EP2002127A1 - Vordrall-leitvorrichtung - Google Patents

Vordrall-leitvorrichtung

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EP2002127A1
EP2002127A1 EP07701890A EP07701890A EP2002127A1 EP 2002127 A1 EP2002127 A1 EP 2002127A1 EP 07701890 A EP07701890 A EP 07701890A EP 07701890 A EP07701890 A EP 07701890A EP 2002127 A1 EP2002127 A1 EP 2002127A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vane
guide
axis
vordrall
blade
Prior art date
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Granted
Application number
EP07701890A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2002127B1 (de
Inventor
Daniel Oeschger
Josef Bättig
Adrian Kopp
Janpeter KÜHNEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Accelleron Industries AG
Original Assignee
ABB Turbo Systems AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Turbo Systems AG filed Critical ABB Turbo Systems AG
Priority to EP07701890A priority Critical patent/EP2002127B1/de
Publication of EP2002127A1 publication Critical patent/EP2002127A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2002127B1 publication Critical patent/EP2002127B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
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    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
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    • 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
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/4213—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
    • 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
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/51—Inlet

Definitions

  • the invention relates to the field of turbomachines subjected to exhaust gases of internal combustion engines.
  • It relates to a guide device for generating a Vordralls in the intake of a compressor and an exhaust gas turbocharger with such a Vordrall guide.
  • Exhaust gas turbochargers are used to increase the performance of internal combustion engines. In modern internal combustion engines, the adaptation of the exhaust gas turbocharger to variable operating conditions will become more difficult.
  • a widely used option is the so-called variable turbine and / or compressor geometry.
  • the stator vanes are aligned more or less steeply with the flow upstream of the turbine wheel in accordance with turbine power requirements.
  • the vanes in the diffuser downstream of the compressor wheel are aligned more or less steeply to the flow.
  • Vordrall guide devices which produce a certain Vordrall Ansauge Scheme the compressor in the intake air, or possibly the aspirated air-fuel mixture, depending on the operating point with more or less pronounced - or in opposite directions to the direction of rotation of the compressor wheel.
  • Adjusting lever be made separable for assembly reasons. This can be additional Lead to cost and tolerance errors and significantly reduce reliability in operation.
  • the object of the present invention is to provide a reliably operating over a long period of operation, easy to install predrirl guide with adjustable vanes.
  • the inventive predrirl guide device further comprises a coaxial with the shaft axis of the compressor arranged, pivotable about this axis collar, and adjusting lever for transmitting torque from the adjusting ring on the blade shank of each vane.
  • vane shank and adjusting lever of each vane are formed in one piece.
  • the one-piece design of the vane reduces the number of joints, which has a positive effect on the material wear. In addition, the number of components to be assembled is reduced. This simplifies the assembly and any service work on the guide.
  • the housing of the pre-whirl guide device according to the invention in which the guide vanes are rotatably mounted, comprises at least two parts joined together in the region of the bearings of the guide vane.
  • this makes it possible to assemble the guide vane, which is made in one piece with an integrated adjusting lever.
  • this makes it possible to support and secure the blade with the bearing point in the axial direction with respect to the axis of rotation of each moving blade.
  • the bearings can be protected with inserted bearing sleeves.
  • This axial bearing of the guide vanes takes place according to the invention via projections on the blade shafts and on the housing surrounding the blade shafts. These projections extend in the radial direction with respect to the axis of rotation of the guide vane.
  • grooves can also be embedded in the housing and / or in the blade shafts, which cooperate with corresponding projections for the axial securing of the guide blade. If grooves are embedded both in the housing and the blade shafts, the axial bearing can be made with special bearing rings, which are arranged in the grooves. The grooves and protrusions may also extend only partially around the respective blade shank. Further advantages emerge from the dependent claims.
  • FIG. 1 shows a section through a first embodiment of a predrirl guiding device designed according to the invention, with a central body held by means of a retaining rib
  • FIG. 2 shows an isometric detailed view of the predrirl guiding device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a section through a second embodiment of an inventively designed pre-whirling guide device
  • FIG. 4 is an isometric view in detail of the pre-whirl baffle of FIG. 3, FIG.
  • FIG. 5 shows an enlarged detail of the section in FIG. 1 in the region of the guide blade shaft with a detailed representation of a first
  • FIG. 6 shows an enlarged detail of the section in FIG. 1 in the region of the guide blade shaft with a detailed illustration of a second variant of the axial bearing of the guide vanes
  • FIG. 7 shows an enlarged section of the section in FIG. 1 in the region of the adjusting lever Details for the storage of the adjusting ring
  • FIG. 8 shows a section through an inventively designed Vordrall guide device with a held by the vanes central body
  • 9 shows a section with an alternative variant of the second embodiment of the invention according to Vordrali guide device of FIG .. 3
  • Fig. 1 shows a section through a guide in the intake of a compressor.
  • Such compressors are, as described above, used in exhaust gas turbochargers to increase the performance of internal combustion engines.
  • the arrows in the figure indicate the flow path of the medium to be compressed, which is usually air or optionally an air-fuel mixture for the combustion process in the internal combustion engine.
  • guide devices can be used in any type of compressor, for example, in electric motors driven I nd ustrieverd ichtern.
  • the guide device comprises a plurality of guide vanes 10 arranged aligned with respect to the compressor axis in the radial direction.
  • each of the guide vanes comprises a blade shank 12 with which the blade profile is rotatably mounted in a housing.
  • an adjusting lever 13 Via an adjusting lever 13, the blade profile can be rotated about the axis of the blade shank.
  • an adjusting ring 30 is provided, which is arranged concentrically to the axis of the compressor. By turning the adjusting ring 30, all blades are simultaneously adjusted about the respective axes of their shovel shafts.
  • the torque is transmitted from the adjusting ring 30 to the blade shank 12 via a arranged at the free end of the adjusting lever 13 ball head 14.
  • the ball head 14 is guided in a groove 31 of the adjusting ring with two parallel walls , In the groove, the ball head has the translatory and rotational
  • the ball socket is at least partially made of a translationally displaceable sliding shoe 20th educated. If the adjusting ring 30 is rotated for adjusting the guide vanes, then the sliding shoe 20 is displaced by the ball head 14 in the groove 31 in the plane of the groove walls. If the adjusting ring is turned away, the position of the adjusting lever changes relative to the adjusting ring.
  • the translational displacement of the center of rotation of the ball head is made possible by sliding the sliding wall along the groove walls, while for the rotation of the ball head in the ball socket formed by the sliding shoe can rotate arbitrarily in any direction.
  • the shoe may also be formed in two parts by a ball socket half is arranged with a flat, sliding back on each side of the groove in the adjusting ring.
  • the pin engages in a bore in the adjusting ring 30 also in a bore 32nd mounted, cylindrical sliding element 21 a.
  • the sliding cylinder 21 can be rotated in the bore 32 about its own axis and move along its own axis.
  • the bore in the sliding cylinder, which is provided for receiving the pin 15, is perpendicular to the axis of the sliding cylinder.
  • the pin can be rotated in this hole around its own axis and move along its own axis.
  • the pin 15 as shown in FIG. 9, fixed in the sliding cylinder 21 and be slidably mounted in a corresponding bore in the free end of the adjusting lever 13 of the guide vane.
  • the blade profile 11, blade shank 12 and the adjusting lever 13, together with the attachment required for torque transmission, that is to say the ball head 14 or the pin 15, are integrally formed.
  • the entire guide blade 10 with its functional components cast or milled from one piece or force of several parts prior to installation in the housing force, shape or materially joined together in one piece.
  • the blade profile, the blade shank and the adjusting lever is poured as a piece and then driven the ball head or pin into a designated opening in the adjusting lever with interference fit or loosely inserted and welded or -gegossen.
  • the housing according to the invention is divided in the region of the bearing points of the guide vanes.
  • at least two housing parts 41 and 42 which can be joined together in the axial direction with respect to the compressor axis are provided.
  • the two housing parts together form the recess 45.
  • the two housing parts 41 and 42 are held together, for example, with connecting elements in holes 46 provided for this purpose or via other subsequently installed housing parts. Thanks to the inventive division of the housing in the region of the guide device, the storage of the guide vanes and the adjusting ring can be greatly simplified. As shown in Fig.
  • housing protrusions 49 may be provided on both sides or on a housing part in each case at the axial ends of the bearing point of the blade shank.
  • an at least partially circumferential groove in the recess between the two housing parts 41 and 42 a the shovel shaft also at least partially circumferential projection 17 record.
  • the groove may also be embedded in the blade shank and the housing parts may be provided with a corresponding projection.
  • a groove is embedded in a housing part while the other housing part has a projection and is provided according to the blade shank with a projection and a groove.
  • grooves are recessed both in the blade shank and in the surrounding housing.
  • An arranged in the grooves bearing ring provides in this Variant for the axial bearing of the guide vanes. All these variants of the internal thrust bearings allow a reduction in the axial clearance of the vanes.
  • the bearing components, so the housing parts and / or the blade shank can be hardened or provided with a coating of an abrasion-resistant material.
  • the axial and radial mounting of the adjusting ring also realize in a simple manner.
  • the adjusting ring 30 is arranged together with the guide vanes between the housing parts or on one of the two housing parts.
  • the final alignment of the Versteliringes then takes place automatically in the axial direction.
  • the adjusting ring 30 is supported in the axial direction from both sides by a corresponding bearing element 47 'and 47 " .
  • the first axial bearing element 47 ' is part of the first housing part 41, while the second axial bearing element 47" Part of the second housing part 42 is.
  • the radial bearing of the adjusting ring can be achieved in a simple manner by supporting the adjusting ring on a circumferential projection 48. As in the bearing of the vane, and the bearing parts of the adjusting ring can be hardened or coated.
  • a central housing body is optionally arranged according to an embodiment of the inventive guide device.
  • This central body is concentric with the axis of the compressor.
  • the central body is part of the housing which forms the flow channel of the medium to be compressed in the region of the guide device.
  • the central body 44 may be positioned and retained via one or more radially extending housing ribs 43.
  • the central body can also be positioned and held on the vane tips.
  • radially guided bores 441 are introduced into the central body 44, in which shanks 16 designed especially for this purpose engage the blade tips.
  • This device with the rays around the Central body arranged vanes also allows a simplified assembly of the vanes, which can already be arranged around the central body 44 prior to introduction into one of the two housing parts 41 or 42. Subsequently, the unit of central body and all vanes can be performed in a single step to the designated space.
  • corresponding bores may also be provided in the embodiment with a central body positioned and held by means of a retaining rib.
  • they also serve a simplified assembly by the guide vanes are inserted with the special blade tip shafts in the holes in the central body before they are then placed in the radially extending recesses in the one housing part.
  • the described blade tip shanks can be fixedly connected to the tips of the guide vanes, or rotatably mounted in holes provided in the blade tips.
  • the shafts may also be fixedly connected to the central body, so that during mounting the guide vanes are plugged with their holes at the blade tips on the shafts.
  • an embodiment of the inventive guide device without a central body with up to the middle current vanes is possible.

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Abstract

Die Vordrall-Leitvorrichtung zum Erzeugen eines Vordralls im Ansaugbereich eines Verdichters umfasst eine Vielzahl von Leitschaufeln (10), welche jeweils um einen mit der Leitschaufel verbundenen Schaufelschaft (12) schwenkbar sind, sowie einen schwenkbaren Stellring (30), und Verstellhebel (13) zum Übertragen von Drehmoment vom Stellring (30) auf den Schaufelschaft (12) jeder Leitschaufel. Der Schaufelschaft (12) und der Verstellhebel (13) jeder Leitschaufeln sind einteilig ausgebildet. Das Gehäuse, in welchem die Leitschaufeln (10) drehbar gelagert sind, besteht aus mindestens zwei, im Bereich der Lager der Leitschaufel zusammengefügten Teilen (41, 42). Durch die einteilige Ausführung der Leitschaufel wird die Anzahl der zu montierenden Komponenten reduziert. Dies vereinfacht die Montage und allfällige Servicearbeiten an der Leitvorrichtung.

Description

Vordrall-Leitvorrichtung
B ES C H R E I B U N G
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der mit Abgasen von Brennkraftmaschinen beaufschlagten Strömungsmaschinen.
Sie betrifft eine Leitvorrichtung zum Erzeugen eines Vordralls im Ansaugbereich eines Verdichters sowie einen Abgasturbolader mit einer solchen Vordrall-Leitvorrichtung.
Stand der Technik
Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Bei modernen Brennkraftmaschinen wird die Anpassung der Abgasturbolader an variable Betriebsbedingungen zunehmen schwieriger. Eine weit verbreitete Möglichkeit dazu bietet die so genannte variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie. Bei der variablen Turbinengeometrie werden die Leitschaufeln des Leitapparates stromauf des Turbinenrades entsprechend dem Leistungsbedarf der Turbine mehr oder weniger steil zur Strömung ausgerichtet. Bei der variablen Verdichtergeometrie werden die Leitschaufeln im Diffusor stromab des Verdichterrades mehr oder weniger steil zur Strömung ausgerichtet.
Eine weitere Möglichkeit zur Anpassung des Abgasturboladers an die variablen Betriebsbedingungen bieten Vordrall-Leitvorrichtungen, welche im Ansaugebereich des Verdichters in der angesaugten Luft, bzw. gegebenenfalls dem angesaugten Luft- Brennstoff-Gemisch, einen bestimmten Vordrall erzeugen, je nach Betriebspunkt mehr oder weniger ausgeprägt mit- oder gegenläufig zur Drehrichtung des Verdichterrades.
Bei herkömmlichen Vordrall-Leitvorrichtungen, wie sie etwa aus der DE 36 13 857 A1 bekannt sind, werden die Schaufeln in einem im Lagerbereich einteiligen Gehäuse gelagert. Dazu muss die Schaufel mit einer zusätzlichen Lagerbüchse gesichert und der
Verstellhebel aus Montagegründen trennbar ausgeführt sein. Dies kann zu zusätzliche Kosten und Toleranzfehlern führen und die Zuverlässigkeit in Betrieb erheblich reduzieren.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine über eine lange Betriebszeit zuverlässig funktionierende, einfach zu montierende Vordrall-Leitvorrichtung mit verstellbaren Leitschaufeln zu schaffen.
Die erfindungsgemässe Vordrall-Leitvorrichtung zum Erzeugen eines Vordralls im Ansaugbereich eines Verdichters, umfasst eine Mehrzahl von Leitschaufeln, welche jeweils um einen mit der Leitschaufel verbundenen Schaufelschaft schwenkbar sind, wobei die Schaufelschäfte und somit die Drehachsen der Leitschaufeln im wesentlichen senkrecht und radial zu der Wellenachse des Verdichters ausgerichtet sind. Die erfindungsgemässe Vordrall-Leitvorrichtung umfasst weiter einen koaxial zur Wellenachse des Verdichters angeordneten, um diese Achse schwenkbaren Stellring, sowie Verstellhebel zum Übertragen von Drehmoment vom Stellring auf den Schaufelschaft jeder Leitschaufel. Erfindungsgemäss sind Schaufelschaft und Verstellhebel jeder Leitschaufel einteilig ausgebildet.
Durch die einteilige Ausführung der Leitschaufel wird die Anzahl der Fügestellen reduziert, was sich positiv auf den Materia Iverschleiss auswirkt. Zudem wird die Anzahl zu montierenden Komponenten reduziert. Dies vereinfacht die Montage und allfällige Servicearbeiten an der Leitvorrichtung.
Das Gehäuse der erfindungsgemässen Vordrall-Leitvorrichtung, in welchem die Leitschaufeln drehbar gelagert sind, umfasst mindestens zwei, im Bereich der Lager der Leitschaufel zusammengefügte Teile. Dies ermöglicht einerseits die Montage der einteilig mit integriertem Verstellhebel ausgeführten Leitschaufel, zudem ist es dadurch möglich die Schaufel mit der Lagerstelle bezüglich der Drehachse jeder Laufschaufel in axialer Richtung zu lagern und zu sichern. Zur Verbesserung der Verschleissfestigkeit, können die Lager mit eingesetzten Lagerhülsen geschützt werden. Diese axiale Lagerung der Leitschaufeln erfolgt erfindungsgemäss über Vorsprünge an den Schaufelschäften und an dem die Schaufelschäfte umgebenden Gehäuse. Diese Vorsprünge erstrecken sich bezüglich der Drehachse der Leitschaufel in radialer Richtung. Die Vorsprünge greifen zur axialen Lagerung der Leitschaufel ineinander. Zusätzlich oder alternativ können auch Nuten in das Gehäuse und/ oder in die Schaufelschäfte eingelassen sein, welche zur axialen Sicherung der Leitschaufel mit entsprechenden Vorsprüngen zusammenwirken. Werden sowohl in das Gehäuse als auch die Schaufelschäfte Nuten eingelassen, kann die axiale Lagerung mit speziellen Lagerringen erfolgen, welche in den Nuten angeordnet werden. Die Nuten und Vorsprünge können sich auch nur teilweise um den jeweiligen Schaufelschaft erstrecken. Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäss ausgebildeten Vordrall-Leitvorrichtung, mit einem mittels Halterippe gehaltenen Zentralkörper, Fig. 2 eine isometrische Detailansicht der Vordrall-Leitvorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäss ausgebildeten Vordrall-Leitvorrichtung,
Fig. 4 eine isometrische Detailansicht der Vordrall-Leitvorrichtung nach Fig. 3,
Fig. 5 einen vergrössert dargestellten Ausschnitt des Schnittes in Fig. 1 im Bereich des Leitschaufel-Schaftes mit einer detaillierten Darstellung einer ersten
Variante der axialen Lagerung der Leitschaufeln,
Fig. 6 den vergrössert dargestellten Ausschnitt des Schnittes in Fig. 1 im Bereich des Leitschaufel-Schaftes mit einer detaillierten Darstellung einer zweiten Variante der axialen Lagerung der Leitschaufeln, Fig. 7 einen vergrössert dargestellten Ausschnitt des Schnittes in Fig. 1 im Bereich des Verstellhebels mit Details zur Lagerung des Verstellringes,
Fig. 8 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäss ausgebildete Vordrall- Leitvorrichtung mit einem durch die Leitschaufeln gehaltenen Zentralkörper, und Fig. 9 einen Ausschnitt mit einer alternativen Variante der zweite Ausführungsform der erfind ungsgemäss ausgebildeten Vordrali-Leitvorrichtung nach Fig. 3.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Leitvorrichtung im Ansaugbereich eines Verdichters. Solche Verdichter werden, wie eingangs beschrieben, in Abgasturboladern zum Steigern der Leistung von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Die Pfeile in der Figur deuten den Strömungsweg des zu verdichtenden Mediums an, welches in der Regel Luft oder gegebenenfalls ein Luft-Brennstoff-Gemisch für den Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine ist. Ausserdem können solche Leitvorrichtungen in jeder Art von Verdichter eingesetzt werden, beispielsweise in mit Elektromotoren angetriebenen I nd ustrieverd ichtern .
Die Leitvorrichtung umfasst mehrere, bezüglich der Verdichterachse in radialer Richtung ausgerichtet angeordnete Leitschaufeln 10. Jede der Leitschaufeln umfasst neben dem in den Strömungskanal hineinragenden Schaufelprofil 11 einen Schaufelschaft 12, mit welchem das Schaufelprofil drehbar in einem Gehäuse gelagert ist. Über einen Verstellhebel 13 lässt sich das Schaufelprofil um die Achse des Schaufelschaftes drehen. Zum Antrieb des Verstellhebels, und somit zum Verstellen des Schaufelprofils, ist ein Verstellring 30 vorgesehen, welcher konzentrisch zur Achse des Verdichters angeordnet ist. Durch Drehen des Verstellrings 30, werden alle Schaufeln gleichzeitig um die jeweiligen Achsen ihrer Schaufelschäfte verstellt. In einer ersten Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2 erfolgt die Drehmomentübertragung vom Verstellring 30 auf den Schaufelschaft 12 über einen am freien Ende des Verstellhebels 13 angeordneten Kugelkopf 14. Der Kugelkopf 14 wird in einer Nut 31 des Verstellrings mit zwei parallel zueinander verlaufenden Wänden geführt. In der Nut hat der Kugelkopf die translatorischen und rotatorischen
Bewegungsfreiheiten, welche zur Umsetzung der Momentübertragung notwendig sind. Um eine gleichmässige, grossflächige Druckverteilung im Kontaktbereich zwischen Kugelkopf und Nutwand zu erzielen, und um so den Verschleiss der aufeinander pressenden Teile zu verringern, ist die zum Übertragen von Drehmoment vom Verstellring auf den Schaufelschaft jeder Leitschaufel auf den Kugelkopf der Stellhebel wirkende Oberfläche nach Art einer Kugelpfanne ausgebildet. Dabei ist die Kugelpfanne zumindest teilweise aus einem translatorisch verschiebbar angeordneten Gleitschuh 20 gebildet. Wird der Verstellring 30 zum Verstellen der Leitschaufeln gedreht, so wird der Gleitschuh 20 von dem Kugelkopf 14 in der Nut 31 in der Ebene der Nutwände verschoben. Wird der Stellring weggedreht, so verändert sich die Lage des Verstellhebels relativ zum Verstellring. Neben der translatorischen Verschiebung des Rotationszentrums des Kugelkopfes innerhalb der Nut, kommt es zu einer Verdrehung des Verstellhebels bezüglich des Verstellrings. Die translatorische Verschiebung des Rotationszentrums des Kugelkopfes wird durch den, den Nutwänden entlang gleitenden Gleitschuh ermöglicht, während sich für die Verdrehung der Kugelkopf in der durch den Gleitschuh geformten Kugelpfanne beliebig in jede Richtung verdrehen kann. Der Gleitschuh kann auch zweiteilig ausgebildet sein, indem auf jeder Seite der Nut im Verstellring eine Kugelpfannenhälfte mit einer flachen, gleitfähigen Rückseite angeordnet ist.
In einer zweiten Ausführungsform gemäss den Fig. 3 und 4 erfolgt die Drehmomentübertragung vom Verstellring 30 auf den Schaufelschaft 12 über einen am freien Ende des Verstellhebels 13 angeordneten, zylinderförmigen Stift 15. Der Stift greift in eine Bohrung eines im Verstellring 30 ebenfalls in einer Bohrung 32 gelagerten, zylinderförmigen Gleitelements 21 ein. Der Gleitzylinder 21 lässt sich in der Bohrung 32 um die eigene Achse drehen und entlang der eigenen Achse verschieben. Die Bohrung im Gleitzylinder, welche zur Aufnahme des Stifts 15 vorgesehen ist, steht senkrecht zur Achse des Gleitzylinders. Der Stift lässt sich in dieser Bohrung um seine eigene Achse drehen und entlang seiner eigenen Achse verschieben. Somit sind wiederum die für die Umsetzung der Momentübertragung notwendigen Bewegungsfreiheiten, je zwei translatorische und rotatorische, gegeben. Alternativ kann der Stift 15, wie in der Fig. 9 dargestellt, im Gleitzylinder 21 fixiert und dafür in einer entsprechenden Bohrung im freien Ende des Verstellhebels 13 der Leitschaufel gleitend gelagert sein.
Anstelle der dargestellten und detailliert beschriebenen sind weitere Ausführungsformen zur Momentübertragung denkbar, etwa mit einem als Zahnradsegment ausgebildeten Verstellhebel, welcher in dem mit einem Zahnkranz versehenen Verstellring eingreift. Erfind u ngsgemäss sind Schaufelprofil 11 , Schaufelschaft 12 und der Verstellhebel 13 mitsamt dem für die Momentübertragung notwendigen Aufsatz, also dem Kugelkopf 14 bzw. dem Stift 15, einteilig ausgebildet. Dies bedeutet, dass die gesamte Leitschaufel 10 mit ihren funktionellen Bestandteilen aus einem Stück gegossen oder gefräst oder aber aus mehreren Teilen vor dem Einbau ins Gehäuse kraft-, form- oder materialschlüssig zu einem Stück zusammengefügt ist. Beispielsweise wird das Schaufelprofil, der Schaufelschaft und der Verstellhebel als ein Stück gegossen und anschliessend der Kugelkopf bzw. der Stift in eine dafür vorgesehene Öffnung im Verstellhebel mit Presssitz eingetrieben oder aber lose eingefügt und angeschweisst oder -gegossen.
Damit die einteilig ausgebildete Leitschaufel in die dafür vorgesehene Ausnehmung im Gehäuse eingebracht werden kann, ist das Gehäuse erfind ungsgemäss im Bereich der Lagerstellen der Leitschaufeln geteilt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich wird, sind mindestens zwei, bezüglich der Verdichterachse in axialer Richtung zusammenfügbare Gehäuseteile 41 und 42 vorgesehen. Im Bereich der Lagerstelle jeder Leitschaufeln bilden die beiden Gehäuseteile gemeinsam die Ausnehmung 45. Die beiden Gehäuseteile 41 und 42 werden beispielsweise mit Verbindungselementen in dafür vorgesehenen Bohrungen 46 oder über andere, nachträglich verbaute Gehäuseteile zusammengehalten. Dank der erfindungsgemässen Teilung des Gehäuses im Bereich der Leitvorrichtung, lässt sich die Lagerung der Leitschaufeln und des Verstellrings stark vereinfachen. Wie in Fig. 5 dargestellt, lässt sich so der Schaufelschaft in axialer Richtung anstatt mit einer zusätzlichen Lagerbuchse oder mit aussen liegenden Lagerstellen auf einfache Weise an radial vorstehenden Gehäusekanten 49 sichern. Diese Gehäusevorsprünge 49 können beidseitig oder an einem Gehäuseteil jeweils an den axialen Enden der Lagerstelle des Schaufelschaftes vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann, wie in Fig. 6 dargestellt, eine zumindest teilweise umlaufende Nut in der Ausnehmung zwischen den beiden Gehäuseteilen 41 und 42 einen den Schaufelschaft ebenfalls zumindest teilweise umlaufenden Vorsprung 17 aufnehmen. Anstelle einer Nut in den Gehäuseteilen kann in einer anderen Variante die Nut auch in den Schaufelschaft eingelassen und die Gehäuseteile mit einem entsprechenden Vorsprung versehen sein. In einer weiteren Variante ist in einem Gehäuseteil eine Nut eingelassen während das andere Gehäuseteil einen Vorsprung aufweist und entsprechend der Schaufelschaft mit je einem Vorsprung und einer Nut versehen ist. Mittels einer nicht vollständig umlaufenden Nut und einem noch weniger weit umlaufenden Vorsprung lässt sich auch auf einfache Weise die Drehbarkeit der Leitschaufeln begrenzen. In einer weiteren Variante sind sowohl in den Schaufelschaft wie auch das in das ihn umgebende Gehäuse Nuten eingelassen. Ein in den Nuten angeordneter Lagerring sorgt in dieser Variante für die axiale Lagerung der Leitschaufeln. Alle diese Varianten der innen liegenden Axiallagerungen ermöglichen eine Verringerung des axialen Spiels der Leitschaufeln. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaft im Lagerbereich der Leitschaufeln oder um Verschleiss vorzubeugen, können die Lagerbestandteile, also die Gehäuseteile und/ oder der Schaufelschaft gehärtet oder mit einer Beschichtung aus einem abriebfesten Material versehen sein.
Die axiale und radiale Lagerung des Verstellrings lässt sich, wie in Fig. 7 dargestellt, ebenfalls auf einfach Weise realisieren. Bevor die Gehäuseteile 41 und 42 in axialer Richtung zusammen geschoben werden, wird der Verstellring 30 zusammen mit den Leitschaufeln zwischen den Gehäuseteilen oder auf einem der beiden Gehäuseteile angeordnet. Beim Zusammenschieben erfolgt anschliessend automatisch die endgültige Ausrichtung des Versteliringes in axialer Richtung. Dabei wird der Verstellring 30 von beiden Seiten durch ein entsprechendes Lagerelement 47' und 47" in axialer Richtung gelagert. Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, ist das erste axiale Lagerelement 47' Teil des ersten Gehäuseteils 41, während das zweite axiale Lagerelement 47" Teil des zweiten Gehäuseteils 42 ist. Die radiale Lagerung des Verstellrings lässt sich auf einfache Weise durch Auflage des Verstellrings auf einem umlaufenden Vorsprung 48 erreichen. Wie in der Lagerstelle der Leitschaufel, können auch die Lagerteile des Verstellrings gehärtet oder Beschichtet sein.
Im zentralen Bereich der Leitvorrichtung, in welchem die Spitzen der mehreren Leitschaufeln zusammen kommen, ist gemäss einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Leitvorrichtung optional ein zentraler Gehäusekörper angeordnet. Dieser Zentralkörper liegt konzentrisch auf der Achse des Verdichters. Der Zentralkörper ist Teil des Gehäuses, welches im Bereich der Leitvorrichtung den Strömungskanal des zu verdichtenden Mediums bildet.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann der Zentralkörper 44 über eine oder mehrere radial verlaufende Gehäuserippen 43 positioniert und festgehalten sein. Um die Strömung im Strömungskanal nicht mit solchen Rippen beeinträchtigen zu müssen, kann der Zentralkörper auch über die Leitschaufelspitzen positioniert und festgehalten werden. Wie in Fig. 8 dargestellt sind hierzu radial geführte Bohrungen 441 in den Zentralkörper 44 eingelassen, in welche speziell hierfür ausgebildete Schäfte 16 an den Schaufelspitzen eingreifen. Diese Vorrichtung mit den strahlenförmig um den Zentralkörper angeordneten Leitschaufeln ermöglicht auch eine vereinfachte Montage der Leitschaufeln, welche vor dem Einbringen in eines der beiden Gehäuseteile 41 oder 42 bereits um den Zentralkörper 44 angeordnet werden können. Anschliessend kann die Einheit aus Zentralkörper und sämtlichen Leitschaufeln in einem einzigen Arbeitsschritt an den dafür vorgesehenen Platz geführt werden.
Natürlich können entsprechende Bohrungen auch in der Ausführungsform mit mittels einer Halterippe positioniertem und gehaltenem Zentralkörper vorgesehen sein. In diesem Fall dienen sie auch einer vereinfachten Montage, indem die Leitschaufeln mit den speziellen Schaufelspitzen-Schäften in die Bohrungen im Zentralkörper eingesteckt werden, bevor sie anschliessend in die radial verlaufenden Ausnehmungen in dem einen Gehäuseteil platziert werden.
Die beschriebenen Schaufelspitzen-Schäfte können fest mit den Spitzen der Leitschaufeln verbunden, oder aber drehbar in dafür vorgesehenen Bohrungen in den Schaufelspitzen gelagert sein. Im zweiten Fall können die Schäfte auch fest mit dem Zentralkörper verbunden sein, so dass bei der Montage die Leitschaufeln mit ihren Bohrungen an den Schaufelspitzen auf die Schäfte aufgesteckt werden. Natürlich ist auch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Leitvorrichtung ohne Zentralkörper mit bis in die Mitte laufenden Leitschaufeln möglich.
Bezugszeichenliste Leitschaufel Schaufelprofil Schaufelschaft Verstellhebei zum Bewegen der Leitschaufeln Kugelkopf Stift Schaufelspitzen-Schaft zum Zentrieren und Festhalten des Zentralkörpers Wellenvorsprung zur axialen Lagerung der Leitschaufel Gleitschuh Gleitzylinder Verstellring zum Bewegen der Leitschaufeln über die Verstellhebel Ringnut zur Aufnahme von Gleitschuh Ringbohrung zur Aufnahme von Gleitzylinder Gehäuse Gehäuseteile Halterippe Zentralkörper Bohrung zur Aufnahme des Schaufelspitzen-Schafts Aussparung im Gehäuse zur Aufnahme des Schaufelschaftes Bohrung zur Fügung der Gehäuseteile Lagerelement zur axialen Lagerung des Verstellrings Lagerelement zur radialen Lagerung des Verstellrings Radiale Vorsprünge im Bereich der Aussparung im Gehäuse zur axialen Lagerung der Leitschaufel

Claims

PAT E NTAN S P RÜ C H E
1. Vordrall-Leitvorrichtung zum Erzeugen eines Vordralls im Ansaugbereich eines Verdichters, mit Leitschaufeln (10), welche jeweils um einen mit der Leitschaufel verbundenen Schaufelschaft (12) schwenkbar sind, mit einem schwenkbaren Stellring (30), und mit Verstellhebeln (13) zum Übertragen von Drehmoment vom
Stellring (30) auf den Schaufelschaft (12) jeder Leitschaufel, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Schaufelschaft (12) und der Verstellhebel (13) der Leitschaufeln einteilig ausgebildet sind.
2. Vordrall-Leitvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellhebel jeder Leitschaufel einen zylinderförmigen Stift (15) umfasst, welcher um seine Achse drehbar und entlang seiner Achse verschiebbar in einer Bohrung eines zylinderförmigen Übertragungselementes (21) geführt ist, wobei das Übertragungselement (21) um seine Achse drehbar und entlang seiner Achse verschiebbar in einer Bohrung (32) des Stellrings (30) geführt ist.
3. Vordrall-Leitvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Verstellhebel (13) jeder Leitschaufel eine Bohrung umfasst, in welcher ein radial von einem zylinderförmigen Übertragungselement abstehender Stift (15) geführt ist, wobei das Übertragungselement (21) um seine Achse drehbar und entlang seiner Achse verschiebbar in einer Bohrung (32) des Stellrings (30) geführt ist.
4. Vordrall-Leitvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Verstellhebel jeder Leitschaufel ein nach Art eines Kugelkopfes (14) ausgebildetes Ende aufweist, welches in einer Nut (31) des Stellrings (30) geführt ist, wobei die Nut (31) parallel zueinander verlaufende Wände aufweist, zwischen denen der Kugelkopf (14) des Verstellhebels geführt ist.
5. Vordrall-Leitvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Kugelkopf (14) in einer Kugelpfanne eines Übertragungselementes (20) drehbar geführt ist, und dass das Übertragungselement (20) entlang den parallel zueinander verlaufenden Wänden verschiebbar ist.
6. Vordrall-Leitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse, in welchem die Leitschaufeln (10) drehbar gelagert sind, aus mindestens zwei, im Bereich der Lager der Leitschaufel zusammengefügten Teilen (41 , 42) besteht.
7. Vordrall-Leitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Schaufelschaft (12) und an dem den Schaufelschaft umgebenden Gehäuse (41 , 42) sich bezüglich der Drehachse der Leitschaufel radial erstreckende Vorsprünge (49) angeordnet sind, wobei zur axialen Lagerung der Leitschaufel jeweils ein Vorsprung des Schaufelschaftes und ein Vorsprung des Gehäuses ineinander greifen.
8. Vordrall-Leitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schaufelschaft (12) und/ oder in das den
Schaufelschaft umgebende Gehäuse (41 , 42) bezüglich der Drehachse der Leitschaufel eine radial ausgerichtete Nut eingelassen ist, welche zur axialen Lagerung der Leitschaufel mit einem sich bezüglich der Drehachse der Leitschaufel radial erstreckenden, in die Nut eingreifenden Vorsprung (17) und/ oder einem Lagerring zusammenwirkt.
9. Vordrall-Leitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Spitzen der strahlenförmig um eine Achse angeordneten Leitschaufeln ein Zentralkörper (44) angeordnet ist.
10. Vordrall-Leitvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralkörper (44) über mindestens eine radial nach aussen geführte Halterippe (43) an einem aussen liegenden Gehäuseteil (41) befestigt ist.
11. Vordrall-Leitvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schaufelspitzen ausgebildete Schäfte (16) in radial ausgerichteten Bohrungen (441) des Zentralkörpers (44) drehbar gelagert sind.
12. Verdichter, umfassend einen Vordrall-Leitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen.
13. Abgasturbolader, umfassend einen Verdichter mit einer Vordrall-Leitvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen.
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