EP4698756A1 - Turbinenrad für eine radialturbine - Google Patents
Turbinenrad für eine radialturbineInfo
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- EP4698756A1 EP4698756A1 EP24708419.7A EP24708419A EP4698756A1 EP 4698756 A1 EP4698756 A1 EP 4698756A1 EP 24708419 A EP24708419 A EP 24708419A EP 4698756 A1 EP4698756 A1 EP 4698756A1
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F05D2220/00—Application
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Turbinenrad (1) für eine Radialturbine, wobei das Turbinenrad (1) eine Nabe (2) mit einer damit verbundenen Turbinenscheibe (3) und eine Vielzahl von Turbinenschaufeln (4) aufweist, die über einen Schaufelfuß (6) mit der Nabe (2) verbunden sind, wobei die Turbinenschaufeln (4) jeweils eine Krümmung aufweisen, die einer Krümmungslinie (KL) folgt, wobei jede Turbinenschaufel (4) bei Betrachtung eines orthogonalen Schnittes durch die Turbinenschaufel (4) eine Verteilung einer Dicke (Sd) in Abhängigkeit von einer Höhe (Sh) der Turbinenschaufel (4) über der Nabe (2) aufweist, wobei die Dicke (Sd) der Turbinenschaufel (4) bei kleinen Höhen (Sh) größer ist als bei einer Trapezform, bei der die Dicke (Sd) vom Schaufelfuß (6) ausgehend gleichförmig abnimmt, und dass die Dicke (Sd) der Turbinenschaufel (4) bei großen Höhen (Sh) der Turbinenschaufel (4) kleiner ist als bei der Trapezform.
Description
Turbinenrad für eine Radialturbine
Die Erfindung betrifft ein Turbinenrad für eine Radialturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Rotierende Bauteile werden durch die Rotation zum Schwingen angeregt. Dies kann durch Interaktion mit dem nicht rotierenden Umfeld oder beispielsweise durch die Unwucht des rotierenden Bauteils erfolgen. Ziel bei der Auslegung ist es, dass keine Anregungsfrequenz mit einer Eigenfrequenz des Rotors zusammenfällt, da dies unweigerlich zu einem Schwingungsbruch führt. Bei der Gestaltung von Radialturbinen ist die Auslegung der Geometrie hinsichtlich der resultierenden Eigenfrequenzen der Beschaufelung einer der Hauptbestandteile, um die mechanische Festigkeit sicherzustellen. Das Problem besteht darin, dass eine Erhöhung der Eigenfrequenz bisher nur durch Verkürzung und Aufdicken der Schaufel möglich war.
DE 10 2006 008 836 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung und/oder Reparatur eines integral beschaufelten Rotors. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Rotorbasis, wobei die Rotorbasis mindestens einen kuppelförmigen Vorsprung zum Verbinden je eines Rotorblatts mit der Rotorbasis aufweist; b) Bereitstellen mindestens eines Rotorblatts, wobei das eine oder die mehreren Rotorblätter entsprechende kuppelförmige Vorsprünge zur Verbindung mit einem kuppelförmigen Vorsprung der Rotorbasis aufweisen; c) Verbinden des einen oder der mehreren Rotorblätter mit dem Rotorboden durch induktives HF-Pressschweißen, wobei die kalottenförmigen Vorsprünge des einen oder der mehreren Rotorblätter mit den kalottenförmigen Vorsprüngen des Rotorbodens verbunden werden; d) Präzise Bearbeitung des einen oder der mehreren Rotorblätter, die mit der Rotorbasis verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Turbinenrad für eine Radialturbine anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Turbinenrad für eine Radialturbine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Turbinenrad für eine Radialturbine weist eine Nabe mit einer damit verbundenen Turbinenscheibe und eine Vielzahl von Turbinenschaufeln auf, die über einen Schaufelfuß mit der Nabe verbunden sind, wobei die Turbinenschaufeln jeweils eine Krümmung aufweisen, die einer Krümmungslinie folgt, wobei jede Turbinenschaufel bei Betrachtung eines orthogonalen Schnittes durch die Turbinenschaufel eine Verteilung einer Dicke in Abhängigkeit von einer Höhe der Turbinenschaufel über der Nabe aufweist.
Erfindungsgemäß ist die Dicke der Turbinenschaufel bei kleinen Höhen größer als bei einer Trapezform, bei der die Dicke vom Schaufelfuß ausgehend gleichförmig abnimmt, und die Dicke der T urbinenschaufel ist bei großen Höhen der T urbinenschaufel kleiner als bei der Trapezform.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Freiheitsgrad geschaffen, der eine Anhebung der Schaufeleigenfrequenzen ermöglicht, ohne die Schaufeldicke nennenswert zu erhöhen. Durch die Erfindung wird eine schlankere Gestaltung der Beschaufelung von Radialturbinen möglich, wodurch Wirkungsgradvorteile der Turbine erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich beispielsweise zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug, Bus oder Personenkraftwagen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Turbinenrades einer Radialturbine mit einer
Mehrzahl von Turbinenschaufeln,
Fig. 2 eine schematische Ansicht des Turbinenrades, das orthogonal zu einer Krümmungslinie einer der Turbinenschaufeln geschnitten ist, wobei eine Schnittebene resultiert,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Schnittebene aus Figur 2,
Fig. 4 eine detaillierte schematische Draufsicht auf die Schnittebene,
Fig. 5 ein schematisches Diagramm einer Höhe in Abhängigkeit von einer Dicke der Turbinenschaufel gemäß dem Stand der Technik, und
Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer Höhe in Abhängigkeit von einer Dicke der Turbinenschaufel zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Verteilung der Dicke der Turbinenschaufel.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines Turbinenrades 1 einer Radialturbine, beispielsweise für einen Abgasturbolader. Das Turbinenrad 1 weist eine Nabe 2 mit einer damit verbundenen Turbinenscheibe 3 und eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 4 auf. Das Turbinenrad 1 ist auf einer Welle 5 angeordnet. Die Turbinenschaufeln 4 sind jeweils gekrümmt. Eine Krümmung der Turbinenschaufeln 4 folgt dabei einer Krümmungslinie KL
Figur 2 ist eine schematische Ansicht des T urbinenrades 1 , der orthogonal zur Krümmungslinie KL einer der Turbinenschaufeln 4 geschnitten ist, wobei eine Schnittebene SE resultiert.
Figur 3 ist eine schematische Draufsicht auf die Schnittebene SE aus Figur 2, die eine Betrachtung einer Verteilung einer Dicke der Turbinenschaufeln 4 ermöglicht. Die in Figur 2 orthogonal geschnittene Turbinenschaufel 4 ist dabei durch einen Kasten K hervorgehoben.
Figur 4 ist eine detaillierte schematische Draufsicht auf die Schnittebene SE im Bereich des Kastens K. Die Turbinenschaufel 4 sitzt auf einer Kontur der Nabe 2 auf und weist einen verrundeten Schaufelfuß 6 auf, über den sie an die Nabe 2 angebunden ist.
Figur 5 ist ein schematisches Diagramm einer Höhe Sh der Turbinenschaufel 4 in Abhängigkeit von einer Dicke Sd der Turbinenschaufel 4 gemäß dem Stand der Technik zur Veranschaulichung der Verteilung der Dicke Sd der Turbinenschaufel 4, wobei die Grundform der Verteilung der Dicke Sd der Turbinenschaufeln 4 einem Trapez entspricht.
Figur 6 ist ein schematisches Diagramm einer Höhe Sh der Turbinenschaufel 4 in Abhängigkeit von einer Dicke Sd der Turbinenschaufel 4 zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Verteilung der Dicke Sd der Turbinenschaufel 4. Es ist erkennbar, dass die Dicke Sd der Turbinenschaufel 4 bei kleinen Höhen Sh der Turbinenschaufel 4 größer ist als bei der Trapezform aus Figur 5, und dass die Dicke Sd der Turbinenschaufel 4 bei großen Höhen Sh der Turbinenschaufel 4 kleiner ist als bei der Trapezform aus Figur 5.
Insbesondere kann die Dicke Sd der Turbinenschaufel 4 so verteilt sein, dass für Höhen Sh von 0 bis 66% des Maximums der Höhe Sh die Dicke Sd größer ist als bei der Trapezform aus Figur 5, die über die Dicke Sd bei Sh=0 und Sh=max definiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Dicke Sd für Höhen Sh von 33% des Maximums der Höhe Sh bis zum Maximum der Höhe Sh kleiner sein als bei der Trapezform aus Figur 5, die über die Dicke Sd bei Sh=0 und Sh=max definiert ist.
Bezugszeichenliste
1 Turbinenrad
2 Nabe
3 Turbinenscheibe
4 Turbinenschaufel
5 Welle
6 Schaufelfuß
GK Grundkreis
K Kasten
KL Krümmungslinie
Sd Dicke
SE Schnittebene
Sh Höhe
Claims
1. Turbinenrad (1) für eine Radialturbine, wobei das Turbinenrad (1) eine Nabe (2) mit einer damit verbundenen Turbinenscheibe (3) und eine Vielzahl von Turbinenschaufeln (4) aufweist, die über einen Schaufelfuß (6) mit der Nabe (2) verbunden sind, wobei die Turbinenschaufeln (4) jeweils eine Krümmung aufweisen, die einer Krümmungslinie (KL) folgt, wobei jede Turbinenschaufel (4) bei Betrachtung eines orthogonalen Schnittes durch die Turbinenschaufel (4) eine Verteilung einer Dicke (Sd) in Abhängigkeit von einer Höhe (Sh) der Turbinenschaufel (4) über der Nabe (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (Sd) der Turbinenschaufel (4) bei kleinen Höhen (Sh) größer ist als bei einer Trapezform, bei der die Dicke (Sd) vom Schaufelfuß (6) ausgehend gleichförmig abnimmt, und dass die Dicke (Sd) der Turbinenschaufel (4) bei großen Höhen (Sh) der Turbinenschaufel (4) kleiner ist als bei der Trapezform.
2. Turbinenrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (Sd) der Turbinenschaufel (4) so verteilt ist, dass für Höhen (Sh) von 0 bis 66% des Maximums der Höhe (Sh) die Dicke (Sd) größer ist als bei der Trapezform.
3. Turbinenrad (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (Sd) für Höhen (Sh) von 33% des Maximums der Höhe (Sh) bis zum Maximum der Höhe (Sh) kleiner ist als bei der Trapezform.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023109634.6A DE102023109634A1 (de) | 2023-04-17 | 2023-04-17 | Turbinenrad für eine Radialturbine |
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Publications (1)
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| EP4698756A1 true EP4698756A1 (de) | 2026-02-25 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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