KR20180033065A

KR20180033065A - 터보과급기

Info

Publication number: KR20180033065A
Application number: KR1020170116415A
Authority: KR
Inventors: 토비아스 바이스브로드; 지리 크리마; 데이비드 제라베크; 얀-크리슈토프 하아게; 산티아고 울렌브로크; 슈테판 로스트; 클라우스 바르톨로매
Original assignee: 만 디젤 앤 터보 에스이
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-04-02
Also published as: CH712978A2; US20180087531A1; US10954963B2; JP2018048632A; DE102016117960A1; CN107869365A; CH712978B1; JP6827897B2

Abstract

제1 매체를 팽창시키기 위한 터빈; 제1 매체의 팽창 동안 터빈에서 추출되는 에너지를 이용하여 제2 매체를 압축시키기 위한 압축기를 구비하는 터보과급기로서, 터빈은 터빈 하우징(1) 및 터빈 로터를 포함하고, 압축기는 압축기 하우징, 그리고 샤프트를 통해 터빈 로터에 결합되는 압축기 로터를 포함하며, 터빈 하우징(1) 및 압축기 하우징은 각각 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이에 배치되는 베어링 하우징(2)에 연결되고, 베어링 하우징에 샤프트가 장착되며, 터빈 하우징(1) 및 베어링 하우징(2)은, 체결 디바이스(5)가 제1 섹션(7)을 이용하여 터빈 하우징(1)의 플랜지(6) 상에 장착되고 체결 디바이스(5)가 제2 섹션(9)을 이용하여 적어도 부분적으로 베어링 하우징(2)의 플랜지(10; 15)를 덮게 되도록 하는 방식으로, 체결 디바이스(5)를 통해 연결되며, 체결 디바이스(5)는, 베어링 하우징(2)의 플랜지(10; 15)에 면하는 제2 섹션(9)의 표면 상에서 곡선형 외관을 갖는 것인 터보 과급기가 제시된다.

Description

터보과급기{TURBOCHARGER}

본 발명은 터보과급기에 관한 것이다.

DE 10 2013 002 605 A1로부터, 터보과급기의 기본적인 구성이 알려져 있다. 터보과급기는, 제1 매체가 팽창되는 터빈을 포함한다. 또한, 터보과급기는, 제2 매체가 압축되는, 즉 제1 매체의 팽창 동안 터빈에서 추출되는 에너지를 이용하여 압축되는 압축기를 포함한다. 터보과급기의 터빈은 터빈 하우징 및 터빈 로터를 포함한다. 터보과급기의 압축기는 압축기 하우징 및 압축기 로터를 포함한다. 터빈의 터빈 하우징과 압축기의 압축기 하우징 사이에, 베어링 하우징이 위치하게 되며, 상기 베어링 하우징은 한편으로는 터빈 하우징에 그리고 다른 한편으로는 압축기 하우징에 연결된다. 베어링 하우징에는 샤프트가 장착되며, 이 샤프트에 의해 터빈 로터가 압축기 로터에 결합된다.

실시로부터, 터빈의 터빈 하우징, 즉 소위 터빈 입구 하우징 및 베어링 하우징이, 바람직하게는 클램핑 슈(clamping shoe)로서 형성되는 체결 디바이스를 통해 서로 연결된다는 것이 알려져 있다. 클램핑 슈로서 형성되는 이러한 체결 디바이스는 체결 디바이스의 제1 섹션을 이용하여 체결 수단을 통해 터빈 하우징의 플랜지 상에 장착되며, 제2 섹션을 이용하여 적어도 부분적으로 베어링 하우징의 플랜지를 덮는다. 이러한 체결 디바이스에 의해, 베어링 하우징 및 터빈 하우징의 유닛 또는 조합이 클램핑되며, 특히 터빈 하우징과 베어링 하우징 사이에서 노즐 링 및 밀봉 덮개를 클램핑함으로써 클램핑된다.

터빈 하우징은 팽창될 제1 매체로 충전되며, 특히 팽창될 배기 가스로 충전된다. 터빈 하우징의 터빈 입구 하우징은 이 배기 가스를 터빈 로터의 방향으로 안내한다. 터빈 입구 하우징에는, 주위에 비해 초과 압력이 존재하며, 이러한 초과 압력은 제1 매체의 팽창 중에 에너지 추출을 겪는 터빈에서 감소된다. 터빈 하우징, 즉 터빈 입구 하우징 및 베어링 하우징의 이음부의 영역에서는, 터빈에서 팽창될 제1 매체가 터빈 하우징과 베어링 하우징 사이의 연결 영역을 통해 주위로 유입될 수 있도록 누출이 발생할 수 있다. 이는 불리한 것이다.

터빈에서 팽창될 제1 매체의 이러한 누출에 대응하기 위해, 터빈 하우징, 즉 터빈 입구 하우징과 베어링 하우징 사이의 클램핑은 실시에 따라 향상되며, 특히 체결 수단에 대한 더 큰 조임 토크(tightening torque)에 의해 향상되는데, 이러한 체결 수단을 통해 바람직하게는 클램핑 슈로서 형성되는 체결 디바이스가 터빈 하우징 상에 장착된다. 이 때문에, 체결 디바이스와 베어링 하우징 사이의 클램핑 힘이 또한 증가된다. 베어링 하우징 및 터빈 하우징, 즉 터빈 입구 하우징의 상이한 열 팽창의 결과로서, 베어링 하우징과 체결 디바이스 사이의 접촉 지점이 큰 상대 운동에 노출된다. 베어링 하우징과 체결 디바이스 사이의 큰 클램핑 힘 또는 큰 예비하중(preload), 또는 높은 접촉 압력과 함께, 이제 체결 디바이스에 대한 마모 및/또는 베어링 하우징에 대한 마모가, 소위 파임 효과(digging effect)의 결과로서, 발생하게 된다. 이 때문에, 이제 터빈에서 팽창될 제1 매체의 주위로의 누출이 발생할 수 있는 한편, 심한 경우에는 터빈 하우징, 즉 터빈 입구 하우징과 베어링 하우징의 연결이 느슨하게 작용할 수 있다.

이로부터 시작하여, 본 발명은 신규 유형의 터보과급기를 형성하려는 목적에 기초한 것이다.

이러한 목적은 청구항 1에 따른 터보과급기를 통해 해소된다.

체결 디바이스는, 베어링 하우징의 플랜지에 면하는 제2 섹션의 표면 상에서 곡선형 외관을 갖는다. 베어링 하우징의 플랜지에 면하는 표면 상에서의 체결 디바이스의 이러한 곡선형 외관을 통해, 체결 디바이스 상에 정해진 마찰 표면 형태(tribological surface form)가 마련되며, 이는, 체결 디바이스와 베어링 하우징 사이의 상대 운동 시에, 체결 디바이스 및 베어링 하우징에 대한 마모를 최소화시킨다.

이 때문에, 터빈에서 팽창될 제1 매체의 주위로의 누출 위험이 줄어든다. 또한, 베어링 하우징 및 터빈 하우징의 연결이 파손될 위험이 줄어든다.

바람직하게는, 베어링 하우징의 플랜지에 면하는 체결 디바이스의 제2 섹션의 곡선형 표면의 곡률 반경은, 제2 섹션 및/또는 제1 섹션의 영역에서 체결 디바이스의 축방향 두께의 5 배 내지 20 배에 대응한다. 체결 디바이스의 곡선형 표면의 이러한 곡률 반경은, 마모의 최소화를 위해 매우 유리한 마찰 표면 형태를 제공한다.

바람직하게는, 체결 디바이스는 적어도 40 HRC의 경도를 갖는 재료로 이루어지거나, 또는 적어도 40 HRC의, 곡선형 표면의 영역에서의 표면 경도를 갖는 경화된 재료로 이루어진다. 특히 체결 디바이스가 전술한 방식으로 구현될 때, 체결 디바이스 및 베어링 하우징에 대한 마모 위험이 더욱 줄어들 수 있다.

본 발명에 대한 유리한 추가적인 제1 개량에 따르면, 베어링 하우징의 플랜지와 체결 디바이스의 제2 섹션 사이에 적어도 하나의 링이 배치된다. 베어링 하우징의 플랜지와 체결 디바이스의 제2 섹션 사이에 적어도 하나의 링을 배치함으로써, 체결 디바이스 및 베어링 하우징에 대한 마모 위험이 더욱 줄어들 수 있다. 특히, 이러한 경우에 있어서 각각의 링은 적어도 40 HRC의 표면 경도를 가지며, 이는 상기 각각의 링이 전술한 경도를 갖는 재료로 형성되거나 또는 전술한 경도를 제공하는 표면 상에서 경화되도록 하려는 목적이다.

바람직하게는, 베어링 하우징의 플랜지와 체결 디바이스의 제2 섹션 사이에는 2개의 링이 배치되는데, 이때 제1 링은 제1 면 상에서 베어링 하우징의 플랜지에 대해 놓이게 되며, 제2 링은 제1 면을 이용하여 체결 디바이스의 제2 섹션에 대해 놓이게 되고, 2개의 링은 2개의 면을 이용하여 서로에 대해 놓이게 된다. 구체적으로, 제1 링은 베어링 하우징의 열 팽창 계수에 대응하는 열 팽창 계수를 가지며, 제2 링은 상기 열 팽창 계수에서 벗어난 열 팽창 계수를 갖는다. 베어링 하우징의 플랜지와 체결 디바이스의 제2 섹션 사이에 전술한 방식으로 축방향으로 전후에 2개의 링을 배치함으로써, 체결 디바이스 및 베어링 하우징에 대한 마모 위험이 매우 유리하게 감소될 수 있다. 여기서는, 그 제1 면을 이용하여 베어링 하우징의 플랜지에 대해 놓이게 되는 제1 링이 베어링 하우징의 열 팽창 계수에 대응하는 열 팽창 계수를 가질 때 특히 유리하다. 이 때문에, 제1 링과 베어링 하우징 사이의 상대 운동이 최소화된다. 그 제1 표면을 이용하여 체결 디바이스의 제2 섹션에 대해 놓이는 제2 링은, 2개의 링의 접촉 표면들 사이에서 작동할 때 형성되는 상대 운동을 시프트(shift)시키기 위해 상기 벗어난 열 팽창 계수를 갖는다.

본 발명에 대한 대안적인 제2의 추가 개량에 따르면, 베어링 하우징의 플랜지는 베어링 하우징의 개별 조립체로서 구현되며, 적어도 40 HRC의 표면 경도를 갖는 경질 재료 또는 경화된 재료로 생산되고, 나사산에 의해 베어링 하우징의 기본 본체에 장착된다. 이에 의해, 베어링 하우징과 터빈 하우징 사이의 연결에 대한 마모 위험이 또한 줄어들 수 있다.

본 발명에 대한 마찬가지의 대안적인 제3의 추가 개량에 따르면, 베어링 하우징의 통합 조립체로서 구현되는 플랜지는, 체결 디바이스의 제2 섹션에 면하는 표면 상에서 경화되며, 상기 표면 상에서 적어도 40 HRC의 표면 경도를 갖는다. 본 발명에 대한 이러한 실시예는 또한 베어링 하우징과 터빈 하우징 사이의 연결의 마모 위험을 줄일 수 있도록 해준다.

본 발명에 대한 추가적인 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 이하의 설명으로부터 달성된다. 본 발명에 대한 예시적인 실시예는, 이로써 한정되지 않으면서 도면을 이용하여 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 베어링 하우징에 대한 터빈 하우징의 연결 영역에서의, 본 발명에 따른 제1 터보과급기로부터 도출한 단면이다.
도 2는 도 1의 사시도이다.
도 3은 베어링 하우징에 대한 터빈 하우징의 연결 영역에서의, 본 발명에 따른 제2 터보과급기로부터 도출한 단면이다.
도 4는 도 3의 상세도이다.
도 5는 베어링 하우징에 대한 터빈 하우징의 연결 영역에서의, 본 발명에 따른 제3 터보과급기로부터 도출한 단면이다.
도 6은 베어링 하우징에 대한 터빈 하우징의 연결 영역에서의, 본 발명에 따른 제4 터보과급기로부터 도출한 단면이다.

본 발명은 터보과급기에 관한 것이다. 터보과급기는, 제1 매체를 팽창시키기 위한, 특히 내연기관의 배기 가스를 팽창시키기 위한 터빈을 포함한다. 또한, 터보과급기는, 제2 매체를, 특히 과급 공기를, 압축시키기 위한 압축기, 즉 제1 매체의 팽창 동안 터빈에서 추출되는 에너지를 이용하여 압축시키기 위한 압축기를 포함한다. 여기서, 터빈은 터빈 하우징 및 터빈 로터를 포함한다. 압축기는 압축기 하우징 및 압축기 로터를 포함한다. 압축기 로터는 베어링 하우징에 장착되는 샤프트를 통해 터빈 로터에 결합되는데, 베어링 하우징은 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이에 위치하게 되고, 터빈 하우징 및 압축기 하우징 양자 모두에 대해 연결된다. 본원에서 언급되는 당업자는 터보과급기의 이러한 기본적인 구성에 대해 익숙할 것이다.

본 발명은 이제 터빈 하우징 및 베어링 하우징의 연결과 관련되는, 터보과급기의 전술한 세부사항에 관한 것이다. 도 1 내지 도 6을 참고하여, 터보과급기의 다양한 예시적인 실시예가 이하에서 설명되는데, 도 1 내지 도 6은, 베어링 하우징에 대한 터빈 하우징의 연결 영역에서 터보과급기로부터의 대응하는 도출 사항을 각각 도시한 것이다.

터보과급기의 제1의 예시적인 실시예는 도 1 및 도 2에 의해 제시되는데, 도 1 및 도 2에서 배기 가스 터보과급기의 베어링 하우징(2) 및 터빈 하우징, 즉 터빈 하우징의 터빈 입구 하우징(1) 사이의 이음부가 도시되어 있다. 또한, 도 1은 노즐 링(3) 및 밀봉 덮개(4)를 도시하고 있다.

터빈 입구 하우징(1)은, 체결 디바이스(5)가 제1 섹션(7)을 이용하여, 즉 복수 개의 체결 수단(8)을 통해 터빈 입구 하우징(1)의 플랜지(6) 상에 장착되고 체결 디바이스(5)가 제2 섹션(9)을 이용하여 적어도 부분적으로 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)를 덮게 되도록 하는 방식으로, 체결 디바이스(5)를 통해 베어링 하우징(2)에 연결된다. 체결 디바이스(5)는 또한 클램핑 슈라고 불린다. 도 1 및 도 2의 예시적인 실시예에 있어서, 체결 디바이스(5)는 둘레 방향에서 볼 때 세그먼트(segment)화되어 있으며, 체결 디바이스(5)의 각각의 개별적인 세그먼트(5a)는 체결 수단(8)을 통해, 각각의 제1 섹션(7)을 통해, 각각 터빈 입구 하우징(1)의 플랜지(6)에 장착된다. 바람직하게는, 터빈 입구 하우징(1)의 플랜지(6)에 대해 각각의 세그먼트(5a)를 장착하기 위해 체결 디바이스(5)의 각각의 세그먼트(5a)에 대해 최대 2개의 전술한 체결 수단(8)이 마련된다.

도 1 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 각각의 체결 수단(8)은 터빈 입구 하우징(1)의 플랜지(6) 내로 스크류 결합되는 나사식 스크류(8a) 및 이 나사식 스크류(8a)의 다른 단부 상에 작용하는 너트(8b)를 포함하며, 너트(8b)를 조임으로써, 정해진 예비부하 힘이 체결 디바이스(5)를 통해 터빈 입구 하우징(1)에 대해 그리고 베어링 하우징(10)에 대해 인가될 수 있다. 이러한 과정에 있어서, 노즐 링(3) 및 밀봉 덮개(4)의 대응하는 플랜지는 터빈 입구 하우징(1)과 베어링 하우징(2) 사이에 클램핑된다.

터빈 입구 하우징(1) 및 베어링 하우징(2)의 이러한 연결 영역을 통한 누출 흐름을 최소화하기 위해서는, 정해진 클램핑 힘이 항상 터빈 입구 하우징(1) 및 베어링 하우징(2)에 인가될 수 있도록 그리고 터빈 입구 하우징(1) 및 베어링 하우징(2)이 느슨하게 작용할 위험이 없도록, 특히 체결 디바이스(5)가 마모를 겪는 것이 방지되어야만 한다.

본 발명에 따른 체결 디바이스(5)는, 베어링 하우징의 플랜지(10)에 면하는 베어링 하우징(2)의 제2 섹션(9)의 표면 상에서 곡선형 외관을 갖는다. 여기서, 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 면하는 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)의 전술한 곡선형 외관 표면은 외측을 향해 볼록하게 구부러져 있고, 즉 체결 디바이스의 제1 섹션(7) 및/또는 제2 섹션(9)의 영역에서 체결 디바이스(5)의 축방향 두께의 5배 내지 20배에 대응하는 곡률 반경(R)을 갖는다. 체결 디바이스(5)가 복수 개의 세그먼트(5a)에 의해 형성되는 것인 도 1 및 도 2의 예시적인 실시예에 있어서, 각각의 세그먼트(5a)는 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 면하는 각각의 제2 섹션(9)의 표면의 영역에서 이러한 곡률을 갖는다.

전술한 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 면하는 제2 섹션(9)의 표면 상에서 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)의 곡선형 외관 또는 체결 디바이스(5)의 곡선형 외관에 의해, 특히 터빈 입구 하우징과 베어링 하우징 사이의 상대 운동 작동이 형성될 때, 그리고 이에 따라 체결 디바이스(5)와 베어링 하우징(2) 사이의 상대 운동 작동이 형성될 때, 전술한 표면 상에 마련되는 마찰 형태(tribological form)는 베어링 하우징(2) 및 체결 디바이스(5)에 대한 마모 위험을 최소화시킨다.

체결 디바이스(5) 또는 체결 디바이스의 세그먼트(5a)는, 바람직하게는, 적어도 40 HRC(스케일 C의 로크웰 경도)의 경도를 갖는 금속 재료로 이루어지거나, 혹은 체결 디바이스(5) 또는 세그먼트(5a)는 적어도 40 HRC의 곡선형 표면의 영역에서 소정 표면 경도를 갖는 경화된 금속 재료로 이루어진다. 이러한 표면 경도를 제공하기 위한 금속 재료의 경화는 바람직하게는 질화처리에 의해 행해진다. 마찬가지로, 금속 재료의 경화를 위해 경화될 표면에, 예컨대 레이저 클래딩과 같은 용융 방법 또는 분무 방법을 통해, 코팅을 적용하는 것도 가능하다.

전술한 체결 디바이스(5)의 경도와 조합되는, 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 면하는 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)의 표면 영역에서 체결 디바이스의 곡선형 외관의 조합은, 이러한 경우에 있어서 작동 중에 체결 디바이스(5)와 베어링 하우징(2) 사이에서 상대 운동이 형성하는 마모 위험을 감소시킨다. 구체적으로, 소위 파임 효과가 방지될 수 있다.

도 1 및 도 2의 예시적인 실시예에 있어서, 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a) 또는 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)과 베어링 하우징(2)의 플랜지(10) 사이에 링(11)이 배치된다. 도 1 및 도 2의 예시적인 실시예에 있어서, 여기서는, 체결 디바이스(5)의 각각의 세그먼트(5a)의 제2 섹션(9)과 베어링 하우징(2)의 플랜지(10) 사이에 단일 링(11)이 위치하게 되며, 이러한 링(11)은 축방향 폭(B) 및 반경방향 높이(H)를 갖는다. 링에 작용하는 마찰력의 결과로서 링(11)이 틸팅(tilting)되는 것을 방지하기 위해, B:H의 비율은 0.25 이하이다. 바람직하게는, 링(11)은 적어도 40 HRC의 경도를 갖는 재료로 이루어지거나, 또는 적어도 40 HRC의 표면 경도를 갖는 경화된 재료로 이루어진다. 이는, 체결 디바이스(5)와 베어링 하우징(2) 사이의 상대 운동의 발생 시에 마모를 최소화하는 역할을 한다.

체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a) 또는 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)과 베어링 하우징(2)의 플랜지(10) 사이에 단일 링(11)이 배치되는 것인 도 1 및 도 2의 예시적인 실시예에 있어서, 링(11)은 베어링 하우징(2)의 열 팽창 계수에 대략 대응하는 열 팽창 계수를 갖는다. 이 때문에, 링(11)과 베어링 하우징(2) 사이의 상대 운동은 최소화되며, 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)와 링(11) 사이에서 상대 운동이 발생한다. 서로에 대해 놓인 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)의 제2 섹션(9)과 링(11)의 표면은, 바람직하게는 40 HRC를 초과하는 표면 경도를 나타내며, 링(11)에 면하는 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)의 제2 섹션(9)의 표면은 전술한 곡률 반경(R)을 갖는 외관 곡률을 나타내고, 그 결과로서, 터빈 하우징(1), 즉 터빈 입구 하우징에 대한 베어링 하우징(2)의 전체적인 저마모 장착이 가능하다.

도 1 및 도 2의 예시적인 실시예의 링(11)은, 바람직하게는, 개방된 링을 형성하게 되는, 둘레 방향 위치에서 슬릿(slit)이 형성되어 있으며, 이에 따라 링은 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 대해 용이하게 나사 결합되거나 회전하게 될 수 있다. 이는, 특히 도시되지 않은 압축기 하우징과 상호작용하는 베어링 하우징(2)의 플랜지가 터빈 입구 하우징(1)과 상호작용하는 베어링 하우징(2)의 도시된 플랜지(1)보다 더 큰 직경을 갖는 경우에 요구된다. 도 1 및 도 2의 링(11)은 제1 면을 이용하여 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 대항하게 놓이고, 제2 면을 이용하여 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)의 제2 섹션(9)에 대항하게 놓인다.

터보과급기의 특히 바람직한 예시적인 실시예는 도 3 및 도 4에 의해 제시되는데, 도 3 및 도 4의 예시적인 실시예에서는 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)의 제2 섹션(9) 또는 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)과 베어링 하우징(2)의 플랜지(10) 사이에 배치되는 단일 링(11)이 없지만, 도 3 및 도 4에서는 축방향으로 서로 전후에 2개의 링(12 및 13)이 배치된다는 점에서, 도 3 및 도 4의 예시적인 실시예는 도 1 및 도 2의 예시적인 실시예와 기본적으로 상이하다. 여기서, 제1 링(12)은 제1 면을 이용하여 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 대항하게 놓이는 반면, 제2 링(13)은 제1 면을 이용하여 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a) 또는 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)에 대항하게 놓인다. 또한, 2개의 링(12 및 13)은, 상호 대면하는 제2 면을 이용하여 서로에 대해 놓여 있다.

제1 링(12)은 바람직하게는 베어링 하우징(2)의 열 팽창 계수에 대응하는 열 팽창 계수를 갖는다. 제2 링(13)은 바람직하게는 상기 열 팽창 계수로부터 벗어난 열 팽창 계수를 갖는다. 이 때문에, 2개의 링(12, 13) 사이에서 작동 중에 발생할 수 있는 상대 운동을 시프트(shift)시킬 수 있다. 이는 터빈 입구 하우징(1)에 대한 베어링 하우징(2)의 특히 저마모의 연결을 가능하게 한다.

도 3 및 도 4의 예시적인 실시예에 있어서, 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a) 또는 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)은 또한, 제2 링(13) 그리고 이에 따라 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 면하는 측에서, 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이, 정해진 곡률 반경(R)으로 외관이 곡선형을 나타낸다. 이와 관련하여, 앞서의 설명을 참고한다. 2개의 링(12 및 13)의 구성은, 축방향 폭(B) 및 반경방향 높이(H)를 가지며, B:H의 비율은 0.25 이하이다.

2개의 링(12 및 13)은 바람직하게는 적어도 40 HRC의 경도를 갖는 재료로 이루어지거나, 또는 적어도 40 HRC의 표면 경도를 갖는 경화된 재료로 이루어진다.

그 제1 면에서 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 대향하여 놓이는 제1 링(12)은 바람직하게는 단일 둘레방향 위치에 슬릿이 형성되어 있으며, 이에 따라 제1 링은 다시 유닛으로서 간단하게 베어링 하우징(2), 즉 베어링 하우징의 플랜지(10)에 나사 결합될 수 있다. 대조적으로, 제2 링(12)은, 바람직하게는, 제2 링(13)의 링 세그먼트의 개수 및 이에 따른 둘레방향 범위가 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)의 개수 및 이에 따른 둘레방향 범위에 대응하게 되도록 하는 방식으로, 바람직하게는 복수 개의 링 세그먼트를 형성하게 되는 복수 개의 둘레방향 위치에 슬릿이 형성된다.

베어링 하우징(2)의 플랜지(10)와 체결 디바이스(5)의 각각의 세그먼트(5a) 사이에서, 바람직하게는 각각의 경우에 제2 링(13)의 개별적인 링 세그먼트가 위치하게 되며, 이때 제2 링 세그먼트(13)의 모든 링 세그먼트는, 둘레방향 위치에서 슬릿이 형성되고 개방된 링으로서 형성되는 제1 링(12)에 대해 놓이게 된다. 제2 링(13)의 세그먼트를 통해, 둘레방향에서의 열 응력이 감소될 수 있다. 이때 슬라이딩 운동은 제2 링(13)의 링 세그먼트의 복수 개의 직렬 연결된 슬라이딩 표면으로 분할되며, 그 결과로서, 체결 디바이스(5)에 작용하는 마찰력이 감소된다.

본 발명에 따른 터보과급기의 추가적인 예시적 실시예가 도 5에 도시되어 있으며, 도 5는 도 1 내지 도 4의 예시적인 실시예에 대한 대안을 제시한다. 도 5의 예시적인 실시예에 있어서, 베어링 하우징(2)이 적어도 2개의 부분으로 형성되고, 별도의 플랜지(15)가 연결되도록 하는 기본 본체(14)를 포함하는 것이 제시되어 있다. 기본 본체(14)는 통상적인 금속 재료로 형성되는 반면, 기본 본체(14)와 체결되는 별도의 플랜지(15)는 적어도 40 HRC의 경도를 갖는 재료로 생성되거나, 또는 적어도 40 HRC의 표면 경도를 갖는 경화된 재료로 생성된다. 이 때문에, 베어링 하우징(2) 또는 터빈 입구 하우징(1)과의 사이의 연결부의 마모를 최소화하기 위해, 체결 디바이스(5), 즉 체결 디바이스의 세그먼트(5a)와 베어링 하우징(2)의 플랜지(15) 사이에, 체결 디바이스의 제2 섹션(9)의 영역에 있어서 맞춤형 마찰 계수가 제공된다. 여기서, 또한 도 5에서는, 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)의 제2 섹션(9) 또는 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)이 외측을 향해 볼록하게, 베어링 하우징(2)의 플랜지(15)에 면하는 측에서의 정해진 곡률 반경(R)을 이용하여, 외측으로 구부러지게 되는 것이 제시된다. 이러한 특징적인 특성과 관련하여, 도 1 및 도 2의 예시적인 실시예에 관한 이상의 설명 및 도 3 및 도 4의 예시적인 실시예를 참고한다.

이에 따라 도 5의 예시적인 실시예 및 도 1 내지 도 4의 예시적인 실시예에 대한 주요한 차이점은, 도 5에서는 체결 디바이스(5)와 베어링 하우징(2)의 플랜지(10) 사이에 위치하게 되는 링이 마련되지 않는 반면, 여기서는 베어링 하우징(2)의 플랜지(15)가 경질 금속 재료 또는 경화된 금속 재료와 별개의 조립체로서 생성되는 것을 포함한다는 것이다.

도 5로부터, 경질 재료 또는 경화된 재료로 생성되는 이러한 별도의 플랜지(15)가 베어링 하우징(2)의 기본 본체(14) 상에 스크류 결합된다는 것은 명백하며, 이를 위해 플랜지(15) 상의 내부 나사산(16)은 베어링 하우징(2)의 기본 본체(14) 상의 외부 나사산(17)과 상호작용한다. 이러한 스크류 연결은 바람직한데, 왜냐하면 상기 스크류 연결은 형상 맞춤(form fit)을 구성하고 이에 따라 열 팽창 및 제조 공차에 대해 둔감하기 때문이다. 도 5에 따르면, 반경 방향으로 연장되고 도시된 예시적인 실시예에서는 원통형 핀으로서 구현되는 적어도 하나의 잠금 요소(18)를 통해, 베어링 하우징(2)의 기본 본체(14)와 베어링 하우징(2)의 플랜지(15) 사이에서 스크류 연결을 잠그는 것이 제시된다.

본 발명에 따른 터보과급기의 추가적인 예시적 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 예시적인 실시예에 있어서, 베어링 하우징(2)이 플랜지(10)의 영역에서, 즉 플랜지(10)의 표면의 영역에서 경화되고, 이는 체결 디바이스(5)의 각각의 세그먼트(5a) 또는 체결 디바이스(5)의 볼록하게 구부러진 표면을 이용하여 체결 디바이스의 제2 섹션(9)에 대해 상호작용하는 것이 제시된다. 도 6은 플랜지(10)의 전술한 표면 상에서 베어링 하우징(2)을 경화시키기 위해 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)의 전술한 표면 상에 적용되는 코팅(19)을 도시한 것이며, 이러한 코팅은 예컨대 레이저 클래딩과 같은 용융 방법 또는 분무 방법에 의해 적용될 수 있다. 코팅에 대한 대안으로, 베어링 하우징(2)의 재료는 또한 예컨대 레이저 경화 또는 질화처리와 같은 경화 방법에 의해 경화될 수 있다.

본 발명에 따른 배기 가스 터보과급기의 모든 양태에 관련하여, 터빈 입구 하우징(1)과 베어링 하우징(2) 사이의 특히 유리한 연결이 제시되어 있으며, 이는 마모가 적다. 도 3 및 도 4의 실시예가 특히 바람직하며, 이를 이용하면, 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)를 덮는 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)의 섹션(9)과 베어링 하우징(2)의 플랜지(10) 사이에, 축방향으로 전후에 2개의 링(12 및 13)이 배치된다. 이러한 실시예는 구성 면에서 간단할 뿐만 아니라, 이러한 실시예는 또한 2개의 링(12 및 13) 사이에서의 조작으로 인해 상대 운동의 시프팅(shifting)을 허용하고, 이에 따라 체결 디바이스(5) 그리고 또한 베어링 하우징(2)은 어떠한 마모에도 노출되지 않으며, 그 결과로서, 터빈에서 팽창되는 제1 매체의 누출 흐름이 주위로 유입되거나 또는 심지어 터빈 입구 하우징(1)과 베어링 하우징(2) 사이의 연결이 느슨하게 작용할 위험이 없다.

1 : 터빈 입구 하우징
2 : 베어링 하우징
3 : 노즐 링
4 : 밀봉 커버
5 : 체결 디바이스
5a : 세그먼트
7 : 섹션
8 : 체결 수단
8a : 스크류
8b : 너트
9 : 섹션
10 : 플랜지
11 : 링
12 : 링
13 : 링
14 : 기본 본체
15 : 플랜지
16 : 나사산
17 : 나사산
18 : 잠금 요소
19 : 코팅

Claims

터보과급기로서,
제1 매체를 팽창시키기 위한 터빈;
제1 매체의 팽창 동안 터빈에서 추출되는 에너지를 이용하여 제2 매체를 압축시키기 위한 압축기
를 구비하며,
상기 터빈은 터빈 하우징(1) 및 터빈 로터를 포함하고,
상기 압축기는 압축기 하우징, 그리고 샤프트를 통해 터빈 로터에 결합되는 압축기 로터를 포함하며,
터빈 하우징(1) 및 압축기 하우징은 각각 터빈 하우징과 압축기 하우징 사이에 배치되는 베어링 하우징(2)에 연결되고, 베어링 하우징에 샤프트가 장착되며,
터빈 하우징(1) 및 베어링 하우징(2)은, 체결 디바이스(5)가 제1 섹션(7)을 이용하여 터빈 하우징(1)의 플랜지(6) 상에 장착되고 체결 디바이스(5)가 제2 섹션(9)을 이용하여 적어도 부분적으로 베어링 하우징(2)의 플랜지(10; 15)를 덮게 되도록 하는 방식으로, 체결 디바이스(5)에 의해 연결되며,
체결 디바이스(5)는, 베어링 하우징(2)의 플랜지(10; 15)에 면하는 제2 섹션(9)의 표면 상에서 곡선형 외관을 갖는 것인 터보 과급기.
제1항에 있어서, 베어링 하우징(2)의 플랜지(10; 15)에 면하는 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)의 곡선형 표면의 곡률 반경은, 제2 섹션(9) 및/또는 제1 섹션(7)의 영역에서 체결 디바이스(5)의 축방향 두께의 5 배 내지 20 배에 대응하는 것인 터보과급기.
제2항에 있어서, 체결 디바이스(5)는 적어도 40 HRC의 경도를 갖는 재료로 이루어지거나, 또는 적어도 40 HRC의 곡선형 표면의 영역에서의 표면 경도를 갖는 경화된 재료로 이루어지는 것인 터보과급기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)와 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9) 사이에는 적어도 하나의 링(11; 12, 13)이 배치되는 것인 터보과급기.
제4항에 있어서, 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)와 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9) 사이에 단일 링(11)이 배치되며, 이 단일 링은 제1 면을 이용하여 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 대항하게 놓이고 제2 면을 이용하여 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)에 대항하게 놓이는 것인 터보과급기.
제4항 또는 제5항에 있어서, 링(11)은 베어링 하우징(2)의 열 팽창 계수에 대응하는 열 팽창 계수를 갖는 것인 터보과급기.
제4항에 있어서, 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)와 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9) 사이에는 2개의 링(12, 13)이 배치되며, 제1 링(12)은 제1 면을 이용하여 베어링 하우징(2)의 플랜지(10)에 대항하게 놓이게 되며, 제2 링은 제1 면을 이용하여 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)에 대항하게 놓이게 되고, 2개의 링(12, 13)은 2개의 면을 이용하여 서로에 대항하게 놓이게 되는 것인 터보과급기.
제7항에 있어서, 제1 링(12)은 베어링 하우징(2)의 열 팽창 계수에 대응하는 열 팽창 계수를 가지며, 제2 링(13)은 상기 열 팽창 계수에서 벗어난 열 팽창 계수를 갖는 것인 터보과급기.
제4항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 링(11) 또는 복수 개의 링(12, 13)으로 된 구성은 축방향 폭(B) 및 반경방향 높이(H)를 가지며, B:H의 비율은 0.25 이하인 것인 터보과급기.
제4항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 링(11, 12, 13)은 적어도 40 HRC의 경도를 갖는 재료로 이루어지거나, 또는 적어도 40 HRC의 표면 경도를 갖는 경화된 재료로 이루어지는 것인 터보과급기.
제4항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 링(11, 12, 13)은 적어도 하나의 둘레방향 위치에 각각 슬릿이 형성되어 있는 것인 터보과급기.
제7항 및 제11항에 있어서, 제1 링(12)은 개방된 링을 형성하기 위해 하나의 둘레방향 위치에 슬릿이 형성되어 있고, 제2 링(13)은 복수 개의 링 세그먼트를 형성하기 위해 복수 개의 둘레방향 위치에 슬릿이 형성되어 있는 것인 터보과급기.
제4항 및 제11항에 있어서, 링(13)은 개방된 링을 형성하기 위해 하나의 둘레방향 위치에 슬릿이 형성되어 있는 것인 터보과급기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 베어링 하우징(2)의 통합 조립체로서 구현되는 플랜지(10)는, 체결 디바이스(5)의 제2 섹션(9)에 면하는 표면 상에서 경화되며, 상기 표면 상에서 적어도 40 HRC의 표면 경도를 갖는 것인 터보과급기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 베어링 하우징(2)의 플랜지(15)는 베어링 하우징의 개별 조립체로서 구현되며, 적어도 40 HRC의 표면 경도를 갖는 경질 재료 또는 경화된 재료로 생산되고, 나사산에 의해 베어링 하우징(2)의 기본 본체(14)에 장착되는 것인 터보과급기.
제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 체결 디바이스(5)는 둘레방향으로 세그먼트화되어 있으며, 체결 디바이스(5)의 각각의 세그먼트(5a)는 최대 2개의 체결 수단(8)을 통해 터빈 하우징(1)의 플랜지(6) 상에서 체결 디바이스의 각각의 제1 섹션(7)으로 장착되는 것인 터보과급기.
제16항 및 제12항에 있어서, 상기 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)의 둘레방향 세그먼트 폭은 제2 링(13)의 링 세그먼트의 둘레방향 세그먼트 폭에 대응하여, 체결 디바이스(5)의 세그먼트(5a)와 제1 링(12) 사이에는, 각각의 경우에, 제2 링(13)의 대응하는 링 세그먼트가 배치되는 것인 터보과급기.