EP2733311A1

EP2733311A1 - Düsenring

Info

Publication number: EP2733311A1
Application number: EP13192993.7A
Authority: EP
Inventors: Matthias Richner; Josef Bättig
Original assignee: ABB Turbo Systems AG
Current assignee: Accelleron Industries AG
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: CN103821568A; KR20140063474A; US9909456B2; CN103821568B; KR101994511B1; KR20150079537A; JP2014111936A; EP2733311B1; US20140140834A1; JP6092077B2; JP2017025923A

Abstract

Der Düsenring weist zwei Befestigungsringe (10, 11) sowie eine Vielzahl von Leitschaufeln (12) auf, wobei in den einen Befestigungsring (10) Bohrungen (16) zur Aufnahme von Bolzen (13) der Leitschaufeln (12) und in den anderen Befestigungsring (11) Öffnungen (14) zur Aufnahme von Positionierungshilfen an den Leitschaufeln (12) eingelassen sind.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Strömungsmaschinen, wie etwa Abgasturbolader für aufgeladene Brennkraftmaschinen.
Sie betrifft einen Düsenring für eine solche Strömungsmaschine, etwa für die Turbine eines Abgasturboladers.

Stand der Technik

Turbolader werden zur Leistungssteigerung von Hubkolbenmotoren eingesetzt. Damit die Turbine möglichst effizient betrieben werden kann, wird das Abgas vor der Turbine in einer Reihe Leitschaufeln einer Leitvorrichtung, auch Düsenring genannt, umgelenkt. Bei Abgasturboladern mit radialen Turbinen umfasst der Düsenring zwei Befestigungsringe, welche den Strömungskanal auf beiden Seiten begrenzen, und mehrere Leitschaufeln, welche je nach Anwendung in einem bestimmten Winkel gegenüber der Strömung stehen und auch eine unterschiedliche Länge aufweisen.
Wird der Düsenring an einem Stück mittels Sand- oder Feingussverfahren hergestellt, ist die Strömungsführung in der Regel zwar sehr gut, dafür muss für jede Schaufelwinkelstellung ein eigenes Gussmodell angefertigt werden. Zudem ist die Flexibilität für zusätzliche Winkelstellungen oder Leitschaufelabstände eingeschränkt, da bei jeder Änderung ein neues Gussmodell hergestellt werden muss, was sowohl teuer wird als auch eine sehr lange Beschaffungszeit zur Folge hat.
Daneben gibt es ein Verfahren, bei welchem Leitschaufeln in einzelne Ringe geschweisst oder gelötet werden. Bei diesem Verfahren ist die Strömungsführung zwar optimal, es müssen aber für jede Winkelstellung neue Ringe bereitgestellt werden, dafür sind die Kosten etwas geringer als beim Feingussverfahren.
Bei der kostengünstigsten der verbreitet angewandten Herstellungsvarianten werden anstelle der prismatischen Profile Bleche zwischen die Befestigungsringe geschweisst oder gelötet. Die geformten Leitschaufeln sind in Ausformungen in den Befestigungsringen angeordnet und darin angeschweisst oder angelötet. Bei solchen Düsenringen ist die Strömungsführung aufgrund der Blechprofile deutlich schlechter als bei den beiden erstgenannten Varianten. Zudem sind bei solchen Düsenringen die Wandungen extrem dünn und somit anfällig auf Erosion durch Abgaspartikel.
Somit muss bei der Herstellung von Düsenringen ein Kompromiss zwischen Kosten und Wirkungsgrad des Düsenringes eingegangen werden. Bisher gibt es kein Herstellungsverfahren, welches deutlich kostengünstiger ist als das Feingussverfahren und dennoch eine vergleichbare, gute Strömungsführung erreicht.
Eine Möglichkeit besteht darin, Düsenringe aus zwei Befestigungsringen und einer Vielzahl baugleicher Schaufeln zusammen zufügen, wodurch die Flexibilität in der Produktion deutlich verbessert wird. Damit gefügte Düsenringe die Hauptfunktionen Schaufelstellung und Schaufellänge (Abstände der beiden Befestigungsringe) abdecken können, aber auch zusätzliche Funktionen wie Befestigung des gesamten Düsenrings im Turbolader oder Abdichtung gegen Leckageströmung beinhalten, werden oft unterschiedliche oder zumindest unterschiedlich nachbearbeitete Ausgangsbauteile eingesetzt.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gefügten Düsenring mit der Strömungsführung eines im Feingussverfahren hergestellten Düsenrings zu schaffen, welcher sich für unterschiedliche Schaufelstellungen und Schaufellänge modular aus wenigen Einzelelementen zusammensetzen lässt.
Erfindungsgemäss wird dies mit einem Düsenring erreicht, bei welchem die Leitschaufeln auf einer Stirnseite einen Bolzen aufweist, welcher in einer dafür vorgesehenen Bohrung in einem ersten Befestigungsring Aufnahme findet. Die Winkelstellung der Schaufel wird am anderen Ende durch eine entsprechende Profilausnehmung im Befestigungsring, die entweder der kompletten Fläche der Stirnseite oder aber auch nur dem Profil der Vorsprünge auf der Stirnseite entspricht, im zweiten Befestigungsring eingestellt und durch die Montage der Schaufeln dauerhaft fixiert
Die Bolzen auf der ersten Stirnseite haben den Vorteil, dass der erste Befestigungsring durch lediglich einfache Bohrungen zur Aufnahme der Schaufeln benötigt. Dadurch kann dieser Befestigungsring auch aufwendigere Formen aufweisen, ohne dass die Herstellung dieses Ringes durch Profilausschnitte erschwert wird. Für alle Schaufelwinkelstellungen kann lediglich ein Ring mit stets den gleichen Bohrungen im Drehpunkt der Schaufel verwendet werden.
Die Kanalbreite und damit die effektive, im Strömungskanal wirksame Schaufellänge, wird durch den profilausgeschnittenen, zweiten Befestigungsring eingestellt. Das Einstellen kann über einen oder mehrere Absätze an der Leitschaufel, oder aber mittels eines abstandshaltenden Werkzeugs während dem Fügen der Kontaktstellen erfolgen.
Der Drehpunkt der einzelnen Leitschaufeln kann je nach Ausführungsform variieren, daher kann der Bolzen je nach Ausführungsform an unterschiedlichen Orten entlang der Stirnseite der Leitschaufel angeordnet sein.
Die Leitschaufeln des Düsenrings lassen sich mit einem veränderlichen Profil (Form, Querschnitt und Winkellage) im Feinguss-, Pulvermetallurgisch oder Feinschmiedeverfahren herstellen.
Zur Befestigung der Leitschaufeln an den Befestigungsringen können diese stoffschlüssig miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Anschweissen oder Anlöten. In jedem Fall werden diese derart mit einander verbunden, dass die Leitschaufeln und Befestigungsringe nach dem Fügen unbeweglich zu einander sind. Optional können die Leitschaufeln auch form- oder kraftschlüssig an den Befestigungsringen befestigt sein, beispielsweise durch eine Schnappvorrichtung oder eine Pressfügung.
Werden die einzelnen Leitschaufeln im Feingussverfahren hergestellt, können sie jede beliebige Geometrie haben, wodurch sich beim fertig zusammengebauten Düsenring eine optimale Strömungsführung ergibt, welche der Strömungsführung des in einem Stück im Feingussverfahren hergestellten Düsenrings entspricht.
Vorteilhafterweise können die Leitschaufeln als Hohlprofile gegossen werden, wodurch sich das Gesamtgewicht des Düsenrings reduzieren lässt. Dieser wird dadurch leichter und ist somit einfacher zu montieren und demontieren. Auch werden durch die Hohlprofile der Leitschaufeln die transienten Spannungen im Betrieb mit heissen Luftströmungen positiv beeinflusst.
Der erfindungsgemässe, aus Einzelteilen zusammengesetzte Düsenring ist erheblich kostengünstiger herzustellen als ein vergleichbarer, im Feingussverfahren hergestellter, einteiliger Düsenring. Die Kostenvorteile ergeben sich aus der um ein Vielfaches vereinfachten Guss oder Schmiedearbeit. Der Mehraufwand durch die Bereitstellung und Vorfertigung der Befestigungsringe wird weiter verringert, indem der erste Befestigungsring mit Bohrungen zur Aufnahme der Bolzen für mehrere Ausführungsformen von Düsenringen mit unterschiedlichen Winkelstellungen verwendet werden kann.
Da der erfindungsgemässe Düsenring aus verschiedenen Einzelteilen zusammengesetzt ist, können auch unterschiedliche Materialien verwendet werden. Dies trägt weiter zur Senkung der Herstellungskosten gegenüber einem in einem Stück im Feingussverfahren hergestellten Düsenring bei. So sind etwa nur die Leitschaufeln aus einem hochwertigeren Material (beispielsweise eine Nickelbasislegierung) gegossen oder geschmiedet, während die Befestigungsringe aus einem kostengünstigen Material (beispielsweise CrNi-Stahl) gefertigt sind. Natürlich können die beiden Befestigungsringe auch aus je einem anderen Material gefertigt sein, da sie etwa unterschiedlichen thermischen oder mechanischen Belastungen standzuhalten haben.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäss aus einzelnen Leitschaufeln und separaten Befestigungsringen gefertigten Düsenrings ist darin zu sehen, dass mit einem einzigen Schaufelprofil Düsenringe mit verschiedenen Schaufelstellungen realisiert werden können. Für die Herstellung der Befestigungsringe ergibt sich dabei lediglich ein kaum nennenswerter Mehraufwand, da lediglich die Vorlage oder das Programm für das Ausschneiden der Öffnungen im Befestigungsring geändert werden muss. Im Gegensatz dazu ist beim in einem Stück im Feingussverfahren hergestellten Düsenring für jede Schaufelstellung ein eigenes Gussmodell notwendig, welches speziell angefertigt werden muss. Bei einem Abgasturbolader einer bestimmten Baugrösse, werden beispielsweise bis zu 10 verschiedene Staffelungen (Winkelstellung der Profile) benötigt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäss aus einzelnen Leitschaufeln und separaten Befestigungsringe gefertigten Düsenrings ist darin zu sehen, dass sich anstelle eines kompletten Düsenringes auch einzelne Segmente ohne merklichen Mehraufwand herstellen lassen. Ein in Umfangsrichtung in zwei oder mehr Segmente unterteilter Düsenring weist ein verbessertes transientes Verhalten beim Aufheizen und Abkühlen auf. Zudem sind die Einzelteile des segmentierten Düsenrings, auch ohne Hohlprofile, markant leichter als ein ganzer, einteiliger Düsenring, was für die Montage und Demontage vorteilhaft ist.
Damit der erfindungsgemässe Düsenring beim Einbau in die Strömungsmaschine bezüglich der Umfangsrichtung richtig und bleibend positioniert werden kann, können an den Befestigungsringen Positionierungselemente vorgesehen sein. Diese können als Vorsprünge oder als in die Befestigungsringe eingelassene Nuten ausgebildet sein.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Anschliessend sind anhand der Zeichnungen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Düsenrings beschrieben. Hierbei zeigt

Fig.1: ein Schnittbild einer Radialturbine eines Abgasturboladers mit einem erfindungsgemäss ausgebildeten Düsenring,
Fig. 2: eine isometrische Ansicht eines gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Düsenrings mit einer Vielzahl von Laufschaufeln,
Fig. 3: eine isometrische Ansicht eines gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Düsenrings mit einer Vielzahl von Laufschaufeln,
Fig. 4: eine Detailansicht einer Laufschaufel des Düsenrings nach Fig. 2,
Fig. 5: ein schematisches Schnittbild des Düsenrings nach Fig. 2,
Fig. 6: eine Detailansicht einer Laufschaufel des Düsenrings nach Fig. 3,
Fig. 7: ein schematisches Schnittbild des Düsenrings nach Fig. 3,
Fig. 8: eine Detailansicht einer Laufschaufel eines gemäss einer dritten Ausführungsform ausgebildeten Düsenrings,
Fig. 9: ein schematisches Schnittbild eines gemäss einer dritten Ausführungsform ausgebildeten Düsenrings,
Fig. 10: eine Detailansicht einer Laufschaufel eines gemäss einer vierten Ausführungsform ausgebildeten Düsenrings,
Fig. 11: ein schematisches Schnittbild eines gemäss einer vierten Ausführungsform ausgebildeten Düsenrings,
Fig. 12a: und Fig. 12b zeigen jeweils eine Draufsicht der jeweiligen Stirnseiten A und B der Leitschaufeln eines gemäss einer vierten Ausführungsform ausgebildeten Düsenrings,
Fig. 13: ein schematisches Schnittbild eines Abgasturbolader mit Radialturbine gemäss dem Stand der Technik mit einem turbinenseitigen Düsenring.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die hiernach aufgeführten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Düsenrings werden bezüglich dem Einsatz in einer Radialturbine eines Abgasturboladers beschrieben. Die erfindungsgemässen Düsenringe, wie sie durch die Patentansprüche geschützt sind, eignen sich jedoch auch für andere Strömungsmaschinen, so etwa für Pumpen, Verdichter, Gasturbinen, etc.
Fig. 13 zeigt einen herkömmlichen Abgasturbolader mit einer radial angeströmten Abgasturbine und einem Radialverdichter 2. Damit die Abgasturbine möglichst effizient betrieben werden kann, wird das Abgas vor Erreichen des Turbinenrades 3 in einer Leitvorrichtung, dem Düsenring 1, auf die Laufschaufeln 31 des Turbinenrades ausgerichtet.
Fig. 1 zeigt in einem Schnittbild einen Ausschnitt einer radial angeströmten Axialturbine eines Abgasturboladers. Mit den Pfeilen ist die Strömungsrichtung des von den Brennkammern des Hubkolbenmotors kommenden Abgasstromes angedeutet. Der erfindungsgemäss ausgebildete Düsenring 1 setzt sich aus einer Vielzahl von Leitschaufeln 12 zusammen, welche in Umfangsrichtung regelmässig oder unregelmässig verteilt im Strömungskanal angeordnet sind. Die Leitschaufeln 12 werden beidseitig des Strömungskanals jeweils von einem ringplattenförmigen Befestigungsring 10 und 11 in einer fixen Winkelstellung gehalten. Auf der dem Lagergehäuse 40 zugewandten Seite sind die Leitschaufeln 12 erfindungsgemäss mittels eines Bolzens 13 in einer Bohrung im Befestigungsring 10 positioniert. Auf der dem Lagergehäuse 40 abgewandten Seite umfassen die Leitschaufeln 12 erfindungsgemäss Positionierungshilfen. Die Anordnung der Positionierungshilfen in den jeweiligen der Formgebung der jeweiligen Positionierungshilfe entsprechenden Öffnungen im zweiten Befestigungsring 11 fixiert die Leitschaufeln 12 bezüglich ihrer Winkelstellung. Wie sich der erfindungsgemäss modular aus Einzelteilen zusammengefügte Düsenring im Einzelnen zusammensetzt, wird nun anhand der weiteren Figuren erläutert.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen jeweils isometrische Ansichten eines fertig montierten, jedoch noch nicht in einer Strömungsmaschine eingebauten, erfindungsgemäss ausgebildeten Düsenrings 1. Dabei sind die vielen einzelnen Laufschaufeln 12 ersichtlich, welche zwischen dem ersten Befestigungsring 10 und dem zweiten Befestigungsring 11 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet und in ihrer Winkelstellung fixiert sind, wobei die beiden Befestigungsringe parallel zueinander und koaxial bezüglich ihrer gemeinsamen Zentralachse angeordnet sind.
Als Basis des Düsenrings 1 dient eine ringförmige Platte, der erste Befestigungsring 10. Je nach Einbaugeometrie in der Abgasturbine kann der erste Befestigungsring 10 Formen annehmen, die über die plattenförmige Grundform hinausgehen, beispielsweise einen zusätzlichen Befestigungsflansch, um die Befestigung im Verbund zwischen Lagergehäuse 40 und Turbinengehäuse 30 zu ermöglichen. Für die erfindungsgemässe Funktion ist für den ersten Befestigungsring jedoch lediglich die Ringplattenform von Bedeutung. In die Ringplatte des ersten Befestigungsrings 10, welche im Betrieb auch den Strömungskanal begrenzt, sind Bohrungen eingelassen, in welchen später Bolzen der Leitschaufeln des Düsenrings Aufnahme finden und gegebenenfalls fixiert werden können.
Die Leitschaufeln 12 umfassen in der ersten, einfachsten Ausführungsform gemäss Fig. 2, 4 und 5 einen stromlinienförmig ausgebildeten Schaufelkörper mit zwei planen Stirnflächen A und B sowie einen Bolzen 13, welcher an der dem ersten Befestigungsring zugewandten Stirnseite A der Leitschaufel angeordnet ist. Dabei dienen die Stirnflächen B als Positionierungshilfen, um die Leitschaufeln 12 in der vorgegebenen Winkelstellung zu fixieren. Der Bolzen 13 ist von der Länge, dem Durchmesser sowie seiner Form auf die Bohrungen 16 im ersten Befestigungsring 10 abgestimmt, so dass sich die Leitschaufeln 12 im eingesetzten Zustand vor einer allfälligen, endgültigen Fixierung in die durch die Öffnung im zweiten Befestigungsring vorgegebene Winkelstellung ausrichten lassen, insbesondere durch Drehen der Leitschaufel um die Achse des Bolzens. Optional kann die Drehung der Leitschaufel um die Achse des Bolzens aufgrund der Form von Bohrung und Bolzen auf einen oder mehrere Winkelbereiche oder einzelne, diskrete Winkelwerte limitiert sein und muss nicht zwingend eine volle, kontinuierliche Umdrehung des Bolzens in der Bohrung erlauben.
Das dritte Element des erfindungsgemäss modular aufgebauten Düsenrings ist der zweite Befestigungsring 11, welcher in der einfachsten Form lediglich ein dünnes Blech mit Öffnungen 14 zur Aufnahme der Positionierungshilfen der Leitschaufeln 12 ist. Dabei sind die Öffnungen 14 in Grösse und Form auf die Formgebung der Positionierungshilfen abgestimmt und entsprechen der Kontur der Positionierungshilfen, die in den Öffnungen 14 Aufnahme finden soll. Die Positionierungshilfen entsprechen dabei zumindestens teilweise dem Profil der Stirnseite B, so dass die Öffnungen 14 entweder teilweise oder komplett der Kontur der Stirnseite B der Leitschaufeln 12 entsprechen. Durch die Ausrichtung der Öffnungen 14 wird die Lage der einzelnen Leitschaufeln festgelegt. Jede Leitschaufel lässt sich in der Bohrung 16 im ersten Befestigungsring 10 um die Achse des Bolzens drehen, bis die vorgesehene Lage durch Einschieben des freien Leitschaufelendes in die Öffnung 14 im zweiten Befestigungsring 11 festgelegt wird. Um Düsenringe mit unterschiedlich ausgerichteten Leitschaufeln 12 herstellen zu können, braucht erfindungsgemäss nur der zweite Befestigungsring 11 angepasst zu werden, während der erste Befestigungsring 10 und die Leitschaufeln 12 für alle möglichen Winkel der Leitschaufeln 12 unverändert bleiben können.
Die Ausformungen in dem zweiten Befestigungsring werden bei der Herstellung vorteilhafterweise ausgeschnitten oder ausgestanzt. Beim Schneiden eignet sich vor allem das Laserschneiden. Alternativ können beiden Befestigungsringe auch als Einzelteile gegossen werden.
In der ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Düsenrings weist der zweite Befestigungsring Öffnungen 14 auf, welche dem vollen Leitschaufelquerschnitt-Profil entsprechen, da die Stirnflächen B insgesamt als Positionierungshilfen dienen. Damit lässt sich der zweite Befestigungsring 11 entlang der Höhe der Leitschaufeln verschieben, wie dies mit dem zum Zweck der Veranschaulichung geteilten zweiten Befestigungsring in der rechten Hälfte der Fig. 2 angedeutet ist. Damit lassen sich mit einem unverändert ausgebildeten Befestigungsring Düsenringe unterschiedlicher Strömungskanalbreite fertigen.
In der zweiten und dritten Ausführungsform gemäss den Fig. 3 sowie 6 bis 8, sind die Öffnungen 14 im zweiten Befestigungsring 11 so ausgebildet, dass sie nicht mehr dem vollen Leitschaufelquerschnitt-Profil entsprechen, sondern nur noch einen Teil der Leitschaufelspitze im Bereich der Stirnfläche B aufnehmen können.
Entsprechend sind die Positionierungshilfen derart ausgeführt, dass diese nur noch teilweise dem Profil der Stirnseite B entsprechen. Die Leitschaufelspitzen sind gemäss der Ausführung nach Fig. 6 und 7 mit einem Vorsprung 15 versehen, dessen Aussenkontur in Form und Grösse der Öffnung 14 im zweiten Befestigungsring 11 entspricht. Wie aus der Fig. 7 ersichtlich ist, lässt sich der zweite Befestigungsring 11 in dieser Ausführungsform somit nicht mehr beliebig entlang der Höhe der Leitschaufel verschieben. Vielmehr sorgt ein Anschlag an der Leitschaufel für eine definierte Höhe h' des Strömungskanals im Düsenring 1.
Die Leitschaufelspitze gemäss der Ausführung nach Fig. 8 und 9 weisen zwei gestuft ausgebildete Vorsprünge 15' und 15" auf, welche es erlauben, mit einem Leitschaufeltyp und zwei unterschiedlich ausgebildeten zweiten Befestigungsringen 11' und 11 " zwei unterschiedliche bestimmte Strömungskanalhöhen h' und h" zu realisieren. Hierfür sind in den jeweiligen zweiten Befestigungsringen die Öffnungen 14' und 14" auf die Aussenkontur der jeweiligen Vorsprünge 15' bzw. 15" an den Laufschaufeln abgestimmt.
In einer vierten Ausführungsform gemäss den Fig. 10 bis 12, sind die Leitschaufelspitzen derart ausgebildet, dass diese zwei Positionierungshilfen umfassen. Dazu weisen die Leitschaufelspitzen zwei separat ausgebildete Vorsprünge 16 und 16' auf. Dies erlaubt eine grössere Toleranz bei der Fertigung der einzelnen Leitschaufeln 12, da durch zwei Positionierungshilfen eine bessere Genauigkeit bei der Positionierung während der Montage erzielt werden kann. Die jeweiligen zweiten Befestigungsringe 11 " sind derart ausgebildet, dass die Vorsprünge 16 und 16' der Leitschaufelspitzen in separaten Öffnungen 14' und 14" Aufnahme finden. Dabei entsprechen die Öffnungen 14' und 14" in Form und Grösse der Kontur der Vorsprünge 16 und 16'. Fig. 12 zeigt eine Draufsicht der beiden Stirnseiten A und B. Erfindungsgemäss weisen die Vorsprünge 16 und 16' eine gemeinsame Kontur mit der Stirnseite B der Leitschaufeln 12 im unteren Bereich auf. Durch die gestrichelte Linie im oberen Bereich soll verdeutlicht werden, dass die Vorsprünge 16 und 16' im oberen Bereich nicht zwangsläufig der Kontur der Stirnseite B der Leitschaufeln 12 entsprechen müssen.
Bei der Montage des erfindungsgemäss modular zusammengefügten Düsenrings werden wie oben beschrieben die Leitschaufeln mit ihren Bolzen in den Bohrungen des ersten Befestigungsrings eingesetzt. Auf der gegenüberliegenden Seite werden die freien Enden der Leitschaufeln in die passenden Öffnungen in dem zweiten Befestigungsring eingeführt, wobei die Leitschaufeln um die Achsen der Bolzen in den Bohrungen ausgerichtet werden, damit die Positionierungshilfen in den Öffnungen in dem zweiten Befestigungsring Aufnahme finden. Alternativ können erst die Leitschaufeln in den zweiten Befestigungsring eingesetzt und anschliessend die Bolzen in die Bohrungen des ersten Befestigungsrings geführt werden. Ist die Strömungskanalhöhe des Düsenrings nicht über einen Anschlag festgelegt, wie in den Ausführungsformen nach Fig. 6 bis 12, kann die gewünschte Strömungskanalhöhe mittels Abstandhaltern welche zwischen den beiden Befestigungsringen angeordnet werden eingestellt werden. Abschliessend werden die Bauteile stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise durch Anschweissen oder Anlöten, wodurch diese zu einander unbeweglich zu einem einzigen Bauteil verbunden werden. Optional können die Bauteile auch form- oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise durch eine Schnappvorrichtung oder eine Pressfügung.
Obwohl in den dargestellten Ausführungsformen die beiden Befestigungsringe jeweils parallel zueinander angeordnet sind, sind auch Ausführungsformen denkbar und durch die nachfolgenden Ansprüche geschützt, bei welchen die Befestigungsringe in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Dabei ist der erste und/ oder der zweite Befestigungsring jeweils konisch ausgebildet, so dass sich zwischen den koaxial angeordneten Befestigungsringen im entlang der Achse geführten Schnitt eine Winkelstellung abweichend von der parallelen Anordnung ergibt. Dabei sind Winkelöffnungen im Bereich von -10° (nach radial aussen hin verengend) bis +°20 Grad (nach radial aussen hin öffnend) denkbar.

1: Düsenring
10, 11: Befestigungsring
12: Leitschaufel
13: Bolzen
14: Öffnung im Befestigungsring
15: Vorsprung
16: Bohrung
2: Verdichterrad
20: Verdichtergehäuse
3: Turbinenrad
31: Laufschaufeln des Turbinenrades
32: Nabe des Turbinenrades
30: Turbinengehäuse
4: Welle
40: Lagergehäuse
A, B: Stirnfläche der Leitschaufeln

Claims

Düsenring (1), umfassend einen ersten, ringplattenförmigen Befestigungsring (10) und einen zweiten, ringplattenförmigen Befestigungsring (11) sowie eine Vielzahl von Leitschaufeln (12), welche zwischen den koaxial zueinander angeordneten Befestigungsringen (10, 11) angeordnet und in einer jeweiligen Winkelstellung fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitschaufeln (12) jeweils an einer ersten Stirnseite (A) einen Bolzen (13) aufweisen, dass
die Leitschaufeln (12) durch die Anordnung des jeweiligen Bolzens (13) in einer jeweiligen Bohrung (16) im ersten Befestigungsring (10) geführt sind,
wobei der jeweilige Bolzen (13) und die jeweilige Bohrung (16) derart ausgebildet sind, dass die Leitschaufel (12) während der Montage des Düsenrings (1) in die jeweilige Winkelstellung ausgerichtet werden kann, dass
die Leitschaufeln (12) jeweils an einer zweiten Stirnseite (B) mindestens eine Positionierungshilfe aufweisen, die jeweils zumindest teilweise der Aussenkontur der zweiten Stirnseite (B) entspricht, und dass
die Leitschaufeln (12) durch die Anordnung der mindestens einen Positionierungshilfen in jeweils einer der Formgebung der Positionierungshilfe entsprechenden Öffnung (14) im zweiten Befestigungsring (11) bezüglich ihrer Winkelstellung fixiert sind.
Düsenring nach Anspruch 1, wobei die Bohrung (16) im ersten Befestigungsring (10) und der Bolzen (13) der Leitschaufeln (12) derart geformt sind, dass die Drehung des Bolzens auf einen Winkelbereich oder einzelne, diskrete Winkelwerte eingeschränkt ist.
Düsenring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leitschaufeln (12) form-, kraft- oder materialschlüssig mit dem ersten und/ oder zweiten Befestigungsring (10, 11) verbunden sind.
Düsenring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Positionierungshilfen der Leitschaufeln (12) derart ausgebildet sind, dass die zweiten Stirnseiten (B) jeweils mindestens einen Vorsprung (15, 15', 15") aufweisen, welcher gegenüber der Stirnseite (B) hervorsteht, und wobei die Leitschaufeln (12) entlang des mindestens einen Vorsprungs (15, 15', 15", 16, 16') in einer der Aussenkontur des mindestens einen Vorsprungs entsprechenden Öffnung (14, 14', 14") im zweiten Befestigungsring (11, 11', 11") angeordnet sind.
Düsenring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leitschaufeln (12) aus einem ersten Material gefertigt sind, und wobei der erste Befestigungsring (10), oder der zweie Befestigungsring (11), oder der erste Befestigungsring (10) und der zweite Befestigungsring (11) aus einem vom ersten Material verschieden, zweiten Material gefertigt ist.
Düsenring nach Anspruch 5, wobei die Leitschaufeln (12) aus einer Nickelbasislegierung gefertigt sind, und wobei der erste Befestigungsring (10), oder der zweie Befestigungsring (11), oder der erste Befestigungsring (10) und der zweite Befestigungsring (11) aus einem CrNi-Stahl gefertigt ist.
Düsenring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Befestigungsring (10) und/ oder der zweite Befestigungsring (11) derart konisch ausgebildet sind, dass sich zwischen den beiden Befestigungsringen ein Winkel zwischen -10° und +20° ergibt.
Abgasturbolader, gekennzeichnet durch eine Radialturbine mit einem Düsenring (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche.
Leitschaufel zur Anordnung und Fixierung in einer jeweiligen Winkelstellung zwischen zwei koaxial zueinander angeordneten Befestigungsringen eines Düsenrings, wobei die Leitschaufel (12) an einer ersten Stirnseite (A) einen Bolzen (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (12) an einer zweiten Stirnseite (B) mindestens eine Positionierungshilfe aufweist, die jeweils zumindest teilweise der Aussenkontur der zweiten Stirnseite (B) entspricht.
Verfahren zur Herstellung eines Düsenrings mit einer Vielzahl von zwischen einem ersten Befestigungsring (10) und einem zweiten Befestigungsring (11) angeordneten Leitschaufeln (12), bei welchem Verfahren
die Leitschaufeln (12) an einer Stirnseite (A) mit Bolzen (13) versehen sind, mit welchen sie in Bohrungen (16) des ersten Befestigungsrings (10) angeordnet werden, in den zweiten Befestigungsring (11) Öffnungen (14) eingelassen sind, welche der Formgebung der Positionierungshilfen (12) entsprechen und in welche die Positionierungshilfen der Leitschaufeln eingeschoben werden, und
die Leitschaufeln (12) mit den beiden Befestigungsringen (10, 11) stoff-, kraft- oder formschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Leitschaufeln (12) um die Bolzen (13) in der Bohrung (16) drehend auf die Öffnungen (14) im zweiten Befestigungsring (11) ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Positionierungshilfen der Leitschaufeln (12) erst in die Öffnungen (14) im zweiten Befestigungsring (11) eingeführt werden und anschliessend die Bolzen (13) in die Bohrungen (16) im ersten Befestigungsring (10) eingeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Positionierungshilfen der Leitschaufeln (12) an der Stirnseite (B), welche in die Öffnungen (14) im zweiten Befestigungsring (11) eingeführt werden, mindestens einen Vorsprung (15) umfassen, und dieser Vorsprung in die Öffnungen (14) im zweiten Befestigungsring (11) eingeführt wird, wobei die Stirnseite (B) dem zweiten Befestigungsring (11) einen Anschlag bietet und die Leitschaufeln bis zum Anschlag in die Öffnungen im zweite Befestigungsring (11) eingeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die beiden Befestigungsringe (10, 11) für das stoffschlüssige Verbinden mittels eines Abstandhalters zueinander positioniert werden.