EP1860284A1 - Casings assembling - Google Patents
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- EP1860284A1 EP1860284A1 EP06405223A EP06405223A EP1860284A1 EP 1860284 A1 EP1860284 A1 EP 1860284A1 EP 06405223 A EP06405223 A EP 06405223A EP 06405223 A EP06405223 A EP 06405223A EP 1860284 A1 EP1860284 A1 EP 1860284A1
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- EP
- European Patent Office
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- housing
- turbine
- gas inlet
- bearing housing
- bearing
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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
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
- F01D25/243—Flange connections; Bolting arrangements
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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
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
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- 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
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- 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
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/60—Assembly methods
- F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
- F05D2230/642—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation
Definitions
- the invention relates to the field of exhaust gas turbochargers. It relates to a turbine housing, an exhaust gas turbine with such a turbine housing and a turbocharger with such an exhaust gas turbine.
- Exhaust gas turbochargers are used to increase the performance of internal combustion engines. They include an exhaust gas turbine driven by the exhaust gases of the internal combustion engine and a compressor for compressing the fresh air supplied to the internal combustion engine. Turbine wheel and compressor wheel are usually arranged on a common shaft. In the lower power range of up to a few megawatts, turbochargers with radially impinged turbine wheel and internal bearing of the shaft are predominantly used.
- the uncooled outer turbine housing, the gas inlet housing, which has a temperature of, for example, 650 ° C during operation, is usually mounted directly on the bearing housing, for example, considerably cooler, for example at 150 ° C.
- the bearing housing in contrast to the gas-carrying channels, cooled to said temperature.
- EP 0 118 051 shows how by means of a star-shaped, in the radial direction movable groove / comb connections a desaxation of the hotter component can be avoided.
- EP 1 460 237 shows a connection between the bearing housing and the gas inlet housing a turbine of an exhaust gas turbocharger, in which a centering ring is provided for centering the gas inlet housing with respect to the shaft mounted in the bearing housing, wherein the centering ring and either the bearing housing or the gas inlet housing grooves and either radially or axially rectified centering cams Include engagement in the grooves. Due to the radially or axially rectified Zentri mecanicsnocken with corresponding grooves at least one of the connections between the bearing housing and the Centering ring and the centering ring and the gas inlet housing not form-fitting, whereby any positioning of the gas inlet housing relative to the bearing housing is made possible.
- the preparation of the centering ring is relatively expensive and expensive. In operation, this compound due to the elastic and relatively small cross section of the centering a limited transverse stiffness on.
- the invention has for its object to improve the housing of an exhaust gas turbine such that the exhaust gas turbine by means of improved centering of the turbine housing with respect to the shaft mounted in the bearing housing has a higher efficiency, while the greatest possible flexibility with respect to the positioning of the outer turbine housing parts to the bearing housing.
- the turbine housing comprises a bearing housing and a gas inlet housing resting on the bearing housing and concentrically surrounding the bearing housing in the bearing area.
- a gas inlet housing resting on the bearing housing and concentrically surrounding the bearing housing in the bearing area.
- clamping brackets are guided, which with the gas inlet housing conclusive, i. positive, non-positive or material fit, are connected.
- the clamping brackets brace the bearing housing and the gas inlet housing in the axial direction against each other.
- the clamps are released, then rotated a housing part to the desired angle and finally fixed the clamp again.
- the two housing parts remain concentric with each other, even if the two flanges have high temperature differences and thus radial dislocations.
- the gas inlet housing is centered on the flanks of the clamping bracket star-shaped in the side walls of the radial grooves of the bearing housing.
- the clamping bracket in the mounted state a bias, which ensures the necessary axial clamping force for axially fixing the two housing parts.
- a bias which ensures the necessary axial clamping force for axially fixing the two housing parts.
- an additional Clamping screw can be used.
- the clamping bracket can also be used without bias, thus ensuring easier installation.
- the clamping yokes in the gas inlet housing are guided in the circumferential direction in an annular groove. Due to the circumferential annular groove any tangential positions of the two housing parts to each other are possible.
- the clamping yokes in the gas inlet housing in the annular groove are positively clamped in the axial direction.
- the clamping yokes in the gas inlet housing in the annular groove are clamped non-positively in the circumferential direction.
- the clamping yokes engage behind a free end with a radial projection of the bearing housing.
- the free end of the tensioning bow comprises a shoulder which is fixed positively in an annular groove of the bearing housing in the radial direction.
- the free end of the clamping bracket comprises a shoulder which is rotatably mounted in an annular groove of the bearing housing about a tangentially oriented axis of rotation.
- the clamping brackets for axially clamping the bearing housing and the gas inlet housing comprise two free ends, and between the two free ends at least one spring area.
- the exhaust gas turbocharger mainly consists of an exhaust gas turbine shown schematically as a radial turbine in Fig. 1 and a compressor, not shown.
- the exhaust gas turbine mainly comprises a housing and a turbine wheel 3 arranged rotatably therein.
- the housing comprises a bearing housing 1 and a spiral gas inlet housing 2 arranged radially outside the bearing housing, with a housing wall 22 on the gas outlet side and a housing area designated below as housing flange 21, with which the gas inlet housing rests on the bearing housing.
- the turbine wheel 3 with the hub 31 and the blades 32 is arranged on a rotatably mounted shaft 7. Compressor side is arranged on the shaft also not shown compressor wheel.
- the gas inlet housing goes downstream in an inflow channel for the exhaust gases connected to the exhaust gas turbocharger, also not shown on the internal combustion engine.
- a guide device 4 for flow diversion is arranged between the gas inlet housing 2 and the turbine wheel 3. This comprises guide vanes 42 fastened to wall elements 41, which vanes can be designed to be adjustable in special embodiments of the exhaust gas turbine.
- the gas inlet housing 2 is clamped in the axial direction with clamping straps 5 with the bearing housing 1.
- the clamps in each case engage behind radial projections of the two housing parts and clamp them against each other by means of spring force or by means of other clamping means 6.
- the material used for the tension bow is preferably a highly heat-resistant material (eg Nim80).
- the turbine wheel with the shaft is first inserted into the bearing housing. Subsequently, the gas inlet housing is pushed in the axial direction on the bearing housing. Depending on the attachment concept for the guide device, a wall part 41 of the guide device can still be clamped between the bearing housing and the gas inlet housing.
- the guide device also called nozzle ring, previously pushed onto the bearing housing or inserted into the gas inlet housing.
- the gas inlet housing is pushed on the one hand with a radial support 29 on a radial support 19 of the bearing housing, while on the other hand the gas inlet housing is in contact with an axial support 28 against an axial support 18.
- the finished on the bearing housing 1 deferred gas inlet housing 2 is then secured according to the invention with clamps 5.
- the clamps are S-shaped, i. they include two oppositely directed, free ends.
- the one, the gas inlet housing facing the free end is formed as a hook 51 which engages in a circumferential radial groove 23 of the housing flange 21.
- the other free end engages behind a radial projection 12 on the bearing housing.
- the clamping bracket has at least one spring part 53, which exerts a corresponding counterforce on a pulling force acting on the free ends.
- the clamping bracket 5 is pivoted radially from the outside into the annular groove 23 of the housing flange 21.
- the tip of the hook 51 engages behind the Ringnutumrandung 24.
- the clamping bracket is pivoted with the other free end radially inward.
- the support region 54 slides at the base of the hook 51 along a bearing surface 25 of the annular groove 23 until the hook wedged in the annular groove 23 between the annular groove border 24 and the support surface 25.
- the other free end is meanwhile pushed over the radial projection 12. This is done against a certain resistance, since the clamp is spread in the spring area and thereby subjected to a voltage.
- the annular groove edge 24 advantageously has a bearing surface with an inclination of 20-60 degrees to the turbine axis.
- the tip of the hook 51 may also be provided with a chamfer, so that the hook wedged under axial Wernerg., a chamfer, so that the hook wedged under axial Wernerg., a chamfer, so that the hook wedged under axial Wernerg., a chamfer, so that the hook wedged under axial Wersted support surface 25 and the inclined bearing surface of the Ringnutumrandung. This wedging also provides frictional engagement for securing the tension bow to the gas inlet housing in the circumferential direction.
- the clamping brackets are concerned not only for the axial attachment of the gas inlet housing 2 on the bearing housing 1, but also for the centering of the gas inlet housing 2 with respect to the bearing housing 1 and the shaft 7 mounted therein with the turbine wheel 3.
- a plurality of star-shaped radial grooves 13 are arranged in the bearing housing 1.
- the clamps are arranged in the radial grooves 13 of the bearing housing.
- the radial grooves have mutually parallel groove walls 14, along which the clamps are guided with their lateral edges 56.
- the clamping straps are only partially guided in the radial grooves, so that the frictional resistance is limited.
- This annular groove is advantageously equipped with a circular segment-shaped cross-section, so that this leads to a likewise circular segment-shaped shoulder trained end of the clamping bracket in the annular groove can rotate. So now if the clamping ring is raised at the gas inlet housing end, the clamping ring rotates about an axis of rotation tangentially aligned with respect to the turbine shaft. The rotational movement allows the clamp to move in the radial groove 13.
- the gas inlet housing 2 is thus centered on the flanks 56 of the clamping bracket star-shaped in the side walls 14 of the radial grooves 13 of the bearing housing 1.
- the two housings, the bearing housing and the gas inlet housing concentric with each other, even if the two housing high Temperature differences and thus have radial dislocations.
- the clamping bracket in the assembled state preferably has a bias which ensures the necessary axial clamping force of the two housing parts.
- clamping means 6 a screw are used, which is used for the axial contraction of the clamping bracket. The screw is inserted into holes 55 provided in the clamp. So that the screw is not present on the bearing housing, a recess 15 is also provided in the region of the radial groove 13, as shown in FIG. 4 can be removed.
- the clamping bracket can also be used without bias, which simplifies the assembly, since the clamping bracket can be pushed without resistance on the radial projection 12 on the bearing housing.
- the bearing housing 1 may be provided in the region of the radial groove 13 with recesses 15. This ensures a direct flow of force without restricting the spring portion 53 of the bracket.
- the clamping bracket need to be solved. Subsequently, the gas inlet housing can be rotated by the desired angle and finally the clamps are fixed again.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der abgasbetriebenen Turbolader. Sie betrifft ein Turbinengehäuse, eine Abgasturbine mit einem solchen Turbinengehäuse sowie einen Turbolader mit einer solchen Abgasturbine.The invention relates to the field of exhaust gas turbochargers. It relates to a turbine housing, an exhaust gas turbine with such a turbine housing and a turbocharger with such an exhaust gas turbine.
Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Sie umfassen eine durch die Abgase der Brennkraftmaschine angetriebene Abgasturbine und einen Verdichter zum Verdichten der der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluft. Dabei sind Turbinenrad und Verdichterrad in der Regel auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Im unteren Leistungsbereich bis zu einigen Megawatt werden vorwiegend Turbolader mit radial angeströmtem Turbinenrad und Innenlagerung der Welle eingesetzt.Exhaust gas turbochargers are used to increase the performance of internal combustion engines. They include an exhaust gas turbine driven by the exhaust gases of the internal combustion engine and a compressor for compressing the fresh air supplied to the internal combustion engine. Turbine wheel and compressor wheel are usually arranged on a common shaft. In the lower power range of up to a few megawatts, turbochargers with radially impinged turbine wheel and internal bearing of the shaft are predominantly used.
Bei ungekühlten Abgasturboladern, bei denen die gasführenden Kanäle nicht gekühlt werden, liegt die Abgastemperatur am Turbineneintritt höher, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Maschine und die an den Luftverdichter per Abgasmenge abgegebene Leistung steigt.In uncooled turbochargers, in which the gas-carrying ducts are not cooled, the exhaust gas temperature is higher at the turbine inlet, whereby the thermal efficiency of the engine and the output of the air compressor per exhaust gas output increases.
Das ungekühlte äussere Turbinengehäuse, das Gaseintrittsgehäuse, welches im Betrieb eine Temperatur von beispielsweise 650°C aufweist, ist meistens direkt auf dem mit beispielsweise 150°C wesentlich kühleren Lagergehäuse befestigt. In gewissen Anwendungsbereichen wird das Lagergehäuse, im Gegensatz zu den gasführenden Kanälen, auf die genannte Temperatur gekühlt.The uncooled outer turbine housing, the gas inlet housing, which has a temperature of, for example, 650 ° C during operation, is usually mounted directly on the bearing housing, for example, considerably cooler, for example at 150 ° C. In certain applications, the bearing housing, in contrast to the gas-carrying channels, cooled to said temperature.
Zur Befestigung des Turbinengehäuses auf dem Lagergehäuse werden bei herkömmlichen Abgasturbinen Laschen oder sogenannte Profilschellen- bzw. V-Band-Verbindungen eingesetzt. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist der Luftspalt zwischen den Turbinenschaufeln dem Turbinengehäuse so klein wie möglich zu halten. Dies bedingt jedoch, dass diese Gehäusewand und das Turbinenrad jederzeit, insbesondere im Betrieb unter Volllast und bei entsprechender thermischer Belastung aller Teile, gegeneinander zentriert sind. Da sich infolge des hohen Temperaturunterschiedes zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse der Zentriersitz des Turbinengehäuses zum Lagergehäuse mitunter radial aufweitet, kann sich das Turbinengehäuse gegenüber dem Lagergehäuse und insbesondere der darin gelagerten Turbinenwelle desaxieren, d.h. das Turbinengehäuse ist gegenüber der Welle und dem darauf angeordneten Turbinenrad in radialer Richtung nicht mehr zentriert. Eine solche Desaxierung, die durch äussere Krafteinwirkungen zusätzlich unterstützt werden kann, führt zu Berührungen der Turbinenschaufelspitzen mit der Gehäusewand des Turbinengehäuses, zu entsprechenden Abnutzungen oder Defekten und damit verbunden zu erheblichen Einbussen im Wirkungsgrad der Abgasturbine.For attachment of the turbine housing on the bearing housing tabs or so-called profile clamp or V-band connections are used in conventional exhaust gas turbines. To achieve the highest possible efficiency, is the Air gap between the turbine blades to keep the turbine housing as small as possible. However, this requires that this housing wall and the turbine wheel at any time, especially during operation under full load and with appropriate thermal load of all parts, are centered against each other. Since due to the high temperature difference between the bearing housing and the turbine housing, the centering seat of the turbine housing to the bearing housing sometimes radially expands, the turbine housing against the bearing housing and in particular the turbine shaft mounted therein desaxieren, ie the turbine housing is opposite to the shaft and the turbine wheel arranged thereon in radial direction is no longer centered. Such a desaxation, which can be additionally supported by external forces, leads to contact of the turbine blade tips with the housing wall of the turbine housing, to corresponding wear or defects and, associated therewith, to considerable losses in the efficiency of the exhaust gas turbine.
Dieser herkömmliche, relativ kostenintensive Lösungsansatz, bei dem der Fertigungsprozess nebst reinen Drehoperationen auch Fräsoperationen beinhaltet, ermöglicht aufgrund der diskreten Anzahl Nut/Kamm-Verbindungen nur eine beschränkte Anzahl unterschiedlicher Gehäusepositionen. Mit 3, 6, oder 12 gleichmässig verteilten Nocken bzw. Nuten können Positionsänderungen des äusseren Turbinengehäuses gegenüber dem Lagergehäuse von 120°, 60° oder 30° erreicht werden. Wünschenswert ist jedoch ein Lösungsansatz bei der die Position des äusseren Turbinengehäuses gegenüber dem Lagergehäuse im wesentlichen stufenlos eingestellt werden kann.This conventional, relatively cost-intensive approach, in which the manufacturing process includes milling operations as well as pure turning operations, allows only a limited number of different housing positions due to the discrete number of groove / comb connections. With 3, 6, or 12 evenly distributed cams or grooves position changes of the outer turbine housing relative to the bearing housing of 120 °, 60 ° or 30 ° can be achieved. Desirable, however, is an approach in which the position of the outer turbine housing relative to the bearing housing can be adjusted substantially continuously.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gehäuse einer Abgasturbine derart zu verbessern, dass die Abgasturbine durch verbesserte Zentrierung des Turbinengehäuses bezüglich der im Lagergehäuse gelagerten Welle einen höheren Wirkungsgrad aufweist, bei gleichzeitiger grösstmöglicher Flexibilität bezüglich der Positionierung der äusseren Turbinengehäuseteile zum Lagergehäuse.The invention has for its object to improve the housing of an exhaust gas turbine such that the exhaust gas turbine by means of improved centering of the turbine housing with respect to the shaft mounted in the bearing housing has a higher efficiency, while the greatest possible flexibility with respect to the positioning of the outer turbine housing parts to the bearing housing.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Turbinengehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved with a turbine housing having the features of
Das Turbinengehäuse umfasst ein Lagergehäuse sowie ein auf dem Lagergehäuse aufliegendes, das Lagergehäuse im Auflagebereich konzentrisch umgebendes Gaseintrittsgehäuse. Zum Zentrieren des Gaseintrittsgehäuses bezüglich des Lagergehäuses sind in das Lagergehäuse radial ausgerichtet Nuten eingelassen. In den Radialnuten sind Spannbügel geführt, welche mit dem Gaseintrittsgehäuse schlüssig, d.h. form-, kraft- oder materialschlüssig, verbunden sind. Die Spannbügel verspannen das Lagergehäuse und das Gaseintrittsgehäuse in axialer Richtung gegeneinander. Zum Anpassen der Tangentialpositionen der beiden Gehäuseteile werden die Spannbügel gelöst, anschliessend ein Gehäuseteil um den gewünschten Winkel verdreht und schliesslich die Spannbügel wieder fixiert. Die beiden Gehäuseteile bleiben konzentrisch zueinander, selbst dann, wenn die beiden Flansche hohe Temperaturunterschiede und folglich radiale Versetzungen aufweisen. Das Gaseintrittsgehäuse zentriert sich über die Flanken des Spannbügels sternförmig in den Seitenwänden der Radialnuten des Lagergehäuses.The turbine housing comprises a bearing housing and a gas inlet housing resting on the bearing housing and concentrically surrounding the bearing housing in the bearing area. For centering the gas inlet housing with respect to the bearing housing grooves are radially aligned in the bearing housing. In the radial grooves clamping brackets are guided, which with the gas inlet housing conclusive, i. positive, non-positive or material fit, are connected. The clamping brackets brace the bearing housing and the gas inlet housing in the axial direction against each other. To adjust the tangential positions of the two housing parts, the clamps are released, then rotated a housing part to the desired angle and finally fixed the clamp again. The two housing parts remain concentric with each other, even if the two flanges have high temperature differences and thus radial dislocations. The gas inlet housing is centered on the flanks of the clamping bracket star-shaped in the side walls of the radial grooves of the bearing housing.
Vorzugsweise weist der Spannbügel im montierten Zustand eine Vorspannung auf, welche die notwendige axiale Klemmkraft zur axialen Fixierung der beiden Gehäuseteile sicherstellt. Zur Verstärkung der Spannkraft kann eine zusätzliche Spannschraube verwendet werden. Mit dieser Kombination kann der Spannbügel auch vorspannungsfrei eingesetzt und so eine einfachere Montage gewährleistet werden.Preferably, the clamping bracket in the mounted state, a bias, which ensures the necessary axial clamping force for axially fixing the two housing parts. To strengthen the clamping force can be an additional Clamping screw can be used. With this combination, the clamping bracket can also be used without bias, thus ensuring easier installation.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Turbinengehäuses sind die Spannbügel im Gaseintrittsgehäuse in Umfangsrichtung in einer Ringnut geführt. Durch die umlaufende Ringnut sind beliebige Tangentialpositionen der beiden Gehäuseteile zueinander möglich.In one embodiment of the turbine housing according to the invention, the clamping yokes in the gas inlet housing are guided in the circumferential direction in an annular groove. Due to the circumferential annular groove any tangential positions of the two housing parts to each other are possible.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Turbinengehäuses sind die Spannbügel im Gaseintrittsgehäuse in der Ringnut in axialer Richtung formschlüssig festgeklemmt.In one embodiment of the turbine housing according to the invention, the clamping yokes in the gas inlet housing in the annular groove are positively clamped in the axial direction.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Turbinengehäuses sind die Spannbügel im Gaseintrittsgehäuse in der Ringnut in Umfangsrichtung kraftschlüssig festgeklemmt. Durch vorteilhafterweise konisch ausgebildete Auflageflächen verkeilt sich der Spannbügel im eingebauten Zustand in der Ringnut und eine tangentiale Verschiebung wird behindert bzw. unterdrückt.In one embodiment of the turbine housing according to the invention, the clamping yokes in the gas inlet housing in the annular groove are clamped non-positively in the circumferential direction. By advantageously conically shaped bearing surfaces, the clamping bracket wedged in the installed state in the annular groove and a tangential displacement is hindered or suppressed.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Turbinengehäuses hintergreifen die Spannbügel mit einem freien Ende einen Radialvorsprung des Lagergehäuses.In one embodiment of the turbine housing according to the invention, the clamping yokes engage behind a free end with a radial projection of the bearing housing.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Turbinengehäuses umfasst das freie Ende der Spannbügel eine Schulter, welche in einer Ringnut des Lagergehäuses in radialer Richtung formschlüssig festgesetzt ist.In one embodiment of the turbine housing according to the invention, the free end of the tensioning bow comprises a shoulder which is fixed positively in an annular groove of the bearing housing in the radial direction.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Turbinengehäuses umfasst das freie Ende der Spannbügel eine Schulter, welche in einer Ringnut des Lagergehäuses um eine tangential ausgerichtete Drehachse drehbar gelagert ist.In one embodiment of the turbine housing according to the invention, the free end of the clamping bracket comprises a shoulder which is rotatably mounted in an annular groove of the bearing housing about a tangentially oriented axis of rotation.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Turbinengehäuses umfassen die Spannbügel zum axialen Verspannen des Lagergehäuses und des Gaseintrittsgehäuses zwei freie Enden, und zwischen den zwei freien Enden mindestens einen Federbereich.In one embodiment of the turbine housing according to the invention, the clamping brackets for axially clamping the bearing housing and the gas inlet housing comprise two free ends, and between the two free ends at least one spring area.
Nachfolgend sind anhand der Figuren Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Turbinengehäuses schematisch dargestellt und näher erläutert. In allen Figuren sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen entlang der Achse geführten Schnitt durch eine Abgasturbine mit einem erfindungsgemässen Turbinengehäuse,
- Fig. 2
- einen vergrössert dargestellten Ausschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Turbinengehäuses nach Fig. 1, während dem Einsetzen eines Spannbügels,
- Fig. 3
- einen vergrössert dargestellten Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Turbinengehäuses nach Fig. 1, mit eingesetztem Spannbügel, und
- Fig. 4
- eine isometrische Detaildarstellung der Abgasturbine nach Fig.1.
- Fig. 1
- a guided along the axis section through an exhaust gas turbine with a turbine housing according to the invention,
- Fig. 2
- 1 shows an enlarged section of a first embodiment of the turbine housing according to the invention according to FIG. 1, during the insertion of a tensioning bow,
- Fig. 3
- an enlarged section of a second embodiment of the inventive turbine housing according to FIG. 1, with inserted clamping bracket, and
- Fig. 4
- an isometric detail of the exhaust gas turbine according to Fig.1.
Der Abgasturbolader besteht hauptsächlich aus einer in Fig. 1 schematisch als Radialturbine dargestellten Abgasturbine und einem nicht dargestellten Verdichter. Die Abgasturbine umfasst hauptsächlich ein Gehäuse und ein darin drehbar angeordnetes Turbinenrad 3. Das Gehäuse umfasst ein Lagergehäuse 1 und ein radial ausserhalb des Lagergehäuses angeordnetes, spiralförmiges Gaseintrittsgehäuse 2, mit einer gasaustrittsseitigen Gehäusewand 22 und einem nachfolgend als Gehäuseflansch 21 bezeichneten Gehäusebereich, mit welchem das Gaseintrittsgehäuse auf dem Lagergehäuse aufliegt. Das Turbinenrad 3 mit der Nabe 31 und den Laufschaufeln 32 ist auf einer drehbar gelagerten Welle 7 angeordnet. Verdichterseitig ist auf der Welle ein ebenfalls nicht dargestelltes Verdichterrad angeordnet.The exhaust gas turbocharger mainly consists of an exhaust gas turbine shown schematically as a radial turbine in Fig. 1 and a compressor, not shown. The exhaust gas turbine mainly comprises a housing and a
Das Gaseintrittsgehäuse geht stromab in einen Anströmkanal für die Abgase einer mit dem Abgasturbolader verbundenen, ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine über. Im Anströmkanal ist zwischen dem Gaseintrittsgehäuse 2 und dem Turbinenrad 3 eine Leitvorrichtung 4 zur Strömungsumlenkung angeordnet. Diese umfasst an Wandelementen 41 befestigte Leitschaufeln 42, welche in speziellen Ausführungsformen der Abgasturbine verstellbar ausgebildet sein können.The gas inlet housing goes downstream in an inflow channel for the exhaust gases connected to the exhaust gas turbocharger, also not shown on the internal combustion engine. In the inflow passage, a
Das Gaseintrittsgehäuse 2 ist in axialer Richtung mit Spannbügeln 5 mit dem Lagergehäuse 1 verspannt. Die Spannbügel hintergreifen dabei jeweils Radialvorsprünge der beiden Gehäuseteile und verspannen diese gegeneinander mittels Federkraft oder mittels anderer Spannmittel 6.The
Als Material für den Spannbügel wird vorzugsweise ein hochwarmfester Werkstoff (z. B. Nim80) eingesetzt.The material used for the tension bow is preferably a highly heat-resistant material (eg Nim80).
Anhand der vergrösserten Darstellung in Fig. 2 wird nun die Montage und die Funktionsweise der Spannbügel erläutert.Based on the enlarged view in Fig. 2, the assembly and operation of the clamping bracket will now be explained.
Beim Montieren der Abgasturbine wird zuerst das Turbinenrad mit der Welle in das Lagergehäuse eingeführt. Anschliessend wird das Gaseintrittsgehäuse in axialer Richtung auf das Lagergehäuse aufgeschoben. Je nach Befestigungskonzept für die Leitvorrichtung kann zwischen dem Lagergehäuse und dem Gaseintrittsgehäuse noch ein Wandteil 41 der Leitvorrichtung festgeklemmt werden. In diesem Fall wird die Leitvorrichtung, auch Düsenring genannt, vorgängig auf das Lagergehäuse aufgeschoben oder in das Gaseintrittsgehäuse eingesetzt. Fertig aufgeschoben liegt das Gaseintrittsgehäuse einerseits mit einer Radialauflage 29 auf einer Radialauflage 19 des Lagergehäuses, andererseits steht das Gaseintrittsgehäuse mit einer Axialauflage 28 an einer Axialauflage 18 an.When mounting the exhaust turbine, the turbine wheel with the shaft is first inserted into the bearing housing. Subsequently, the gas inlet housing is pushed in the axial direction on the bearing housing. Depending on the attachment concept for the guide device, a
Das fertig auf das Lagergehäuse 1 aufgeschobene Gaseintrittsgehäuse 2 wird anschliessend erfindungsgemäss mit Spannbügeln 5 gesichert.The finished on the bearing
Die Spannbügel sind s-förmig ausgebildet, d.h. sie umfassen zwei entgegengesetzt ausgerichtete, freie Enden. Das eine, dem Gaseintrittsgehäuse zugewandte freie Ende ist als Haken 51 ausgebildet, welcher in einer umlaufenden Radialnut 23 des Gehäuseflansches 21 eingreift. Das andere freie Ende hintergreift einen Radialvorsprung 12 am Lagergehäuse. Zwischen den beiden freien Enden weist der Spannbügel wenigstens ein Federteil 53 auf, welches auf eine auf die freien Enden wirkende Zugkraft eine entsprechende Gegenkraft ausübt.The clamps are S-shaped, i. they include two oppositely directed, free ends. The one, the gas inlet housing facing the free end is formed as a
Bei der Montage wird der Spannbügel 5 radial von aussen in die Ringnut 23 des Gehäuseflansches 21 eingeschwenkt. Die Spitze des Hakens 51 hintergreift dabei die Ringnutumrandung 24. Anschliessend wird der Spannbügel mit dem anderen freien Ende radial nach innen geschwenkt. Dabei gleitet der Auflagebereich 54 am Ansatz des Hakens 51 entlang einer Auflagefläche 25 der Ringnut 23, bis sich der Haken in der Ringnut 23 zwischen der Ringnutumrandung 24 und der Auflagefläche 25 verkeilt. Das andere freie Ende wird derweil über den Radialvorsprung 12 geschoben. Dies erfolgt gegen einen gewissen Widerstand, da der Spannbügel im Federbereich gespreizt und dadurch mit einer Spannung beaufschlagt wird. Zur axialen Sicherung des Gaseintrittsgehäuses 2 bezüglich des Lagergehäuses dürfte es ausreichen, dass das freie Ende den Radialvorsprung hintergreift. Der auf axialen Zug belastete Spannbügel würde sich einerseits auf der Seite des Gaseintrittsgehäuses in der Radialnut 23 verkeilen, ohne sich auf der gegenüberliegenden Seite entlang des Radialvorsprungs übermässig zu bewegen.During assembly, the clamping bracket 5 is pivoted radially from the outside into the
Damit es zur möglichst optimalen formschlüssigen Verbindung zwischen dem Spannbügel und dem Gaseintrittsgehäuse kommt, weist die Ringnutumrandung 24 vorteilhafterweise eine Auflagefläche mit einer Neigung von 20-60 Grad zur Turbinenachse auf. Die Spitze des Hakens 51 kann ebenfalls mit einer Anschrägung versehen sein, so dass sich der Haken unter axialer Zugsbelastung zwischen der achsparallelen Auflagefläche 25 und der geneigten Auflagefläche der Ringnutumrandung verkeilt. Diese Verkeilung sorgt durch Reibschluss ebenfalls für eine Befestigung des Spannbügels am Gaseintrittsgehäuse in Umfangsrichtung.So that it comes to the most optimal form-fitting connection between the clamping bracket and the gas inlet housing, the
Erfindungsgemäss sind die Spannbügel jedoch nicht nur für die axiale Befestigung des Gaseintrittsgehäuses 2 am Lagergehäuse 1 besorgt, sondern auch für die Zentrierung des Gaseintrittsgehäuses 2 bezüglich des Lagergehäuses 1 und der darin gelagerten Welle 7 mit dem Turbinenrad 3. Hierfür sind, wie aus der Fig. 4 ersichtlich wird, im Lagergehäuse 1 mehrere sternförmig verlaufende Radialnuten 13 angeordnet. Die Spannbügel sind in den Radialnuten 13 des Lagergehäuses angeordnet. Die Radialnuten weisen parallel zueinander verlaufende Nutwände 14 auf, entlang derer die Spannbügel mit ihren seitlichen Flanken 56 geführt sind. Vorteilhafterweise sind die Spannbügel nur teilweise in den Radialnuten geführt, so dass sich der Reibungswiderstand in Grenzen hält.According to the invention, however, the clamping brackets are concerned not only for the axial attachment of the
Bewegt sich im Betrieb der Abgasturbine das Gaseintrittsgehäuse radial nach aussen, trennen sich die beiden radialen Auflageflächen 19 und 29 aufgrund der grösseren Erwärmung des Gaseintrittsgehäuses. Die Auflagefläche 25 am radial inneren Rand der Radialnut 23 drückt auf den Auflagebereich 54 des Spannbügels. Der in der Radialnut verkeilte Spannbügel wird demzufolge radial nach aussen angehoben. Um zu verhindern, dass der Spannbügel aus den Radialnuten 13 bzw. über den Radialvorsprung 12 radial nach aussen gehoben wird, ist das dem Haken entgegen gesetzte freie Ende in radialer Richtung formschlüssig in einer Ringnut 11 festgesetzt. Diese Ringnut ist vorteilhafterweise mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt ausgestattet, so dass sich das zu einer ebenfalls kreissegmentförmigen Schulter ausgebildete Ende des Spann bügels in der Ringnut drehen lässt. Wird nun also der Spannring an dem gaseintrittsgehäuseseitigen Ende angehoben, dreht sich der Spannring um eine bezüglich der Turbinenwelle tangential ausgerichteten Drehachse. Die Drehbewegung erlaubt dem Spannbügel sich in der Radialnut 13 zu verschieben. Das Gaseintrittsgehäuse 2 zentriert sich folglich über die Flanken 56 der Spannbügel sternförmig in den Seitenwänden 14 der Radialnuten 13 des Lagergehäuses 1. Bei der erfindungsgemässen Gehäuseverbindung bleiben die beiden Gehäuse, das Lagergehäuse und das Gaseintrittsgehäuse, konzentrisch zueinander, selbst dann, wenn die beiden Gehäuse hohe Temperaturunterschiede und folglich radiale Versetzungen aufweisen.Moves the gas inlet housing radially outwardly during operation of the exhaust gas turbine, the two radial bearing surfaces 19 and 29 separate due to the greater heating of the gas inlet housing. The bearing
Bei der Montage dieses Spann bügels wird dieser über den Radialvorsprung 12 geschoben, bis er mit seiner Schulter 52 in der Ringnut 11 einrastet.When mounting this clamping bracket this is pushed over the
Wie bereits erwähnt weist der Spannbügel im montierten Zustand vorzugsweise eine Vorspannung auf, welche die notwendige axiale Klemmkraft der beiden Gehäuseteile sicherstellt. Alternativ oder zur Verstärkung der Spannkraft kann, gemäss der Ausführung nach Fig. 3, als Spannmittel 6 eine Schraube verwendet werden, welche zur axialen Kontraktion des Spannbügels verwendet wird. Die Schraube wird in dafür vorgesehenen Bohrungen 55 im Spannbügel eingesetzt. Damit die Schraube nicht am Lagergehäuse ansteht, ist zudem im Bereich der Radialnut 13 eine Aussparung 15 vorgesehen, wie Fig. 4 entnommen werden kann. Mit dem Spannmittel 6 kann der Spannbügel auch vorspannungsfrei eingesetzt werden, was die Montage vereinfacht, da der Spannbügel ohne Widerstand über den Radialvorsprung 12 am Lagergehäuse geschoben werden kann. Für die Kombination mit der Spannschraube kann das Lagergehäuse 1 im Bereich der Radialnut 13 mit Aussparungen 15 versehen sein. Dadurch wird ein direkter Kraftfluss gewährleistet ohne den Federbereich 53 des Bügels einzuschränken.As already mentioned, the clamping bracket in the assembled state preferably has a bias which ensures the necessary axial clamping force of the two housing parts. Alternatively, or to reinforce the clamping force can, according to the embodiment of FIG. 3, as clamping means 6, a screw are used, which is used for the axial contraction of the clamping bracket. The screw is inserted into
Ist die Ringnut 23 im Gaseintrittsgehäuse umlaufend ausgebildet, so dass sie sich entlang des gesamten Umfangs erstreckt, sind beliebige Tangentialpositionen des Gaseintrittsgehäuses bezüglich des Lagergehäuses möglich. Durch die konischen Auflageflächen im Innern der Radialnut 23 verkeilt sich der Spannbügel 5 im eingebauten Zustand in der Ringnut 23 und eine tangentiale Verschiebung wird durch Reib- bzw. Kraftschluss verhindert.Is the
Zum Anpassen der Tangentialposition des Gaseintrittsgehäuses bezüglich des Lagergehäuses brauchen folglich die Spannbügel gelöst zu werden. Anschliessend kann das Gaseintrittsgehäuse um den gewünschten Winkel verdreht und schliesslich die Spannbügel wieder fixiert werden.To adjust the tangential position of the gas inlet housing with respect to the bearing housing, consequently, the clamping bracket need to be solved. Subsequently, the gas inlet housing can be rotated by the desired angle and finally the clamps are fixed again.
- 11
- Lagergehäusebearing housing
- 1111
- Ringnutring groove
- 1212
- Radialvorsprungradial projection
- 1313
- Radialnutradial groove
- 1414
- RadialnutwändeRadialnutwände
- 1515
- Aussparungrecess
- 1818
- Axialauflageaxial support
- 1919
- Radialauflageradial bearing
- 22
- GaseintrittsgehäuseGas inlet casing
- 2121
- GehäuseflsanschGehäuseflsansch
- 2222
- gasaustrittsseitige Wandgas outlet wall
- 2323
- Ringnutring groove
- 2424
- RingnutumrandungRingnutumrandung
- 2525
- Auflageflächebearing surface
- 2828
- Axialauflageaxial support
- 2929
- Radialauflageradial bearing
- 33
- Turbinenradturbine
- 3131
- Nabehub
- 3232
- Laufschaufelnblades
- 44
- Leitvorrichtungguide
- 4141
- Wandelementewall elements
- 4242
- Leitschaufelnvanes
- 55
- Spannbügeltensioning bow
- 5151
- Hakenhook
- 5252
- Schultershoulder
- 5353
- Federbereichspring range
- 5454
- Auflagebereichsupport area
- 5555
- Bohrung für SpannmittelDrilling hole for clamping device
- 5656
- Flanken des SpannbügelsFlanks of the tension bracket
- 66
- Spannmittelclamping means
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Zentrieren des Gaseintrittsgehäuses bezüglich des Lagergehäuses in das Lagergehäuse (1) radial ausgerichtet Nuten (13) eingelassen sind und in den Radialnuten (13) Spannbügel (5) geführt sind, welche mit dem Gaseintrittsgehäuse (2) schlüssig verbunden sind und das Lagergehäuse (1) und das Gaseintrittsgehäuse (2) in axialer Richtung gegeneinander verspannen.Turbine housing, comprising a bearing housing (1) and a gas inlet housing (2) lying on the bearing housing and concentrically surrounding the bearing housing in the bearing area,
characterized in that
for centering the gas inlet housing with respect to the bearing housing in the bearing housing (1) radially aligned grooves (13) are embedded and in the radial grooves (13) clamping bracket (5) are guided, which are connected to the gas inlet housing (2) and the bearing housing (1 ) and the gas inlet housing (2) in the axial direction against each brace.
wobei das Gaseintrittsgehäuse mit dem Lagergehäuse bezüglich der Welle zentriert und in jedem beliebigen Winkel verbindbar ist.Exhaust gas turbine comprising a turbine housing according to one of the preceding claims with a gas inlet housing (2) and a bearing housing (1), and a shaft (7) rotatably mounted in the bearing housing,
wherein the gas inlet housing is centered with the bearing housing with respect to the shaft and connectable at any angle.
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