WO2009092792A2 - Abgasturbolader - Google Patents

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WO2009092792A2
WO2009092792A2 PCT/EP2009/050776 EP2009050776W WO2009092792A2 WO 2009092792 A2 WO2009092792 A2 WO 2009092792A2 EP 2009050776 W EP2009050776 W EP 2009050776W WO 2009092792 A2 WO2009092792 A2 WO 2009092792A2
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exhaust gas
gas turbocharger
contact
turbine housing
turbine
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Alexander Schulz
Kurt Prevedel
Jürgen Darscheidt
Michael Becker
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Avl List Gmbh
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    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
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    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D25/162—Bearing supports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger having an exhaust gas turbine with an adjustable nozzle upstream of a turbine impeller, wherein each guide vane of the nozzle via a rotatably mounted guide shaft is rotatable, and with a turbine housing having at least one of a cooling medium flowed through cooling chamber in the region of an exhaust gas inlet. Furthermore, the invention relates to an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine with an adjustable nozzle upstream of a turbine impeller, with a support body for supporting the vanes, wherein between two operating temperature in different contact partners, in particular between the support body and the turbine housing a defined cold play is provided.
  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine with an adjustable nozzle upstream of a turbine impeller, wherein each guide vane of the nozzle is rotatable, and with a support body for supporting the guide vanes, wherein between the support body and the turbine housing a defined cold play is provided.
  • DE 103 44 868 A1 discloses an exhaust gas turbocharger for use in an internal combustion engine for marine use with adjustable guide vanes, which has a turbocharger housing through which a cooling medium can pass, wherein an area of an inner wall surface of the turbocharger housing facing the exhaust gas turbine wheel is formed from a light metal.
  • the bearing of the guide vanes is also in this construction in a region of the turbine housing, which is not further cooled by the cooling medium.
  • exhaust gas and DE 103 44 868 Al essentially aims to absorb the high thermal stress by the materials themselves.
  • US Pat. No. 4,741,666 A discloses a turbocharger with adjustable guide vanes, in which the bearing of the guide vanes takes place on the downstream side. Measures for targeted heat dissipation from the turbine housing are not provided.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to reduce the thermal load in the region of the bearing of the guide vanes in an exhaust gas turbocharger.
  • this is achieved in that the bearing of the guide vane shafts is arranged in a region of the turbine housing surrounded by the cooling medium.
  • first embodiment of the invention it is provided that the bearing of the guide vane shafts formed in the turbine housing, the cooling space passing through Lagerbutzen.
  • the bearing blocks are made in one piece with the turbine housing. In order to improve the sliding properties, even thin-walled sleeves made of a ferrous metal, bronze or brass can be drawn into these bearing blocks.
  • the bearing of the guide blade shafts is effected by bearing bushes inserted into the bearing housing and passing through the cooling space.
  • the bearing of the guide blade shafts takes place in separate bushings, which are inserted into bores of the turbine housing, preferably pressed.
  • the strength and the sliding properties can be significantly improved if the pressed into the cooled turbine housing bearing bushes made of a ferrous metal, bronze or brass.
  • NEN between the bushings and the turbine housing paragraphs or a groove structure may be provided.
  • the bearing of the turbine blades is formed by an insert penetrating the cooling space.
  • the bearing of the turbine blades can be made of a ferrous metal, bronze or brass.
  • the storage is at least on one third of its circumference washed by the cooling medium.
  • the bearing of the blade elements is preferably arranged on the downstream side of the turbine housing.
  • a very compact design results when a cavity is formed between the turbine housing and a housing cover adjoining the turbine housing on the downstream side, in which parts of the actuating mechanism for the guide vanes are arranged.
  • the housing cover may have cooling channels for coolant or air for cooling.
  • the housing cover may have a heat-dissipating attachment for other exhaust gas components.
  • each vane shaft has a plate-shaped broadening following the vane, the prepared feet of the vanes engaging correspondingly deep cylindrical recesses of the cooled outer structure.
  • the guide vane facing away from, preferably circular end face of the widening may also have a concentric groove structure.
  • the groove structure increases the gas tightness.
  • separate sealing elements can also be used as a seal.
  • Additional cooling of the vanes can be achieved if the spacers are adjacent to a cooling air duct that can be acted upon by blocking air.
  • the cold play between the contact partners is due to the different thermal expansions of the contact partner is designed such that the contact partners come in thermal contact at operating temperature to allow heat transfer between the two contact partners.
  • the surface of at least one of the two contact partners in the contact region has a contact surface diminishing profiling, wherein the profiling preferably by a groove or rhombic structure is formed.
  • the reduced heat-conductive contact surface portion should be at least 20% of the theoretical maximum contact area.
  • Another measure for avoiding too high contact forces is to design the contact partners in such a way that the material plasticizes at least one of the two contact partners in the region of the contact surface under the thermal load of the operating conditions, wherein the choice of material preferably takes place in such a way that the plasticization has elastic springback after the contact thermal discharge follows.
  • a deformable profiling of the surface of the contact area of the softer contact partner, for example, by a groove structure causes only small area portions of the one contact partner come into contact with the other contact partner when heated.
  • local flattening occurs, over the surface of which heat conducts in contact. According to the height and duration of the heating of the components, these flattenings adapt to their size. The heat transfer is thus most intense at maximum component temperature, which is to avoid temperature peaks.
  • the geometry of the profiling of the softer contact partner can be designed by appropriate preliminary design and experiments such that the smallest possible increase in the contact force by a higher than the closing of the cold gap increased temperature load - up to the maximum component temperature - the largest possible proportion of contact surface.
  • the cold play between the support body and the turbine housing can be bridged by at least one heat conducting body, wherein preferably the heat conducting body via a positive connection with the support body or the turbine housing and a frictional engagement with the turbine housing or with the Support body is in heat-conducting connection.
  • the heat conducting body is designed as a ring with preferably rectangular cross section, wherein preferably the positive connection is formed by a circumferential groove in the supporting body or in the turbine housing.
  • each heat-conducting body is formed by a preferably cylindrical pin, which is displaceably mounted in a guide bore forming the positive connection.
  • a particularly compact construction can be achieved if the heat-conducting body is arranged between a preferably cylindrical jacket region of the supporting body and a preferably cylindrical jacket region of the turbine housing.
  • the heat-conducting body is arranged between a preferably flat end face of the support body and a preferably flat end face of the turbine housing.
  • the heat conducting body is pressed by a biasing force to the turbine housing or the support body.
  • the varnishleitographer can be resilient in itself, for example, as a spring ring, be formed or alternatively by a separate pressure spring, which can be formed for example by a corrugated disk, pressed against the turbine housing or against the support body.
  • FIGS. Show it : 1 shows an exhaust gas turbocharger according to the invention in a longitudinal section in a first embodiment
  • FIG. 2 shows an exhaust gas turbocharger according to the invention in a longitudinal section in a second embodiment
  • FIG. 3 shows an exhaust gas turbocharger according to the invention in a longitudinal section in a third embodiment
  • Fig. 5 is a vane shaft in section
  • FIG. 6 shows detail VI from FIG. 5;
  • FIG. 7 shows an exhaust gas turbocharger according to the invention in a longitudinal section in a fourth embodiment
  • FIG. 8 shows the detail VIII from FIG. 7 in the cold state of the exhaust-gas turbocharger
  • FIG. 8a shows the detail VIII from FIG. 7 in the cold state of the exhaust-gas turbocharger in a fifth embodiment variant
  • FIG. 9 shows the detail VIII from FIG. 7 in the hot state
  • FIG. 12 shows an exhaust gas turbocharger according to the invention in a longitudinal section in a sixth embodiment
  • FIG. 13 shows a heat conduction body in section according to detail XIII in FIG. 12;
  • Fig. 15 shows a heat-conducting body in section in an eighth embodiment.
  • the exhaust gas turbocharger 1 has an exhaust gas turbine 2 with a turbine housing 3, wherein the inlet spiral 4 and an optional branching off to an additional blow-off valve, not further shown branch passage of the turbine housing 3 is surrounded by a cooling chamber 5.
  • a turbine impeller not shown is a diffuser 6 with adjustable Guide vanes 7 arranged, wherein the guide vanes 7 can be rotated via a guide shaft 8 by an actuating mechanism 9.
  • the turbine housing 3 is advantageously made of light metal.
  • the actuator 9, as well as the bearings 10 for the guide blade shafts 8 are located on the downstream side of the turbine housing. 3
  • the bearing 10 of the guide vane shafts 8 is arranged in a cooled region of the turbine housing 3, wherein each bearing 10 is at least on one third of its circumference washed by the cooling medium of the cooling space 5.
  • Parts of the actuating mechanism 9 are arranged in a cavity 11, which is formed by the turbine housing 3 and a housing cover 12 following the turbine housing 3.
  • the arranged on the downstream side of the turbine housing 3 housing cover 12 serves as a connection option 13 for the subsequent exhaust line.
  • a connection 14 sealing air can be initiated.
  • the connection 14 may be connected to the compressor outlet, not shown, of the exhaust gas turbocharger 1.
  • this can be provided with cooling channels 5a for the cooling medium.
  • the bearings 10 are formed by integrally with the turbine housing 3 Lagerbutzen 18.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which the bearings 10 of the guide blade shafts 8 are made by bearing bushes 19 pressed into the cooled turbine housing 3.
  • the bushings 19 are made to increase the strength and improve the sliding properties of iron metal, bronze or brass.
  • the slugs 18a of the turbine housing 3 are interrupted so that at least one third of the outer surface of the bearing bushes 19 is surrounded by the coolant.
  • Fig. 3 shows a further embodiment in which the bearing 10 of the guide vanes 7 of the diffuser 6 to increase the strength and to improve the sliding properties by a cast into the cooled turbine housing 3 insert 20, for example made of brass occurs.
  • the insert 20 has pattern-like structures or shoulders 21 for increasing the tightness with respect to the cooling jacket 5.
  • the insert 20 has cooling air passages 22 which lead to the widenings 15. As a result, the cooling of the guide vanes 7 can be improved.
  • a plate-shaped widening 15 is provided to increase the heat dissipation, wherein the end face of the widening 15 on the side facing away from the guide vane 7 has a concentric groove structure 16 for improving the gastightness through labyrinth seal effects, as shown in FIGS. 5 and 5 6 can be seen.
  • the widenings 15 engage in correspondingly deep cylindrical recesses 17 of the turbine housing 3 or of the insert 20, as shown in FIGS. 1 to 3.
  • the exhaust gas turbocharger 101 shown in FIG. 7 has an exhaust gas turbine 102 with a turbine housing 103, which forms an inlet spiral 104. Upstream of a turbine runner 105, whose axis of rotation is designated 105 ', a nozzle 106 is arranged with adjustable vanes 107, wherein the guide vanes 107 are mounted in a support body 108. With 109 a sleeve-like spacer is referred to, which ensures a defined axial play of the support body 108 to the guide 106.
  • a cold play s is provided in the cold state of the exhaust gas turbocharger 101.
  • the cold play s of the adjacent components, support body and turbine housing 103 is designed so that the contact partners P 1 and P 2 formed in the embodiment by the support body 108, and the turbine housing 103 come into contact at operating temperature of the exhaust gas turbocharger 101 and thereby a Heat transfer for lowering the temperature of the support body 108 is made possible.
  • One of the two contact partners P 2 which is formed by the turbine housing 103 in the present embodiment, has a softer material in the contact region 111 than the other contact partner Pi, in the exemplary embodiment of the existing steel support body 108.
  • the material contact is not made over the entire surface. Rather, causes a deformable profiling 112 of the surface of the softer contact partner P 2 , which is formed for example by a groove structure 113, that when heated initially only small areas of the two contact partners P 1 , P 2 come into contact.
  • a deformable profiling 112 of the surface of the softer contact partner P 2 which is formed for example by a groove structure 113, that when heated initially only small areas of the two contact partners P 1 , P 2 come into contact.
  • flattening occurs, over the surface of which heat conduction takes place in the contact case. According to the height of the temperature and the duration of the heating of the contact partners Pi, P 2 by, for example, exhaust gas flow, these flattenings adapt to their size.
  • FIG. 8 shows the two contact partners Pi, P 2 , namely support body 108 and turbine housing 103, in the cold state.
  • Fig. 9 shows the two contact partners Pi, P 2 in the hot state, wherein the turbine housing 103, which consists of a softer material than the support body 108, in the region of Profiling 112 is plastically deformed. Due to the plastic deformation, there is an increased heat transfer due to larger contact surfaces and a reduction of the contact forces, whereby the relative mobility of the two contact partners Pi, P 2 is guaranteed to each other.
  • the profiling 112 can also be formed by pierced grooves with a rounded groove bottom.
  • FIGS. 10 and 11 Various operating phases A, B, C, D are shown in FIGS. 10 and 11. As can be seen in FIG. 10, the plastic deformation increases in the course of the operation and reaches its maximum starting from A with D.
  • FIG. 11 the operating phases A, B, C, D are plotted in a voltage ⁇ -strain diagram for this purpose.
  • A shows the deformation due to the initial startup.
  • points B, C, D the deformation is indicated during further operation and leads to a final state at D.
  • the deformation range of the final temperature interval is designated, in which there is a material contact between the two contact partners Pi, P 2 .
  • ⁇ ⁇ thus represents the working range of heat transfer.
  • the turbocharger 201 shown in FIG. 12 has an exhaust gas turbine 202 with a turbine housing 203, which forms an inlet spiral 204. Upstream of a turbine runner 205, a nozzle 206 is arranged with adjustable vanes 207, wherein the guide vanes can be rotated via an actuating mechanism, not shown.
  • a support body 208 for example, a support ring, or a support cartridge is provided, wherein between the support body 208 and the turbine housing 203 a defined game s is formed.
  • the support body 208 may be made of steel, for example.
  • three or more spacers 209 anchored in the turbine housing 203 are provided in the exemplary embodiment.
  • the cold play s' is bridged by means of a heat conducting body 210, which may be formed as a ring 221 or pin 221a.
  • the heat conducting body 210 is radially or axially displaceably mounted in the exemplary embodiment according to FIG. 12 in a groove 212 forming a positive connection 211 of the supporting body 208, wherein a defined clearance fit is provided between the heat conducting body 210 and the supporting body 208 in order to ensure good heat introduction into the heat conducting body To ensure 210.
  • This heat introduction is indicated by arrows H in FIGS. 13 to 15.
  • the heat dissipation between the heat conducting body 210 and the turbine housing 203 takes place via a friction fit 213, wherein the heat conducting body 210 is pressed against the turbine housing 203.
  • a friction fit 213 wherein the heat conducting body 210 is pressed against the turbine housing 203.
  • the heat conducting body 210 configured as a spring ring is guided on side surfaces 212 a, 212 b of the groove 212, which are formed normally on the axis 205 'of the impeller 205.
  • the heat-conducting body 210 is pressed against a cylindrical lateral surface 214 of the turbine housing 203.
  • the heat conduction body 210 is thus arranged in the region between the cylindrical surface 214 of the turbine housing 203 and a cylindrical surface 220 of the support body 208.
  • FIGS. 14 and 15 show alternative embodiments in which the heat-conducting body 210 is arranged in the region of flat end faces 215, 216 of the supporting body 208 and of the turbine housing 203 facing one another.
  • the heat-conducting body 210 may be formed as a ring or as a pin 221a loaded via a separate spring and guided in a cylindrical bore 212a.
  • the heat conduction is thus carried out by partially direct material contact from the support body 208 in the heat-conducting body 210 on the one hand and the heat-conducting body 210 in the turbine housing 203 on the other.
  • the own radial elasticity of the heat conducting body 210 forming ring can be used to maintain contact with the opposite body, or - in particular in the case of the axial arrangement shown in FIGS. 14 and 15 -
  • jacketleit stresses 210 be a separate contact spring 217 deposited.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) mit einer Abgasturbine (2) mit einem verstellbaren Leitapparat (6) stromaufwärts eines Turbinenlaufrades, wobei jede Leitschaufel (7) des Leitapparates (6) über eine drehbar gelagerte Leitschaufelwelle (8) verdrehbar ist, sowie mit einem Turbinengehäuse (3), welches zumindest einen von einem Kühlmedium durchströmten Kühlraum (5) im Bereich eines Abgaseintrittes aufweist. Um die Kühlung des Leitapparates (6) zu verbessern, ist vorgesehen, dass die Lagerung (10) der Leitschaufelwellen (8) in einem vom Kühlmedium umspülten Bereich des Turbinengehäuses (3) angeordnet ist.

Description

Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einer Abgasturbine mit einem verstellbaren Leitapparat stromaufwärts eines Turbinenlaufrades, wobei jede Leitschaufel des Leitapparates über eine drehbar gelagerte Leitschaufelwelle verdrehbar ist, sowie mit einem Turbinengehäuse, welches zumindest einen von einem Kühlmedium durchströmten Kühlraum im Bereich eines Abgaseintrittes aufweist. Weiters betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader mit einer Abgasturbine mit einem verstellbaren Leitapparat stromaufwärts eines Turbinenlaufrades, mit einem Tragkörper zur Lagerung der Leitschaufeln, wobei zwischen zwei im Betrieb verschiedene Temperatur aufweisenden Kontaktpartnern, insbesondere zwischen dem Tragkörper und dem Turbinengehäuse ein definiertes Kaltspiel vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader mit einer Abgasturbine mit einem verstellbaren Leitapparat stromaufwärts eines Turbinenlaufrades, wobei jede Leitschaufel des Leitapparates verdrehbar ist, sowie mit einem Tragkörper zur Lagerung der Leitschaufeln, wobei zwischen dem Tragkörper und dem Turbinengehäuse ein definiertes Kaltspiel vorgesehen ist.
Bei thermisch hoch beanspruchten Abgasturbinen mit variabler Turbinengeometrie entstehen zu Folge unterschiedlicher Wärmedehnungen zwischen feststehenden und bewegten Bauteilen Zwängungen, welchen bisher konstruktiv durch unterschiedliche Ausführungen der Halterung der Leitschaufeln in Verbindung mit hochwarmfesten Werkstoffen begegnet worden ist. Aus der EP 126 444 A2 ist eine Abgasturbine mit verstellbaren Leitschaufeln bekannt, welche in einem Trägerring gelagert sind, der mit Distanzhülsen den durch die Leitschaufeln veränderbaren Zuführkanal zum Laufradeintritt herstellt. Auf der gasabgewandten Seite befindet sich der Verstellmechanismus für die Leitschaufeln. Ein im Lagergehäuse angeordneter Betätigungshebel ist mit einem Aktuator verbunden und bewirkt die Verstellung der Leitschaufeln.
Weiters ist es bekannt, den Leitapparat als vormontierte Kartuscheneinheit im Turbinengehäuse anzuordnen. Die Kartuschen müssen wegen hohen thermischen Belastungen aus hochwarmfesten Werkstoffen gefertigt werden. Abgasturbinen mit vormontierten Kartuschen sind aus den Druckschriften US 2006/0140751 Al, EP 1 691 034 A2, WO 2004/022926 Al, WO 2007/046798 Al, EP 1 816 317 A2, sowie der JP 08-177509 A und der JP 10-212966 A bekannt. Die für die zwän- gungsfreie Ausdehnung der Leitapparateträger zwingend benötigten Spalte bewirken eine teilweise oder vollständige thermische Isolierung von der umgebenden Struktur. Bei Steigerung der Abgastemperatur über 9000C hinaus auf Otto- motor-typische Werte von über bis zu 10000C führt dies mit den derzeitigen Ausführungsformen trotz des Einsatzes sehr teurer hochtemperaturfester Werkstoffe zu Problemen bei der Dauerhaltbarkeit.
Weiters ist aus der DE 103 44 868 Al ein Abgasturbolader zum Einsatz bei einer Brennkraftmaschine für den Marineeinsatz mit verstellbaren Leitschaufeln bekannt, der ein von einem Kühlmedium durchströmbares Turboladergehäuse aufweist, wobei ein dem Abgasturbinenrad zugewandter Bereich einer Innenwandfläche des Turboladergehäuses aus einem Leichtmetall gebildet ist. Die Lagerung der Leitschaufeln befindet sich auch bei dieser Konstruktion in einem Bereich des Turbinengehäuses, welcher durch das Kühlmedium nicht weiter gekühlt wird. Wie bei anderen aus dem Stand der Technik bekannten Abgasturbinen zielt auch die DE 103 44 868 Al im Wesentlichen darauf ab, die hohe thermische Belastung durch die Materialien selbst aufzufangen.
Ferner ist aus der US 4,741,666 A ein Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln bekannt, bei dem die Lagerung der Leitschaufeln auf der Abstromseite erfolgt. Maßnahmen zur gezielten Wärmeableitung aus dem Turbinengehäuse sind nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und bei einem Abgasturbolader die thermische Belastung im Bereich der Lagerung der Leitschaufeln zu verringern.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Lagerung der Leitschaufelwellen in einem vom Kühlmedium umspülten Bereich des Turbinengehäuses angeordnet ist.
In einer sehr einfach zu fertigenden ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lagerung der Leitschaufelwellen in durch das Turbinengehäuse gebildeten, den Kühlraum durchsetzenden Lagerbutzen erfolgt. Die Lager- butzen sind dabei einteilig mit dem Turbinengehäuse ausgeführt. Um die Gleiteigenschaften zu verbessern, können in diese Lagerbutzen auch dünnwandige Hülsen aus einem Eisenmetall, Bronze oder Messing eingezogen werden.
In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lagerung der Leitschaufelwellen durch in das Lagergehäuse eingeschobene, den Kühlraum durchsetzende Lagerbuchsen erfolgt. Die Lagerung der Leitschaufelwellen erfolgt dabei in separaten Lagerbuchsen, welche in Bohrungen des Turbinengehäuses eingesetzt, vorzugsweise eingepresst sind. Die Festigkeit und die Gleiteigenschaften können dabei wesentlich verbessert werden, wenn die in das gekühlte Turbinengehäuse eingepressten Lagerbuchsen aus einem Eisenmetall, aus Bronze oder aus Messing bestehen. Zur Verbesserung der Gasdichtheit kön- nen zwischen den Lagerbuchsen und dem Turbinengehäuse Absätze oder eine Rillenstruktur vorgesehen sein.
Alternativ dazu kann gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Lagerung der Turbinenschaufeln durch einen den Kühlraum durchsetzenden Einsatz gebildet ist. Zur Erhöhung der Festigkeit und zur Verbesserung der Gleiteigenschaften kann der eingegossene Einsatz aus einem Eisenmetall, Bronze oder Messing bestehen.
Um eine ausreichende Kühlung der Lagerung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Lagerung zumindest auf einem Drittel ihres Umfanges vom Kühlmedium umspült ist.
Die Lagerung der Schaufelelemente ist vorzugsweise auf der Abstromseite des Turbinengehäuses angeordnet. Eine sehr kompakte Bauweise ergibt sich, wenn zwischen dem Turbinengehäuse und einem an das Turbinengehäuse abstrom- seitig anschließenden Gehäusedeckel ein Hohlraum ausgebildet ist, in welchem Teile des Betätigungsmechanismus für die Leitschaufeln angeordnet sind. Um das ungewollte Austreten selbst kleiner Mengen an Abgasen durch die Lagerspalte der Wellenlagerung der Leitschaufeln in den Hohlraum und von dort über den Betätigungsmechanismus des Leitapparates ins Freie zu verhindern, kann in den Hohlraum mittels eines Anschlusses an den Verdichteraustritt Sperrluft eingeleitet werden. Diese unterstützt zusätzlich die Kühlung der Leitschaufeln, da sie entlang der Spalte der Wellenlagerung strömt. Der Gehäusedeckel kann zur Kühlung Kühlkanäle für Kühlmittel oder Luft aufweisen. Weiters kann zur Kühlung der Gehäusedeckel eine wärmeableitende Befestigung für weitere Abgaskomponenten aufweisen.
Eine weitere Verbesserung der Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Leitschaufeln kann bewirkt werden, wenn jede Leitschaufelwelle im Anschluss an die Leitschaufel eine tellerförmige Verbreiterung aufweist, wobei die vorbereiteten Füße der Leitschaufeln in entsprechend tiefe zylindrische Ausnehmungen der gekühlten Außenstruktur eingreifen. Die der Leitschaufel abgewandte, vorzugsweise kreisförmige Stirnseite der Verbreiterung kann zudem eine konzentrische Rillenstruktur aufweisen. Die Rillenstruktur erhöht die Gasdichtheit. Alternativ zur Rillenstruktur können als Abdichtung auch separate Dichtelemente eingesetzt werden.
Eine zusätzliche Kühlung der Leitschaufeln kann erzielt werden, wenn die Verbreiterungen an einen mit Sperrluft beaufschlagbaren Kühlluftkanal grenzen.
Erfindungsgemäß kann weiters vorgesehen sein, dass das Kaltspiel zwischen den Kontaktpartnern aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungen der Kontakt- partner derart ausgelegt ist, dass die Kontaktpartner bei Betriebstemperatur in thermischen Kontakt kommen, um einen Wärmeübergang zwischen den beiden Kontaktpartnern zu ermöglichen.
Um hohe Materialspannungen und dadurch verursachte Funktionsmängel, wie zum Beispiel ein Blockieren der Leitschaufelbewegung durch Zwängung- oder Rissbildung zu verhindern, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Oberfläche zumindest eines der beiden Kontaktpartner im Kontaktbereich eine die Kontaktfläche vermindernde Profilierung aufweist, wobei die Profilierung vorzugsweise durch eine Rillen- oder Rautenstruktur gebildet ist. Der reduzierte wärmeleitende Kontaktflächenanteil sollte dabei mindestens 20% der theoretischen maximalen Kontaktfläche betragen. Dadurch können übermäßige Kontaktkräfte bei Betriebsbedingungen vermieden werden, da der Materialkontakt nicht vollflächig hergestellt wird.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn nur einer der beiden Kontaktpartner eine Profilierung aufweist, wobei der Kontaktpartner mit der Profilierung im Bereich der Kontaktfläche einen weicheren Werkstoff als der anderen Kontaktpartner aufweist.
Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung zu hoher Kontaktkräfte besteht darin, die Kontaktpartner so auszulegen, dass der Werkstoff zumindest eines der beiden Kontaktpartner im Bereich der Kontaktfläche unter der thermischen Last der Betriebsbedingungen plastifiziert, wobei vorzugsweise die Werkstoffwahl so erfolgt, dass der Plastifizierung elastische Rückfederung nach der thermischen Entlastung folgt.
Eine deformierbare Profilierung der Oberfläche des Kontaktbereiches des weicheren Kontaktpartners, beispielsweise durch eine Rillenstruktur bewirkt, dass bei Erwärmung zunächst nur kleine Flächenanteile des einen Kontaktpartner in Berührung mit dem anderen Kontaktpartner kommen. Durch bewusste lokale Überlastung und eine Plastifizierung an den Spitzen der Profilierung entstehen lokale Abplattungen, über deren Fläche im Kontaktfall Wärmeleitung stattfindet. Entsprechend der Höhe und der Dauer der Aufheizung der Bauteile passen sich diese Abplattungen in ihrer Größe an. Der Wärmetransport ist somit bei maximaler Bauteiltemperatur am intensivsten, was dazu beträgt, Temperaturspitzen zu vermeiden.
Die Geometrie der Profilierung des weicheren Kontaktpartners kann durch geeignete Vorauslegung und Versuche derart ausgelegt werden, dass bei möglichst geringer Überhöhung der Kontaktkraft durch eine über die zum Schließen des Kaltspaltes hinaus erhöhte Temperaturbelastung - bis hin zur maximalen Bauteiltemperatur - ein möglichst großer Anteil an Kontaktfläche entsteht. Durch die elastische Eigenschaft des Materials wird ein Arbeitsintervall der Kontaktkühlung zwischen einer erwärmten ersten Kontakttemperatur und einer maximalen Betriebstemperatur sichergestellt.
Im Rahmen der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, dass das Kaltspiel zwischen dem Tragkörper und dem Turbinengehäuse durch zumindest einen Wärmeleitkörper überbrückbar ist, wobei vorzugsweise der Wärmeleitkörper über einen Formschluss mit dem Tragkörper bzw. dem Turbinengehäuse und über einen Reibschluss mit dem Turbinengehäuse bzw. mit dem Tragkörper in wärmeleitender Verbindung steht.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist der Wärmeleitkörper als Ring mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt ausgeführt, wobei vorzugsweise der Formschluss durch eine umlaufende Nut im Tragkörper bzw. im Turbinengehäuse gebildet ist.
In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Wärmeleitkörper durch einen vorzugsweise zylindrischen Zapfen gebildet ist, welcher in einer den Formschluss bildenden Führungsbohrung verschiebbar gelagert ist.
Eine besonders kompakte Bauweise lässt sich erreichen, wenn der Wärmeleitkörper zwischen einem vorzugsweise zylindrischen Mantelbereich des Tragkörpers und einem vorzugsweise zylindrischem Mantelbereich des Turbinengehäuses angeordnet ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Wärmeleitkörper zwischen einer vorzugsweise ebenen Stirnseite des Tragkörpers und einer vorzugsweise ebenen Stirnseite des Turbinengehäuses angeordnet ist.
Um eine ausreichende Wärmeableitung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Wärmeleitkörper durch eine Vorspannkraft an das Turbinengehäuse bzw. den Tragkörper gepresst ist. Der Wärmeleitkörper kann dabei in sich federnd, beispielsweise als Federring, ausgebildet sein oder alternativ dazu durch eine separate Anpressfeder, welche beispielsweise durch eine Wellscheibe gebildet werden kann, gegen das Turbinengehäuse bzw. gegen den Tragkörper gepresst werden.
Um unabhängig von der Stellung des Wärmeleitkörpers eine gute Wärmeübertragung über den Wärmeleitkörper zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass zwischen dem Wärmeleitkörper und dem Formschluss eine definierte Spielpassung vorgesehen ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem Längsschnitt in einer ersten Ausführungsvariante;
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante;
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem Längsschnitt in einer dritten Ausführungsvariante;
Fig. 4 ein Detail des Leitapparates;
Fig. 5 eine Leitschaufelwelle im Schnitt;
Fig. 6 das Detail VI aus Fig. 5;
Fig. 7 einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem Längsschnitt in einer vierten Ausführungsvariante;
Fig. 8 das Detail VIII aus Fig. 7 im kalten Zustand des Abgasturboladers;
Fig. 8a das Detail VIII aus Fig. 7 im kalten Zustand des Abgasturboladers in einer fünften Ausführungsvariante;
Fig. 9 das Detail VIII aus Fig. 7 im heißen Zustand;
Fig. 10 das Detail VIII in verschiedenen Betriebsphasen;
Fig. 11 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm für verschiedene Betriebsphasen des Abgasturboladers;
Fig. 12 einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem Längsschnitt in einer sechsten Ausführungsvariante;
Fig. 13 einen Wärmeleitkörper im Schnitt gemäß Detail XIII in Fig. 12;
Fig. 14 einen Wärmeleitkörper im Schnitt in einer siebenten Ausführungsvariante; und
Fig. 15 einen Wärmeleitkörper im Schnitt in einer achten Ausführungsvariante.
Der Abgasturbolader 1 weist eine Abgasturbine 2 mit einem Turbinengehäuse 3 auf, wobei die Einlaufspirale 4 und ein gegebenenfalls davon zu einem zusätzlichen Abblaseventil abzweigender, nicht weiter dargestellter Stichkanal des Turbinengehäuses 3 von einem Kühlraum 5 umgeben ist. Stromaufwärts eines nicht weiter dargestellten Turbinenlaufrades ist ein Leitapparat 6 mit verstellbaren Leitschaufeln 7 angeordnet, wobei die Leitschaufeln 7 über eine Leitschaufelwelle 8 durch einen Betätigungsmechanismus 9 verdreht werden können.
Das Turbinengehäuse 3 besteht vorteilhafter Weise aus Leichtmetall. Die Betätigungseinrichtung 9, sowie die Lagerungen 10 für die Leitschaufelwellen 8 befinden sich an der Abstromseite des Turbinengehäuses 3.
Die Lagerung 10 der Leitschaufelwellen 8 ist in einem gekühlten Bereich des Turbinengehäuses 3 angeordnet, wobei jede Lagerung 10 zumindest auf einem Drittel ihres Umfanges vom Kühlmedium des Kühlraumes 5 umspült wird.
Teile des Betätigungsmechanismus 9 sind in einem Hohlraum 11 angeordnet, welcher durch das Turbinengehäuse 3 und einem Gehäusedeckel 12 im Anschluss an das Turbinengehäuse 3 gebildet wird. Der auf der stromabwärtigen Seite des Turbinengehäuses 3 angeordnete Gehäusedeckel 12 dient als Anschlussmöglichkeit 13 für den nachfolgenden Abgasstrang. Um das ungewollte Austreten selbst kleiner Menge an Abgasen durch die Lagerspalte der Lagerung 10 der Leitschaufelwellen 8 in den Hohlraum 11 und von dort über die Teile des Betätigungsmechanismus 9 ins Freie zu verhindern, ist in Fig. 1 vorgesehen, dass in den Hohlraum 11 mittels eines Anschlusses 14 Sperrluft eingeleitet werden kann. Der Anschluss 14 kann an den nicht weiter dargestellten Verdichteraustritt des Abgasturboladers 1 angeschlossen sein. Zur Kühlung des Gehäusedeckels 12 kann dieser mit Kühlkanälen 5a für das Kühlmedium versehen sein.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung sind die Lagerungen 10 durch einstückig mit dem Turbinengehäuse 3 ausgeführten Lagerbutzen 18 gebildet.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der die Lagerungen 10 der Leitschaufelwellen 8 durch in das gekühlte Turbinengehäuse 3 eingepresste Lagerbuchsen 19 erfolgt. Die Lagerbuchsen 19 bestehen zur Erhöhung der Festigkeit und zur Verbesserung der Gleiteigenschaften aus Eisenmetall, aus Bronze oder aus Messing. Die Butzen 18a des Turbinengehäuses 3 sind dabei so unterbrochen, dass mindestens ein Drittel Außenfläche der Lagerbuchsen 19 vom Kühlmittel umspült ist.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung, bei der die Lagerung 10 der Leitschaufeln 7 des Leitapparates 6 zur Erhöhung der Festigkeit und zur Verbesserung der Gleiteigenschaften durch einen in das gekühlte Turbinengehäuse 3 eingegossenen Einsatz 20, beispielsweise aus Messing, erfolgt. Der Einsatz 20 weist musterartige Strukturen oder Absätze 21 zur Erhöhung der Dichtigkeit gegenüber dem Kühlmantel 5 auf. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, weist der Einsatz 20 Kühlluftkanäle 22 auf, welche zu den Verbreiterungen 15 führen. Dadurch kann die Kühlung der Leitschaufeln 7 verbessert werden. Anschließend an den Fuß der Leitschaufel 7 ist eine tellerförmige Verbreiterung 15 zur Erhöhung der Wärmeableitung vorgesehen, wobei die Stirnseite der Verbreiterung 15 an der der Leitschaufel 7 abgewandten Seite eine konzentrische Rillenstruktur 16 zur Verbesserung der Gasdichtigkeit durch Labyrinthdichtungseffekte aufweist, wie den Fig. 5 und Fig. 6 zu entnehmen ist. Die Verbreiterungen 15 greifen in entsprechend tiefe zylindrische Ausnehmungen 17 des Turbinengehäuses 3, bzw. des Einsatzes 20 ein, wie in den Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigt ist.
Der in Fig. 7 dargestellte Abgasturbolader 101 weist eine Abgasturbine 102 mit einem Turbinengehäuse 103 auf, welches eine Einlaufspirale 104 ausbildet. Stromaufwärts eines Turbinenlaufrades 105, dessen Drehachse mit 105' bezeichnet ist, ist ein Leitapparat 106 mit verstellbaren Leitschaufeln 107 angeordnet, wobei die Leitschaufeln 107 in einem Tragkörper 108 gelagert sind. Mit 109 ist ein hülsenartiger Abstandhalter bezeichnet, welcher ein definiertes Axialspiel des Tragkörpers 108 zur Leiteinrichtung 106 gewährleistet.
Zwischen dem Lagerkörper 108 und dem Turbinengehäuse 103 ist im kalten Zustand des Abgasturboladers 101 ein Kaltspiel s vorgesehen. Das Kaltspiel s der aneinander grenzenden Bauteile, Tragkörper und Turbinengehäuse 103, ist so ausgelegt, dass die im Ausführungsbeispiel durch den Tragkörper 108, bzw. des Turbinengehäuses 103 gebildeten Kontaktpartner P1 bzw. P2 bei Betriebstemperatur des Abgasturboladers 101 in Kontakt kommen und dadurch ein Wärmeübergang zur Temperaturabsenkung des Tragkörpers 108 ermöglicht wird. Einer der beiden Kontaktpartner P2, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch das Turbinengehäuse 103 gebildet ist, verfügt im Kontaktbereich 111 über einen weicheren Werkstoff als der andere Kontaktpartner Pi, im Ausführungsbeispiel der aus Stahl bestehende Tragkörper 108. Um hohe Materialspannungen und dadurch verursachte Funktionsmängel, wie zum Beispiel Blockieren der Leitschaufelbewegung zu vermeiden, wird der Materialkontakt nicht vollflächig hergestellt. Vielmehr bewirkt eine deformierbare Profilierung 112 der Oberfläche des weicheren Kontaktpartners P2, welche beispielsweise durch eine Rillenstruktur 113 gebildet ist, dass bei Erwärmung zunächst nur kleine Flächenanteile der beiden Kontaktpartner P1, P2 in Berührung kommen. Durch bewusst lokale Überlastung und Plasitifizierung an den Spitzen der Profilierung 112 entstehen Abplattungen, über deren Fläche im Kontaktfall Wärmeleitung stattfindet. Entsprechend der Höhe der Temperatur und der Dauer der Aufheizung der Kontaktpartner Pi, P2 durch zum Beispiel Abgasströmung, passen sich diese Abplattungen in ihrer Größe an. Fig. 8 zeigt dazu die beiden Kontaktpartner Pi, P2 , nämlich Tragkörper 108 und Turbinengehäuse 103, im kalten Zustand. Fig. 9 zeigt die beiden Kontaktpartner Pi, P2 im heißen Zustand, wobei das Turbinengehäuse 103, welches aus einem weicheren Material als der Tragkörper 108 besteht, im Bereich der Profilierung 112 plastisch verformt ist. Durch die plastische Verformung kommt es zu einem erhöhten Wärmetransport in Folge größerer Kontaktflächen und zu einer Verminderung der Kontaktkräfte, wodurch die Relativbeweglichkeit der beiden Kontaktpartner Pi, P2 zueinander gewährleistet bleibt. Wie aus Fig. 8a zu entnehmen ist, kann die Profilierung 112 auch durch eingestochene Nuten mit einem abgerundeten Nutboden gebildet sein.
In den Fig. 10 und Fig. 11 sind verschiedene Betriebsphasen A, B, C, D dargestellt. Wie in Fig. 10 ersichtlich ist, nimmt die plastische Verformung im Laufe des Betriebes zu und erreicht ausgehend von A mit D ihr Maximum. In Fig. 11 sind dazu in einem Spannungs σ-Dehnungs ε-Diagramm die Betriebsphasen A, B, C, D aufgetragen. A zeigt die Deformation aufgrund der Erstinbetriebnahme. In den Punkten B, C, D wird die Deformation bei weiterem Betrieb angezeigt und führt bei D zu einem Endzustand. Parallel zu den plastischen Formationen durch Plastifizierung verschiebt sich auch die Temperatur, bei der die beiden Kontaktpartner Pi, P2 in Berührung treten. Mit ετ ist der Verformungsbereich des endgültigen Temperaturintervalls bezeichnet, in dem ein Materialkontakt zwischen den beiden Kontaktpartnern Pi, P2 besteht. ετ stellt somit den Arbeitsbereich der Wärmeübertragung dar.
Der in Fig. 12 dargestellte Abgasturbolader 201 weist eine Abgasturbine 202 mit einem Turbinengehäuse 203 auf, welches eine Einlaufspirale 204 ausbildet. Stromaufwärts eines Turbinenlaufrades 205 ist ein Leitapparat 206 mit verstellbaren Leitschaufeln 207 angeordnet, wobei die Leitschaufeln über einen nicht weiter dargestellten Betätigungsmechanismus verdreht werden können. Zur Lagerung der Leitschaufeln 207 ist ein Tragkörper 208, beispielsweise ein Tragring, oder eine Tragkartusche vorgesehen, wobei zwischen dem Tragkörper 208 und dem Turbinengehäuse 203 ein definiertes Spiel s ausgebildet ist. Der Tragkörper 208 kann beispielsweise aus Stahl bestehen. Um ein definiertes Axialspiel des Leitapparates 206 zu gewährleisten, sind drei oder mehr im Turbinengehäuse 203 verankerte Abstandhalter 209 im Ausführungsbeispiel vorgesehen.
Um eine ausreichende Wärmeableitung aus dem Tragkörper 208 in das benachbarte Turbinengehäuse 203 zu ermöglichen, wird das Kaltspiel s' mittels eines Wärmeleitkörpers 210 überbrückt, welcher als Ring 221 oder Zapfen 221a ausgebildet sein kann. Der Wärmeleitkörper 210 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 in einer einen Formschluss 211 bildenden Nut 212 des Tragkörpers 208 radial bzw. axial verschiebbar gelagert, wobei zwischen den Wärmeleitkörper 210 und dem Tragkörper 208 eine definierte Spielpassung vorgesehen ist, um eine gute Wärmeeinleitung in den Wärmeleitkörper 210 zu gewährleisten. Diese Wärmeeinleitung ist in den Fig. 13 bis Fig. 15 mit Pfeilen H angedeutet. Die Wärmeableitung zwischen dem Wärmeleitkörper 210 und dem Turbinengehäuse 203 erfolgt über einen Reibschluss 213, wobei der Wärmeleitkörper 210 an das Turbinengehäuse 203 angepresst wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Formschluss zwischen Turbinengehäuse 203 und Wärmeleitkörper 210, und den Reibschluss 213 zwischen Tragkörper 208 und dem Wärmeleitkörper 210 vorzusehen.
Bei den in den Fig. 12 und Fig. 13 dargestellten Ausführungen ist der als Federring ausgeführte Wärmeleitkörper 210 an Seitenflächen 212a, 212b der Nut 212 geführt, welche normal auf die Achse 205' des Laufrades 205 ausgebildet sind. Der Wärmeleitkörper 210 wird dabei an eine zylindrische Mantelfläche 214 des Turbinengehäuses 203 gepresst. Der Wärmeleitkörper 210 ist somit im Bereich zwischen der zylindrischen Mantelfläche 214 des Turbinengehäuses 203 und einer zylindrischen Mantelfläche 220 des Tragkörpers 208 angeordnet.
Die Fig. 14 und Fig. 15 zeigen dagegen Ausführungsvarianten, bei denen der Wärmeleitkörper 210 im Bereich von zueinander zugewandten ebenen Stirnseiten 215, 216 des Tragkörpers 208 und des Turbinengehäuses 203 angeordnet sind. Der Wärmeleitkörper 210 kann dabei als Ring oder als über eine separate Feder belasteter, in einer zylindrischen Bohrung 212a geführter Zapfen 221a ausgebildet sein.
Die Wärmeleitung erfolgt somit durch teilweise direkten Materialkontakt vom Tragkörper 208 in den Wärmeleitkörper 210 einerseits und vom Wärmeleitkörper 210 in das Turbinengehäuse 203 andererseits. Entsprechend der Anordnung des Wärmeleitkörpers 210 in radialer oder axialer Wirkung kann die eigene radiale Elastizität des den Wärmeleitkörper 210 bildenden Ringes zur Kontakthaltung zum gegenüberliegenden Körper genutzt werden, oder - insbesondere im Fall der in den Fig. 14 und Fig. 15 dargestellten axialen Anordnung - dem Wärmeleitkörper 210 eine separate Anpressfeder 217 hinterlegt sein.
Auf diese Weise kann unabhängig vom Kaltspiel und bei einfacher Montagemöglichkeit ohne temperaturabhängige Zwängungen ein ausreichender Wärmeabfluss aus dem Leitapparat gewährleistet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Abgasturbolader (1) mit einer Abgasturbine (2) mit einem verstellbaren Leitapparat (6) stromaufwärts eines Turbinenlaufrades, wobei jede Leitschaufel (7) des Leitapparates (6) über eine drehbar gelagerte Leitschaufelwelle (8) verdrehbar ist, sowie mit einem Turbinengehäuse (3), welches zumindest einen von einem Kühlmedium durchströmten Kühlraum (5) im Bereich eines Abgaseintrittes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (10) der Leitschaufelwellen (8) in einem vom Kühlmedium umspülten Bereich des Turbinengehäuses (3) angeordnet ist.
2. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (10) der Leitschaufelwellen (8) in durch das Turbinengehäuse (3) gebildeten, den Kühlraum (5) durchsetzenden Lagerbutzen (18) erfolgt.
3. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (10) der Leitschaufelwellen (8) durch in das Turbinengehäuse (3) eingeschobene, den Kühlraum (5) durchsetzenden Lagerbuchsen (19) erfolgt.
4. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbutzen (18) oder Lagerbuchsen (19) mit dünnwandigen Lagerhülsen versehen sind.
5. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Leitschaufeln (7) durch einen den Kühlraum (5) durchsetzenden Einsatz (20) gebildet ist.
6. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (20) in das Turbinengehäuse (3) eingegossen ist.
7. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (10) zumindest auf einem Drittel ihres Umfan- ges vom Kühlmedium umspült ist.
8. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchsen (19) oder der Einsatz (20) aus Eisenmetall, Messing oder Bronze besteht.
9. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungen (10) der Leitschaufelwellen (8) auf der Abstromseite des Turbinengehäuses (3) angeordnet sind.
10. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turbinengehäuse (3) und einem an das Turbinengehäuse (3) abstromseitig anschließenden Gehäusedeckel (12) ein Hohlraum (11) ausgebildet ist, in welchem Teile des Betätigungsmechanismus (9) für die Leitschaufelwellen (8) angeordnet sind.
11. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (11) mit Sperrluft beaufschlagt ist.
12. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitschaufelwelle (8) am Fuße der Leitschaufel (7) eine tellerförmige Verbreiterung (15) aufweist.
13. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die der Leitschaufel (7) abgewandte, vorzugsweise kreisförmige Stirnseite der Verbreiterung (15) eine konzentrische Rillenstruktur (16) aufweist.
14. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verbreiterung (15) in eine entsprechend geformte zylindrische Ausnehmung (17) des Turbinengehäuses (3) oder des Einsatzes (20) eingreift.
15. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbreiterungen an zumindest einen mit Sperrluft beaufschlagbaren Kühlluftkanal (22) grenzen.
16. Abgasturbolader (101) mit einer Abgasturbine mit einem verstellbaren Leitapparat (106) stromaufwärts eines Turbinenlaufrades (105), mit einem Tragkörper (108) zur Lagerung der Leitschaufeln (107), wobei zwischen zwei im Betrieb verschiedene Temperatur aufweisenden Kontaktpartnern (Pi, P2), insbesondere zwischen dem Tragkörper (108) und dem Turbinengehäuse (103) ein definiertes Kaltspiel (s) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltspiel (s) zwischen den Kontaktpartnern (Pi, P2) aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungen der Kontaktpartner (Pi, P2) derart ausgelegt ist, dass die Kontaktpartner (Pi, P2) bei Betriebstemperatur in thermischen Kontakt kommen, um einen Wärmeübergang zwischen den beiden Kontaktpartnern (Pi, P2) zu ermöglichen.
17. Abgasturbolader (101) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zumindest eines Kontaktpartners (Pi, P2) im Kontaktbereich eine die Kontaktfläche vermindernde Profilierung (112) aufweist, wobei die Profilierung (112) vorzugsweise durch eine Rillen- oder Rautenstruktur (113) gebildet ist.
18. Abgasturbolader (101) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der reduzierte wärmeleitende Kontaktflächenanteil mindestens 20% der theoretischen maximalen Kontaktfläche beträgt.
19. Abgasturbolader (101) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass nur einer der beiden Kontaktpartner (P2) eine Profilierung (112) aufweist, wobei der Kontaktpartner (P2) mit der Profilierung (112) im Kontaktbereich (111) einen weicheren Werkstoff als der andere Kontaktpartner (Pi) aufweist.
20. Abgasturbolader (101) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff zumindest eines der beiden Kontaktpartner (P2) im Kontaktbereich (111) unter der thermischen Last der Betriebsbedingungen plastifiziert, wobei vorzugsweise die Werkstoffwahl so erfolgt, dass der Plastifizierung durch thermo-mechanische Kontaktbedingungen unter Betriebsbelastung eine elastische Rückfederung nach der thermischen Entlastung folgt.
21. Verfahren zur Wärmeableitung in einem Maschinenbauteil, insbesondere einem Abgasturbolader (101), zwischen zwei im Betrieb verschiedene Temperaturen aufweisenden Kontaktpartnern (Pi, P2), insbesondere zwischen einem Tragkörper (108) zur Lagerung der Leitschaufeln (107) und einem Turbinengehäuse (103) eines Abgasturboladers (101), wobei zwischen den beiden Kontaktpartner (Pi, P2) ein definiertes Kaltspiel (s) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltspiel (s) von aneinander grenzenden Kontaktpartnern (Pi, P2) aufgrund von unterschiedlichen Wärmedehnungen derart ausgelegt wird, dass die Kontaktpartner (Pi, P2) bei Betriebstemperatur in thermischen Kontakt kommen und dadurch ein Wärmeübergang zur Temperatursenkung des heißeren Kontaktpartner (Pi) ermöglicht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (111) zumindest eines der Kontaktpartner (P2) unter der thermischen Last der Betriebsbedingungen plastifiziert wird, wobei vorzugsweise die Werkstoffwahl so erfolgt, dass der Plastifizierung während und nach der thermischen Entlastung eine elastische Rückfederung folgt.
23. Abgasturbolader (201) mit einer Abgasturbine (202) mit einem verstellbaren Leitapparat (206) stromaufwärts eines Turbinenlaufrades (205), wobei jede Leitschaufel (207) des Leitapparates (206) verdrehbar ist, sowie mit einem Tragkörper (208) zur Lagerung der Leitschaufeln (207), wobei zwischen dem Tragkörper (208) und dem Turbinengehäuse (203) ein definier- tes Kaltspiel (s1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltspiel (s1) zwischen dem Tragkörper (208) und dem Turbinengehäuse (203) durch zumindest einen Wärmeleitkörper (210) überbrückbar ist.
24. Abgasturbolader (201) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (10) durch einen Ring (21) gebildet ist.
25. Abgasturbolader (201) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (210) über einen Formschluss (211) mit dem Tragkörper (208) bzw. dem Turbinengehäuse (203) und über einen Reibschluss (213) mit dem Turbinengehäuse (203) bzw. mit dem Tragkörper (208) in wärmeleitender Verbindung steht.
26. Abgasturbolader (201) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss (211) durch eine umlaufende Nut (212) im Tragkörper (208) bzw. im Turbinengehäuse (203) gebildet ist.
27. Abgasturbolader (201) nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (210) zwischen einem vorzugsweise zylindrischen Mantelbereich (220) des Tragkörpers (208) und einem vorzugsweise zylindrischem Mantelbereich (214) des Turbinengehäuses (203) angeordnet ist.
28. Abgasturbolader (201) nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (210) zwischen einer vorzugsweise ebenen Stirnseite des Tragkörpers (208) und einer vorzugsweise ebenen Stirnseite des Turbinengehäuses (203) angeordnet ist.
29. Abgasturbolader (201) nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (210) durch eine Vorspannkraft an das Turbinengehäuse (203) bzw. den Tragkörper (208) gepresst ist.
30. Abgasturbolader (201) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (210) in sich federnd ausgebildet ist.
31. Abgasturbolader (201) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft durch eine separate Anpressfeder (217), vorzugsweise eine Wellscheibe, gebildet ist.
32. Abgasturbolader (201) nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wärmeleitkörper (210) durch einen vorzugsweise zylindrischen Zapfen (221a) gebildet ist, welcher in einer den Formschluss (211) bildenden Führungsbohrung (212a) verschiebbar gelagert ist.
33. Abgasturbolader (201) nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmeleitkörper (210) und dem Form- schluss (211) eine definierte Spielpassung vorgesehen ist.
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