EP3548705A1 - Turbolader - Google Patents

Turbolader

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EP3548705A1
EP3548705A1 EP17768032.9A EP17768032A EP3548705A1 EP 3548705 A1 EP3548705 A1 EP 3548705A1 EP 17768032 A EP17768032 A EP 17768032A EP 3548705 A1 EP3548705 A1 EP 3548705A1
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EP
European Patent Office
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flange
turbine
housing
bearing housing
nozzle ring
Prior art date
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Application number
EP17768032.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3548705B1 (de
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Björn Hossbach
Tobias Weisbrod
Paul Schorer
Lukas BOZEK
Jan REZANINA
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Everllence SE
Original Assignee
MAN Energy Solutions SE
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3548705A1 publication Critical patent/EP3548705A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3548705B1 publication Critical patent/EP3548705B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • 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
    • 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
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/045—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector for radial flow machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
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    • 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
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the invention relates to a turbocharger.
  • a turbocharger has a turbine, in which a first medium is expanded. Furthermore, a turbocharger has a compressor in which a second medium is compressed, using the energy gained in the turbine during the expansion of the first medium.
  • the turbine of the turbocharger has a turbine housing and a turbine rotor.
  • the compressor of the turbocharger has a compressor housing and a compressor rotor. Between the turbine housing of the turbine and the compressor housing of the compressor, a bearing housing is positioned, wherein the bearing housing is connected on the one hand to the turbine housing and on the other hand to the compressor housing. In the bearing housing, a shaft is mounted, via which the turbine rotor is coupled to the compressor rotor.
  • the turbine housing of the turbine namely a so-called Turbinenzuströmgepuruse
  • the bearing housing are connected to each other via a preferably designed as a clamping claw fastening means.
  • a clamping claw fastening device is mounted with a first portion thereof on a flange of the turbine housing via fastening means and covered with a second portion of a flange of the bearing housing at least in sections.
  • a fastening device of the association or composite of bearing housing and turbine housing is clamped, in particular under clamping a flange of a nozzle ring and optionally a flange of a heat shield between the flange of the turbine housing and the flange of the bearing housing.
  • the turbine housing is filled with the first medium to be relaxed, in particular with relaxing exhaust gas.
  • the Turbinenzuströmgephaseuse the turbine housing directs the exhaust gas in the direction of the turbine rotor.
  • In the turbine inlet housing there is an overpressure on the environment, which is dissipated in the turbine to recover energy during the expansion of the first medium.
  • In the region of the junction of turbine housing or Turbinenzuströmgenosuse and bearing housing can lead to leakage, so that the first, to be relaxed in the turbine medium via the connection area between the turbine housing and bearing housing can get into the environment. This is a disadvantage.
  • the present invention has the object to provide a turbocharger with a novel flange connection.
  • This object is achieved according to a first aspect of the invention by a turbocharger according to claim 1.
  • the nozzle ring is installed such that a flange thereof is positioned relative to a flow channel on a flange of the turbine housing, which is clamped to the flange of the bearing housing, opposite side of the flow channel.
  • This makes a particularly advantageous sealing of the junction of turbine housing or Turbinenzuströmgephinuse and bearing housing possible. It reduces the risk that in the turbine to relaxing medium passes through the connection area between the turbine housing and bearing housing in the environment.
  • this object is achieved by a turbocharger according to claim 10.
  • a spring element is positioned between the flange of the bearing housing and the flange of the turbine housing, which presses the flange of the nozzle ring axially against the flange of the turbine housing.
  • FIG. 2 a partial cross-section through a second turbocharger according to the invention in the region of a connection of a turbine housing to a bearing housing;
  • the invention relates to a turbocharger.
  • a turbocharger has a turbine for relaxing a first medium, in particular for relaxing exhaust gas of an internal combustion engine. Further, a turbocharger has a compressor for compressing a second medium, in particular charge air, using energy obtained in the turbine during the expansion of the first medium.
  • the turbine has a turbine housing and a turbine rotor.
  • the compressor has a compressor housing and a compressor rotor. The compressor rotor is coupled to the turbine rotor via a shaft supported in a bearing housing, the bearing housing positioned between the turbine housing and the compressor housing and connected to both the turbine housing and the compressor housing.
  • FIGS. 1 to 3 respectively showing corresponding cutouts from a turbocharger in the region of the connection of the turbine housing to the bearing housing.
  • FIGS. 1 to 3 respectively showing corresponding cutouts from a turbocharger in the region of the connection of the turbine housing to the bearing housing.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a turbocharger according to a first aspect of the invention, Fig. 1, wherein in Fig. 1, the junction between a turbine housing, namely a Turbinenzuströmgephinuse 1 of the turbine housing, and a bearing housing 2 of the exhaust gas turbocharger is shown. Furthermore, Fig. 1 shows a nozzle ring 3, a heat shield 4 and a so-called insert 1 1.
  • the Turbinenzuströmgeophuse 1 is connected to the bearing housing 2 via a fastening means 5 such that the fastening means 5 is mounted on a flange 6 of Turbinenzuströmgeophuses 1 with a first portion 7, via a plurality of fastening means 8, and that the fastening means 5 with a second portion 9 covers a flange 10 of the bearing housing 2 at least in sections.
  • the fastening device 5 is also referred to as a clamping claw and braces the Turbinenzuströmgeophuse 1 and bearing housing 2 together.
  • the fastening device 5 can be segmented in the circumferential direction.
  • each fastening means 8 comprises a threaded screw 8a screwed into the flange 6 of the turbine inlet housing 1 and a nut 8b engaging at the other end of the threaded bolt 8a, wherein a defined preload force is applied via tightening the nuts 8b
  • Fastening device 5 can be applied to the Turbinenzuströmgephaseuse 1 and on the bearing housing 10.
  • the nozzle ring 3 of the turbine is installed such that a flange 13 of the nozzle ring 3 is arranged in relation to a flow channel 24 of the turbine, in the region of which the nozzle ring 3 is positioned on a flange 6 of the Turbinenzuströmgephinuses 1 and thus the flange 10 of the bearing housing 2 opposite side of the Strömungska- channel 24.
  • only one flange 12 of the heat shield 4 is clamped between the flange 10 of the turbine inlet housing 1 clamped by the fastening device 5 and the flange 10 of the bearing housing 2.
  • the flange 13 of the nozzle ring 3 may be attached to a portion 14 of the Turbinenzuströmgeophuses 1, as well as the flange 13 of the nozzle ring 3, based on the flow channel 24 on the opposite side in Verspann Scheme between the flanges 6, 10 of Turbinenzuströmgeophuse 1 and bearing housing the flow channel 24 is positioned.
  • the flange 13 of the nozzle ring 3 engages, at least in sections, in a recess 15 of this section 14 of the turbine inlet housing 1, with the flange 13 of the nozzle ring 3 having one end at a boundary of this recess 15 in the radial direction Section 14 of Turbinenzuströmgeophuses 1 and at an opposite end on the insert 1 1 is supported.
  • an elastic spring element 16 is received, which presses against the flange 13 of the nozzle ring 3 in the axial direction.
  • this elastic spring element 16 presses against the flange 13 of the nozzle ring 3 such that the nozzle ring 3 is pressed by the spring element 16 in the direction of the connecting region of the flanges 6, 10 of turbine inlet housing 1 and bearing housing 2.
  • the nozzle ring 3 presses against the flange 12 of the heat shield 4.
  • FIG. 2 A second embodiment of a turbocharger according to the first aspect of the invention is shown in FIG. 2. Also in FIG. 2, the flange 13 of the nozzle ring 3 is located on a side of the turbine's flow channel 24 opposite the clamping region of the flanges 6, 10 of turbine inlet housing 1 and bearing housing 2 positioned.
  • FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 in that in FIG. 2 the flange 13 of the nozzle ring 3 is mounted on the section 14 of the bearing housing 1 via a fastening device designed as a feather key 17 Recess 18 of the portion 14 of the bearing housing 1 is received. Also in Fig. 2, the flange 13 of the nozzle ring 3 projects at least in sections into the recess 18 of the section 4 of the Turbinenzuströmgephinuses 1 inside.
  • FIG. 2 A further difference of the embodiment of Fig. 2 compared to the embodiment of Fig. 1 is that in Fig. 2, the flange 12 of the heat shield 4 is not clamped between the flanges 6, 10 of Turbinenzuströmgeophuse 1 and bearing housing 2. Rather, in Fig. 2, the flange 10 of the bearing housing 2 directly to the flange 6 of Turbinenzuströmgeophuses 1 to the plant.
  • a sealing element 19 may additionally be positioned, which may be a preferably metallic sealing ring in the form of an O-ring or C-ring.
  • the sealing element 19 may also be made of graphite. 2
  • the sealing element 19 is received in a recess 20 of the flange 6 of the Turbinenzuströmgeophuses 1 and seals in particular in the axial direction between sealing surfaces of the adjacent flanges 6, 10 of Turbinenzuströmgephaseuse 1 and bearing housing. 2
  • the flange 12 of the heat shield 4 engages the flange 10 of the bearing housing 2, but, as already stated, is not clamped between the flange 10 of the bearing housing 2 and the flange 6 of the Turbinenzu- strömgeophuses 1. Rather, the flange 12 of the heat shield 4 in FIG. 2 engages via an anti-rotation 21 on the flange 10 of the bearing housing 2. In Fig. 2, the number of components in the clamping dressing between the bearing housing 2 and Turbinenzuströmgepatuse 1 is further reduced.
  • the nozzle ring 3 is also possible to form the nozzle ring 3 as an integral part of the insert 1 1. In this case, then the nozzle ring 3 does not have to be separately attached to the Turbinenzuströmgeophuse 1. Rather, then takes over the insert 1 1, which provides the nozzle ring 3 as an integral assembly, the same recording in the turbine.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a turbocharger according to the second aspect of the invention.
  • the flange 13 of the nozzle ring 3 and the flange 12 of the heat shield 4 are both between the flange 13 of the nozzle ring 3 and the flange 12 of the heat shield 4 .
  • this spring element 22 is arranged between the flange 10 of the bearing housing 2 and the flange 12 of the heat shield 4, so that the spring element 22, the flange 12 of the heat shield 4 against the flange 13 of the nozzle ring 3 and thus the flange 13 of the nozzle ring 3 presses against the flange 6 of the Turbinenzuströmgefituses 1.
  • the spring element 22 is supported on the one hand on the flange 10 of the bearing housing 2 and on the other hand on the flange 12 of the heat shield 4 from.
  • the spring element 22 presses the flange 13 of the nozzle ring 3 in the axial direction against the flange 6 of the Turbinenzuströmgephaseuses 1, whereby even if these modules are subject to a different thermal expansion during operation, always a good sealing effect in the connecting region of the bearing housing 2 and Turbinenzuströmgephase 4, is ensured, so there is no danger that exhaust gas flows through this connection area to the outside into the environment.
  • clamping devices such as clamping claws
  • clamping claws can also be dispensed with.
  • the flange of the bearing housing is bolted directly to the Turbinenzuströmgephaseuse.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einer Turbine, einem Verdichter sowie einem Lagergehäuse (2), wobei die Turbine ein Turbinengehäuse (1), einen Düsenring (3) und einen Turbinenrotor aufweist. Weiterhin umfasst der Turbolader eine Befestigungseinrichtung (5) mit einem ersten und zweiten Abschnitt (7,9). Das Turbinengehäuse (1) und das Lagergehäuse (2) sind über die Befestigungseinrichtung (5) derart verbunden sind, dass die Befestigungseinrichtun (5) am Flansch (6) des Turbinengehäuses (1) mit dem ersten Abschnitt (7) montiert ist und mit dem zweiten Abschnitt (9) den Flansch (10) des Lagergehäuses (2) zumindest abschnittsweise überdeckt. Der Düsenring (3) ist derart verbaut, dass ein Flansch (13) desselben bezogen auf einen Strömungskanal (24) auf einer dem Flansch (6) des Turbinengehäuses (1) gegenüberliegenden Seite des Strömungskanals (24) positioniert ist. Durch diesen Aufbau können Grabeffekte vermieden und so die Leckage zwischen Turbinen- und Lagergehäuse reduziert werden.

Description

Turbolader
Die Erfindung betrifft einen Turbolader.
Aus der DE 10 2013 002 605 A1 ist der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers bekannt. Ein Turbolader verfügt über eine Turbine, in der ein erstes Medium entspannt wird. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter, in dem ein zwei- tes Medium verdichtet wird, und zwar unter Nutzung der in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnenen Energie. Die Turbine des Turboladers verfügt über ein Turbinengehäuse sowie einen Turbinenrotor. Der Verdichter des Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Zwischen dem Turbinengehäuse der Turbine und dem Verdichtergehäuse des Verdichters ist ein Lagergehäuse positioniert, wobei das Lagergehäuse einerseits mit dem Turbinengehäuse und andererseits mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist. Im Lagergehäuse ist eine Welle gelagert, über die der Turbinenrotor mit dem Verdichterrotor gekoppelt ist.
Aus der Praxis ist es bekannt, dass das Turbinengehäuse der Turbine, nämlich ein sogenanntes Turbinenzuströmgehäuse, sowie das Lagergehäuse über eine vorzugsweise als Spannpratze ausgebildete Befestigungseinrichtung miteinander verbunden sind. Eine derartige, vorzugsweise als Spannpratze ausgebildete Befestigungseinrichtung ist mit einem ersten Abschnitt derselben an einem Flansch des Turbinengehäuses über Befestigungsmittel montiert und überdeckt mit einem zweiten Abschnitt einen Flansch des Lagergehäuses zumindest abschnittsweise. Über eine derartige Befestigungseinrichtung wird der Verband bzw. Verbund aus Lagergehäuse und Turbinengehäuse verspannt, insbesondere unter Klemmen eines Flanschs eines Düsenrings und gegebenenfalls eines Flanschs eines Hitze- Schildes zwischen dem Flansch des Turbinengehäuses und dem Flansch des Lagergehäuses. Das Turbinengehäuse ist mit dem zu entspannenden ersten Medium gefüllt, insbesondere mit zu entspannendem Abgas. Das Turbinenzuströmgehäuse des Turbinengehäuses leitet das Abgas in Richtung auf den Turbinenrotor. Im Turbinen- zuströmgehäuse besteht ein Überdruck gegenüber der Umgebung, der in der Turbine unter Gewinnung von Energie bei der Entspannung des ersten Mediums abgebaut wird. Im Bereich der Verbindungsstelle von Turbinengehäuse bzw. Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse kann es zu einer Leckage kommen, sodass das erste, in der Turbine zu entspannende Medium über den Verbindungsbe- reich zwischen Turbinengehäuse und Lagergehäuse in die Umgebung gelangen kann. Dies ist von Nachteil.
Um einer derartigen Leckage des in der Turbine zu entspannenden ersten Mediums entgegenzuwirken, wird in der Praxis die Verspannung zwischen Turbinen- gehäuse bzw. Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse erhöht, insbesondere über höhere Anzugsmomente für die Befestigungsmittel, über welche die vorzugsweise als Spannpratze ausgebildete Befestigungseinrichtung am Turbinengehäuse montiert ist. Hierdurch erhöht sich auch eine Klemmkraft zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Lagergehäuse. Eine Kontaktstelle zwischen dem Lagergehäuse und der Befestigungseinrichtung ist infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Lagergehäuse und Turbinengehäuse bzw. Turbinenzuströmgehäuse hohen Relativbewegungen ausgesetzt. In Verbindung mit einem hohen Kontaktdruck bzw. einer hohen Vorspannung bzw. einer hohen Klemmkraft zwischen dem Lagergehäuse und der Befestigungseinrichtung kann es dann in Folge eines sogenannten Grabeffekts zu einem Verschleiß an der Befestigungseinrichtung und/oder am Lagergehäuse kommen. Hierdurch kann dann eine Leckage des in der Turbine zu entspannenden ersten Mediums in die Umgebung verursacht werden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Turbolader mit einer neuartigen Flanschverbindung zu schaffen. Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst. Hiernach ist der Düsenring derart verbaut, dass ein Flansch desselben bezogen auf einen Strömungskanal auf einer dem Flansch des Turbinengehäuses, der mit dem Flansch des Lagergehäuses verspannt ist, gegenüberliegenden Seite des Strömungskanals positioniert ist. Hiermit wird die Anzahl der Bauteile im Verbindungsbereich bzw. Verspannbereich von Turbinengehäuse bzw. Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse reduziert. Hiermit ist eine besonders vorteilhafte Abdichtung der Verbindungsstelle von Turbinengehäuse bzw. Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse möglich. Es wird die Gefahr reduziert, dass in der Turbine zu entspannende Medium über den Verbindungsbereich zwischen Turbinengehäuse und Lagergehäuse in die Umgebung gelangt.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Turbo- lader nach Anspruch 10 gelöst. Hiernach ist zwischen dem Flansch des Lagergehäuses und dem Flansch des Turbinengehäuses ein Federelement positioniert, welches den Flansch des Düsenrings axial gegen den Flansch des Turbinengehäuses drückt. Auch hiermit ist eine besonders vorteilhafte Abdichtung der Verbindungsstelle von Turbinengehäuse bzw. Turbinenzuströmgehäuse und Lager- gehäuse möglich. Es wird die Gefahr reduziert, dass in der Turbine zu entspannende Medium über den Verbindungsbereich zwischen Turbinengehäuse und Lagergehäuse in die Umgebung gelangt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
einen ausschnittsweisen Querschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Turbolader im Bereich einer Verbindung eines Turbinengehäuses mit einem Lagergehäuse; Fig. 2: einen ausschnittsweisen Querschnitt durch einen zweiten erfin- dungsgemäßen Turbolader im Bereich einer Verbindung eines Turbinengehäuses mit einem Lagergehäuse; und
Fig. 3: einen ausschnittsweisen Querschnitt durch einen dritten erfindungsgemäßen Turbolader im Bereich einer Verbindung eines Turbinengehäuses mit einem Lagergehäuse.
Die Erfindung betrifft einen Turbolader.
Ein Turbolader verfügt über eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas einer Brennkraftmaschine. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere von Ladeluft, und zwar unter Nutzung von in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie. Die Turbine verfügt dabei über ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor. Der Verdichter verfügt über ein Verdichtergehäuse und einen Verdichterrotor. Der Verdichterrotor ist mit dem Turbinenrotor über eine Welle gekoppelt, die in einem Lagergehäuse gelagert ist, wobei das Lagergehäuse zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse positioniert und sowohl mit dem Turbinengehäuse und dem Verdichterge- häuse verbunden ist. Dieser grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.
Die Erfindung betrifft nun solche Details eines Turboladers, die die Verbindung von Turbinengehäuse einer vorzugsweise als Radialturbine ausgebildeten Turbine und Lagergehäuse eines Turboladers betreffen. Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Turboladern beschrieben, wobei Fig. 1 bis 3 jeweils entsprechende Ausschnitte aus einem Turbolader im Bereich der Verbindung des Turbinengehäuses mit dem Lagergehäuse zeigen. Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Turboladers nach einem ersten Aspekt der Erfindung zeigt Fig. 1 , wobei in Fig. 1 die Verbindungsstelle zwischen einem Turbinengehäuse, nämlich einem Turbinenzuströmgehäuse 1 des Turbinengehäuses, und einem Lagergehäuse 2 des Abgasturboladers gezeigt ist. Ferner zeigt Fig. 1 einen Düsenring 3, einen Hitzeschild 4 und ein sogenanntes Einsatzstück 1 1 .
Das Turbinenzuströmgehäuse 1 ist mit dem Lagergehäuse 2 über eine Befestigungseinrichtung 5 derart verbunden, dass die Befestigungseinrichtung 5 an einem Flansch 6 des Turbinenzuströmgehäuses 1 mit einem ersten Abschnitt 7 montiert ist, und zwar über mehrere Befestigungsmittel 8, und dass die Befestigungseinrichtung 5 mit einem zweiten Abschnitt 9 einen Flansch 10 des Lagergehäuses 2 zumindest abschnittsweise überdeckt. Die Befestigungseinrichtung 5 wird auch als Spannpratze bezeichnet und verspannt das Turbinenzuströmgehäuse 1 und Lagergehäuse 2 miteinander. Die Befestigungseinrichtung 5 kann in Um- fangsrichtung gesehen segmentiert sein.
Im in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst jedes Befestigungsmittel 8 eine in den Flansch 6 des Turbinenzuströmgehäuses 1 eingeschraubte Gewindeschraube 8a sowie eine an dem anderen Ende der Gewindeschraube 8a an- greifende Mutter 8b, wobei durch Anziehen der Muttern 8b eine definierte Vorspannkraft über die Befestigungseinrichtung 5 auf das Turbinenzuströmgehäuse 1 und auf das Lagergehäuse 10 aufgebracht werden kann.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel eines Abgasturboladers nach dem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung ist der Düsenring 3 der Turbine derart verbaut, dass ein Flansch 13 des Düsenrings 3 bezogen auf einen Strömungskanal 24 der Turbine, im Bereich dessen der Düsenring 3 angeordnet ist, auf einer dem Flansch 6 des Turbinenzuströmgehäuses 1 und damit dem Flansch 10 des Lagergehäuses 2 gegenüberliegenden Seite des Strömungska- nals 24 positioniert ist. So ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zwischen dem über die Befestigungseinrichtung 5 verspannten Flansch 10 des Turbinenzuströmgehäuses 1 und dem Flansch 10 des Lagergehäuses 2 ausschließlich ein Flansch 12 des Hitzeschil- dess 4 geklemmt. Der Flansch 13 des Düsenrings 3 hingegen ist nicht mehr in diesem Verspannbereich von Lagergehäuse 1 und Turbinenzuströmgehäuse 2 zwischen den Flanschen 6, 10 derselben geklemmt, wodurch die Anzahl der Bauteile im Spannverband reduziert und eine klar definierte Dichtstelle im Spannverband geschaffen wird. Hierdurch kann die Gefahr reduziert werden, dass Abgas über den Verbindungsbereich zwischen den Flanschen 6, 10 von Turbinenzu- strömgehäuse 1 und Lagergehäuse 2 in die Umgebung gelangt.
Der Flansch 13 des Düsenrings 3 kann an einem Abschnitt 14 des Turbinenzuströmgehäuses 1 befestigt sein, der ebenso wie der Flansch 13 des Düsenrings 3, bezogen auf den Strömungskanal 24 auf der im Verspannbereich zwischen den Flanschen 6, 10 von Turbinenzuströmgehäuse 1 und Lagergehäuse 2 gegenüberliegenden Seite des Strömungskanals 24 positioniert ist.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 greift der Flansch 13 des Düsenrings 3 zumindest abschnittsweise in eine Ausnehmung 15 dieses Abschnitts 14 des Turbinen- zuströmgehäuses 1 ein, wobei sich der Flansch 13 des Düsenrings 3 in Radialrichtung gesehen mit einem Ende an einer Begrenzung dieser Ausnehmung 15 des Abschnitts 14 des Turbinenzuströmgehäuses 1 und an einem gegenüberliegenden Ende am Einsatzstück 1 1 abstützt. In die Ausnehmung 15 des Abschnitts 14 des Turbinenzuströmgehäuses 1 , an welchem der Flansch 13 des Düsenrings 3 abgestützt ist, ist ein elastisches Federelement 16 aufgenommen, welches gegen den Flansch 13 des Düsenrings 3 in Axialrichtung drückt. Dabei drückt dieses elastische Federelement 16 derart gegen den Flansch 13 des Düsenrings 3, dass der Düsenring 3 von dem Federelement 16 in Richtung auf den Verbindungsbereich der Flansche 6, 10 von Turbinenzuströmgehäuse 1 und Lagergehäuse 2 ge- drückt wird. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 drückt der Düsenring 3 gegen den Flansch 12 des Hitzeschilds 4. Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Turboladers nach dem ersten Aspekt der Erfindung zeigt Fig. 2. Auch in Fig. 2 ist der Flansch 13 des Düsenrings 3 an einer dem Verspannbereich der Flansche 6, 10 von Turbinenzuströmgehäuse 1 und Lagergehäuse 2 gegenüberliegenden Seite des Strömungskanals 24 der Turbine positioniert.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dadurch, dass in Fig. 2 der Flansch 13 des Düsenrings 3 an dem Abschnitt 14 des Lagergehäuses 1 über eine als Passfeder 17 ausgebildete Befesti- gungseinrichtung montiert ist, die in einer entsprechenden Ausnehmung 18 des Abschnitts 14 des Lagergehäuses 1 aufgenommen ist. Auch in Fig. 2 ragt der Flansch 13 des Düsenrings 3 zumindest abschnittsweise in die Ausnehmung 18 des Abschnitts 4 des Turbinenzuströmgehäuses 1 hinein.
Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht darin, dass in Fig. 2 der Flansch 12 des Hitzeschildes 4 nicht zwischen den Flanschen 6, 10 von Turbinenzuströmgehäuse 1 und Lagergehäuse 2 geklemmt ist. Vielmehr kommt in Fig. 2 der Flansch 10 des Lagergehäuses 2 unmittelbar am Flansch 6 des Turbinenzuströmgehäuses 1 zur Anlage.
In diesem Dichtbereich zwischen dem Flansch 10 des Lagergehäuses 2 und dem Flansch 6 des Turbinenzuströmgehäuses 1 kann zusätzlich ein Dichtelement 19 positioniert werden, bei welchem es sich um einen vorzugsweise metallischen Dichtring in Form eines O-Rings oder C-Rings handeln kann. Das Dichtelement 19 kann auch aus Grafit gefertigt sein. In Fig. 2 ist das Dichtelement 19 in einer Ausnehmung 20 des Flanschs 6 des Turbinenzuströmgehäuses 1 aufgenommen und dichtet insbesondere in Axialrichtung zwischen Dichtflächen der aneinanderliegenden Flansche 6, 10 von Turbinenzuströmgehäuse 1 und Lagergehäuse 2. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 greift der Flansch 12 des Hitzeschildes 4 am Flansch 10 des Lagergehäuses 2 an, ist jedoch, wie bereits ausgeführt, nicht zwischen dem Flansch 10 des Lagergehäuses 2 und dem Flansch 6 des Turbinenzu- strömgehäuses 1 geklemmt. Vielmehr greift der Flansch 12 des Hitzeschildes 4 in Fig. 2 über eine Verdrehsicherung 21 am Flansch 10 des Lagergehäuses 2 an. In Fig. 2 ist die Anzahl der Bauteile im Spannverband zwischen Lagergehäuse 2 und Turbinenzuströmgehäuse 1 weiter reduziert.
Beim ersten Aspekt der Erfindung ist es ebenfalls möglich, den Düsenring 3 als integralen Bestandteil des Einsatzstücks 1 1 auszubilden. In diesem Fall muss dann der Düsenring 3 nicht gesondert am Turbinenzuströmgehäuse 1 befestigt werden. Vielmehr übernimmt dann das Einsatzstück 1 1 , welches den Düsenring 3 als integrale Baugruppe bereitstellt, die Aufnahme desselben in der Turbine.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Turboladers nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. In Fig. 3 sind, wie im Stand der Technik üblich, der Flansch 13 des Düsenrings 3 und der Flansch 12 des Hitzeschildes 4 beide zwischen dem
Flansch 10 des Lagergehäuses 2 und dem Flansch 6 des Turbinenzuströmgehäu- ses 1 geklemmt, nämlich über die über die Befestigungseinrichtung 5 auf diesen Spannverband aufgebrachte Klemmkraft.
Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, zwischen dem Flansch 10 des Lagergehäuses 2 und dem Flansch 6 des Turbinengehäuses 1 ein Federelement 22 zu positionieren, welches den Flansch 13 des Düsenrings 3 axial gegen den Flansch 6 des Turbinenzuströmgehäuses 1 drückt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist dieses Federelement 22 zwischen dem Flansch 10 des Lagergehäuses 2 und dem Flansch 12 des Hitzeschildes 4 angeordnet, sodass das Federelement 22 den Flansch 12 des Hitzeschildes 4 gegen den Flansch 13 des Düsenrings 3 und so den Flansch 13 des Düsenrings 3 gegen den Flansch 6 des Turbinenzuströmgehäuses 1 drückt. Dabei stützt sich das Federelement 22 einerseits am Flansch 10 des Lagergehäuses 2 und andererseits am Flansch 12 des Hitzeschilds 4 ab. Wie bereits ausgeführt, drückt das Federelement 22 den Flansch 13 des Düsenrings 3 in Axialrichtung gegen den Flansch 6 des Turbinenzuströmgehäuses 1 , wodurch selbst dann, wenn diese Baugruppen im Betrieb einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung unterliegen, stets eine gute Dichtwirkung im Verbindungsbereich von Lagergehäuse 2 und Turbinenzuströmgehäuse 1 gewährleistet wird, sodass keine Gefahr besteht, dass Abgas über diesen Verbindungsbereich nach außen in die Umgebung strömt.
Nachdem zuvor erläuterten zweiten Aspekt der Erfindung kann zudem auf spezielle Spannvorrichtungen, wie Spannpratzen, verzichtet werden. Der Flansch des Lagergehäuses wird direkt mit dem Turbinenzuströmgehäuse verschraubt.
Dadurch ergibt sich eine eindeutige Dichtfläche zwischen Flansch 10 und Flansch 6, über diese verläuft der gesamte Kraftfluss der Befestigungselemente 8. Die Klemmung von Hitzeschild und Düsenring kann dann über ein Federelement 23 erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 Turbinenzuströmgehäuse
2 Lagergehäuse
3 Düsenring
4 Hitzeschild
5 Befestigungseinnchtung
6 Flansch
7 Abschnitt
8 Befestigungsmittel
8a Schraube
8b Mutter
9 Abschnitt
10 Flansch
1 1 Einsatzstück
12 Flansch
13 Dichtbereich
14 Abschnitt
15 Ausnehmung
16 Federelement
17 Passfeder
18 Ausnehmung
19 Dichtelement
20 Ausnehmung
21 Verdrehsicherung
22 Dichtelement
23 Federelement
24 Strömungskanal

Claims

Ansprüche
Turbolader,
mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums,
mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie,
wobei die Turbine ein Turbinengehäuse (1 ), einen Düsenring (3) und einen Turbinenrotor aufweist,
wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor über eine Welle gekoppelten Verdichterrotor aufweist,
wobei das Turbinengehäuse (1 ) und das Verdichtergehäuse jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (2), in welchem die Welle gelagert ist, verbunden sind,
wobei das Turbinengehäuse (1 ) und das Lagergehäuse (2) über eine Befestigungseinrichtung (5) derart verbunden sind, dass die Befestigungseinrichtung an einem Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) mit einem ersten Abschnitt (7) montiert ist und mit einem zweiten Abschnitt (9) einen Flansch (10) des Lagergehäuses (2) zumindest abschnittsweise überdeckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Düsenring (3) derart verbaut ist, dass ein Flansch (13) desselben bezogen auf einen Strömungskanal (24) auf einer dem Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) gegenüberliegenden Seite des Strömungskanals (24) positioniert ist.
2. Turbolader nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (13) des Düsenrings (3) und damit der Düsenring (3) integraler Bestandteil eines Einsatzstücks (1 1 ) der Turbine ist. Turbolader nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (13) des Düsenrings (3) an einem Abschnitt (14) des Turbinengehäuses (1 ) angrenzend ist, der bezogen auf den Strömungskanal (24) auf der dem Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) gegenüberliegenden Seite des Strömungskanals (24) positioniert ist.
Turbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (13) des Düsenrings (3) über eine insbesondere als Passfeder (17) ausgeführte Befestigungseinrichtung an dem Abschnitt (14) des Turbinengehäuses (1 ) befestigt ist.
Turbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ausnehmung (15) des Abschnitt (14) des Turbinengehäuses (1 ) ein elastisches Federelement (16) aufgenommen ist, welches gegen den Flansch (13) des Düsenrings (3) drückt.
Turbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (16) den Düsenring (3) gegen einen Hitzeschild (4) der Turbin drückt.
Turbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flansch (12) des Hitzeschildes (4) zwischen dem Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) und dem Flansch (10) des Lagergehäuses (2) geklemmt ist.
Turbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flansch (12) des Hitzeschild (4) über eine Verdrehsicherung (21 ) am Flansch (10) des Lagergehäuses (2) montiert ist. Turbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) unmittelbar an dem Flansch (10) des Lagergehäuses (2) anliegt.
Turbolader,
mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums,
mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie,
wobei die Turbine ein Turbinengehäuse (1 ), und einen Turbinenrotor aufweist,
wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor über eine Welle gekoppelten Verdichterrotor aufweist,
wobei das Turbinengehäuse (1 ) und das Verdichtergehäuse jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (2), in welchem die Welle gelagert ist, verbunden sind,
wobei das Turbinengehäuse (1 ) und das Lagergehäuse (2) über eine Befestigungseinrichtung (5) derart verbunden sind, dass die Befestigungseinrichtung an einem Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) mit einem ersten Abschnitt (7) montiert ist und mit einem zweiten Abschnitt (9) einen Flansch (10) des Lagergehäuses (2) zumindest abschnittsweise überdeckt,
wobei zwischen dem Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) und dem Flansch (10) des Lagergehäuses (2) ein Flansch (13) eines Düsenrings (3) und ein Flansch (12) eine Hitzeschilds (14) geklemmt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Flansch (10) des Lagergehäuses (2) und dem Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) ein Federelement (22) positioniert ist, welches den Flansch (13) des Düsenrings (3) axial gegen den Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) drückt. Turbolader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fe- derelement (22) zwischen dem Flansch (10) des Lagergehäuses (2) und dem Flansch (12) des Hitzeschilds (4) positioniert ist, welches den Flansch (12) des Hitzeschilds (14) axial gegen den Flansch (13) des Düsenrings (3) und so den Flansch (13) des Düsenrings (3) axial gegen den Flansch (6) des Turbinengehäuses (1 ) drückt.
Turbolader nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) in einer Ausnehmung des Flanschs (12) des Hitzeschilds (4) zwischen dem Flanschs (12) des Hitzeschilds (4) und dem Flansch (10) des Lagergehäuses (2) postioniert ist.
13. Turbolader nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) sich einerseits am Flansch (12) des Hitzeschilds (4) und dererseits am Flansch (10) des Lagergehäuses (2) abstützt.
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