Um dabei den nötigen axialen Abstand für den Schaufelraum 13 z sichern, wird bei der Vormontage eine Abstandhalteschraube 16, zweckmäßig von der Seite des Montageringes 29 her, in eine Gewindebohrung 25 des Schaufellagerringes 6 einzuschrauben. Die Schraube 16 ist vorzugsweise eine Stiftschraube, die gemeinhin auch als Wurm- oder Madenschraube bekannt ist und eine kopflose Schraube darstellt. Dabei ist die Tiefe des Eindringens der Schraube 16 in die Bohrung 25 nicht kritisch. Die Stiftschraube 16 weist bevorzugt im Anschluß an den Schraubabschnitt 26 eine glatte Oberfläche auf (ist also im Schaufellagerraum 13 ohne Gewinde), um der Strömung einen möglichst geringen Widerstand entgegenzusetzen. Dabei weist die zylindrische Oberfläche der Stiftschraube 16 zweckmäßig eine maximale Rauhigkeitszahl Rz von 25, bevorzugt von maximal 16, auf.
Anschließens wird in den Schaufellagerraum 13 ein Abstandhalter mit den gewünschten Maßen, z.B. ein Holzstück der entsprechenden Dicke oder ein anderer Körper, eingesetzt, so daß damit die SOLL-Breite des Schaufelraumes 13 bestimmt wird. Sodann wird dieser Abstand durch Verlöten oder (bevorzugt) Verschweißen der Schraube 16 mit Hilfe einer Schweißnaht 30 gesichert, wobei sich gleichzeitig auch eine Verdrehungssicherung für die Schraube 16 ergibt und ein unbeabsichtigtes Herausdrehen aus der Gewindebohrung 25 infolge von Erschütterungen bzw. Vibrationen wirksam vermieden ist. Der aus Holz oder einem anderen Material bestehende Abstandhalter kann dann nach der Vormontage des Leitgitters mit den Leitschaufeln 7 einfach entfernt werden. Gerade wenn das Leitgitter vormontiert wird, bevor man es in das Turbinengehäuse 2 einschiebt, lassen sich für die Anbringung des erweichten Verbindungsmaterials leicht Löt- bzw. Schweißautomaten benutzen, so daß das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstig durchgeführt werden kann.
Es versteht sich, daß die Anordnung auch umgekehrt sein könnte, indem die Schraube 16 in den Montagering 29 eingeschraubt und am Schaufellagerring 6 verschweißt, bevorzugt aber verlötet wird. Auch wäre es möglich, den Bolzen 16 ohne Gewinde auszubilden und an beiden Enden zu verlöten oder zu verschweißen. Ferner ist verständlich, daß man auch Distanzhülsen an den Abstandschrauben 16 verwenden könnte, doch bräuchten diese dann keine Axialkräfte aufzunehmen und könnten daher dünner, d.h. mit weniger Strömungswiderstand als beim Stand der Technik, ausgeführt werden. In diesem letzteren Fall müssten also die Abstandhalter gar nicht entfernt werden. Für eine solche verbleibende Hülse gilt dann vorzugsweise dasselbe, was oben hinsichtlich der Oberfläche der Stiftschraube und deren Glätte gesagt wurde.
Eine zusätzliche Maßnahme zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse vom Zufuhrkanal 9 zum Rotorraum 23 kann darin gelegen sein, daß der Bolzen, Stift od.dgl. 16 mindestens über die den Schaufellagerraum 13 durchquerende Länge ein wenigstens annähernd gegen die Rotationsachse R weisenden Strömungsprofil besitzt, wie dies an Hand der Fig. 3 veranschaulicht ist. Dabei ist anschließend an den kreisrunden Gewindeabschnitt 26 der Schraube 16 ein etwa tropfenförmiges Strömungsprofil 31 vorgesehen, welches nach unten (bezogen auf die Fig. 2 und 3) in Richtung auf die Rotationsachse R weist. Diese Ausbildung erleichtert auch die teilweise Einbringung der Schweißnaht 30 (Fig. 2) zwischen den Endabschnitt des Bolzens 16 und die Innenflächen der ihn aufnehmenden Bohrung des Montageringes 29. Das Strömungsprofil kann dabei in der jeweils gewünschten Weise optimiert werden, wie es aus dem Schiffsbau oder dem Flugzeugbau bekannt ist, beispielsweise indem auch die nach oben weisende Seite des Bolzens 16 mehr oder weniger zugespitzt wird.
In jedem Falle ist ersichtlich, daß durch die Verwendung nur eines Bolzens (Schraube, Stift od.dgl.), an Stelle eines solchen mit einer ihn umgebenden Ummantelung für die Abstandssicherung, der Strömungswiderstand vermindert wird. Im Prinzip würde es evt. genügen, nur den Abstand an der Einmündung des Zufuhrkanales 9 so zu sichern, wogegen an anderen Stellen eine herkömmliche Abstandssicherung vorgesehen werden kann, doch versteht es sich, daß es bevorzugt ist, wenn der Abstand über den ganzen Umfang des Schaufellagerringes 6 gegenüber dem Montagering 29 bzw. dem von einer Turbinengehäusewand gebildeten Lagerring 15 (Fig. 1) in der erfindungsgemäßen Weise gesichert wird.
In Fig. 2 wurde eine Stiftschraube 16 als Abstandhaltebolzen gezeigt, bei welcher der Schraubenschlitz 33 an dem dem Gewindeabschnitt 26 gegenüberliegenden Ende der Schraube 16 vorgesehen ist. Dies ist natürlich nicht unbedingt erforderlich, vielmehr könnte der Schraubenschlitz 33 auch am selben Ende vorgesehen werden. Statt einer Stiftschraube 16 ließe sich auch eine Kopfschraube verwenden, doch wird damit die Anbringung der Schweißnaht 30 unter Umständen schwieriger oder ineffizienter.
Bezugszeichenliste
1 Turbolader 2 Turbinengehäuse
3 Kompressorgehäuse 4 Turbinenrotor
5 Verstellring 6 Schaufellagerring
7 Schaufeln 8 Welle v. 7
9 Zufuhrkanal 10 zentraler Stutzen
11 Betätigungseinrichtung 12 Steuergehäuse
13 Schaufelraum 14 Stößelglied
15 Lagerring v. 2. 16 Abstandhaltebolzen
17 Flansch 18 Betätigungshebel
19 Betätigungswelle 20 Exzenter
21 Kompressorrotor 22 Wälzkörper
23 Käfigring 24 ringförmige Schulter
25 Gewindebohrung v. 6 26 Gewindeabschnitt v. 16
29 Montagering 30 Schweißnaht
31 Strömungsprofil 32 Schulter
33 Schraubenschlitz
35 Welle v. 4 40 Zylinderstück des Lagergehäuses

Claims (10)

  1. Strömungsmaschine, die folgendes aufweist:
    ein Turbinengehäuse (2) mit mindestens einem Zufuhrkanal (9) für ein treibendes Fluid, in dem
    mindestens ein Turbinenrotor (4) um eine Rotationsachse herum drehbar gelagert ist, und dem das Fluid über
    ein den Turbinenrotor (4) radial außen umgebenden Leitgitter variabler Turbinengeometrie zuführbar ist, welches Leitgitter einen Schaufellagerring (6) aufweist, an dem jeweils an einer zugehörigen Achse (8) eine Vielzahl von um ihre jeweilige Achse (8) verstellbaren Schaufeln (7) in einem axial begrenzten Schaufelraum (13) rund um den Turbinenrotor (4) gelagert ist, dem Fluid so über die Schaufeln (7) in einstellbarer Menge zuführbar ist, welcher Schaufellagerring (6) die eine axiale Begrenzung eines Schaufelraumes (13) bildet, und mit einer Abstandhalteeinrichtung zur Sicherung eines axialen Abstandes für die freie Beweglichkeit der Schaufeln (7), welche Abstandhalteeinrichtung mindestens einen den Schaufellagerring durchsetzenden Bolzen, Stift od.dgl. (16) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der jeweilige Bolzen, Stift od.dgl. (16) selbst als Abstandhalteeinrichtung ausgebildet ist, indem er zwischen dem Schaufellagerring (6) und einem im Turbinengehäuse (2) vorgesehenen Teil (15; 29) einenends eingesetzt und mindestens andernends mit Hilfe eines im geschmolzenen Zustand auftragbaren, aber sodann temperaturbeständigen Verbindungsmateriales (30) auf den axialen Abstand des Schaufellagerraumes (13) festgelegt ist.
  2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Turbolader (1) mit einem an der Welle (35) des Turbinenrotors (4) sitzenden Kompressorrotor (21) ausgebildet ist.
  3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung der Entfernung durch Verschweißung (30) gegeben ist.
  4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen, Stift od.dgl. (16) einenends ein Gewinde (26) zum Verschrauben aufweist und nur andernends mit Hilfe des Verbindungsmateriales (30) festgelegt ist.
  5. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen, Stift od.dgl. (16) als Stiftschraube ausgebildet ist.
  6. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Turbinengehäuse (2) vorgesehene Teil ein dem Schaufellagerring (6) gegenüberliegender Montagering (29) ist.
  7. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen, Stift od.dgl. (16) im Schaufellagerring (6) eingeschraubt und am gegenüberliegenden Ende mit Hilfe des im geschmolzenen Zustand auftragbaren, aber sodann temperaturbeständigen Verbindungsmateriales (30) befestigt ist.
  8. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen, Stift od.dgl. (16) mindestens über die den Schaufellagerraum (13) durchquerende Länge eine glatte Oberfläche, beispielsweise mit einer Rauhigkeitszahl von maximal 25, insbesondere von maximal 16, aufweist und/oder ein wenigstens annähernd gegen die Rotationsachse (R) weisenden Strömungsprofil (31) besitzt.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Leitgitters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erst zwischen Schaufellagerring (6) und dem im Turbinengehäuse (2) vorgesehenen bzw. vorzusehenden Teil (15; 29) mindestens ein entfernbarer Abstandhalter entsprechend dem gewünschten SOLL-Abstand eingesetzt wird, daß der Bolzen, Stift od.dgl. (16) erst dann auf die so bestimmte Entfernung festgelegt wird, worauf der bzw. die Abstandhalter gegebenenfalls entfernt wird bzw. werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitgitter unter Einhaltung der Schritte des Anspruches 8 vormontiert und erst danach in das Turbinengehäuse (2) eingesetzt wird.
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