WO2018072860A1 - Turbine für einen abgasturbolader sowie verfahren zum bearbeiten einer solchen turbine - Google Patents

Turbine für einen abgasturbolader sowie verfahren zum bearbeiten einer solchen turbine Download PDF

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Elias Chebli
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • 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
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Turbine for an exhaust gas turbocharger and method for processing such
  • the invention relates to a turbine for an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 1 and to a method for processing such a turbine.
  • Such a turbine for an exhaust gas turbocharger in particular one
  • Radial turbine formed comprises a turbine housing and a rotatable in the
  • Turbine housing recorded turbine wheel which has a plurality of
  • Impeller blades and exhaust gas in particular the
  • the impeller vanes of the turbine wheel each have a leading edge, which is arranged in an inlet region of the turbine wheel and via which the exhaust gas, during an operation of the turbine, the respective one
  • Impeller blade flows to. Furthermore, the respective impeller blades each have an outflow edge arranged in an outlet region of the turbine wheel, via which the exhaust gas flows out of the respective impeller blade during operation of the turbine. In addition, the respective impeller blades each have an upper edge arranged in the axial direction between the leading edge and the trailing edge, which is also referred to as the upper blade edge and, for example, points outward in the radial direction of the turbine wheel.
  • Object of the present invention is to provide a turbine of the type mentioned above and a method, so that in a particularly simple manner, a particularly high mass flow rate of the turbine can be realized.
  • the turbine housing has a first longitudinal area with a first inner diameter, which covers the outlet area and a first partial area of the respective upper edge in the radial direction and which directly or directly opposite the respective first partial area in the radial direction.
  • the first length region for example, during the operation of the turbine can be flowed directly from the exhaust gas or comes during operation of the turbine in direct contact with the exhaust gas.
  • Turbine housing and different from the turbine wheel component the turbine is arranged so that, for example, in the radial direction between the first
  • Length range and the first portion of a gap, in particular an air gap, is arranged, which is empty or free, that is, in the gap no component of the turbine is arranged.
  • the turbine housing has a second longitudinal area adjoining the first longitudinal area in the axial direction to the inlet area, which covers a second partial area of the respective upper edge in the radial direction outwardly adjoining the first partial area in the axial direction to the inlet area.
  • the second length region has a smaller, compared to the first inner diameter, the second inner diameter, so that, for example, the second length range in the radial direction further inside and thus closer to the respective upper edge is arranged as the first length range.
  • Internal combustion engines for driving motor vehicles in particular for driving motor vehicles, equipped with respective exhaust gas turbochargers.
  • the respective exhaust gas turbocharger comprises at least one turbine.
  • different construction variants of the respective internal combustion engine can be provided.
  • the internal combustion engine is equipped, for example with an exhaust gas recirculation.
  • no exhaust gas recirculation is used, so that the
  • Exhaust gas recirculation is equipped.
  • the second construction variant is intended, for example, for markets in which an exhaust gas recirculation can not be implemented due to the underlying conditions there.
  • a first construction variant of the turbine is used, wherein in the first construction variant of the turbine, the first inner diameter corresponds to the second inner diameter.
  • Turbine according to the invention a particularly simple conversion of
  • the first construction variant of the turbine can be modified in a particularly simple and cost-effective manner to a second construction variant of the turbine by the first inner diameter - starting from the first construction variant of the turbine - is increased.
  • Construction variant of the turbine for the second construction variant of the internal combustion engine without Exhaust gas recirculation can be used.
  • the construction variants of the internal combustion engine can be displayed in a simple and cost-effective manner.
  • the invention thus provides a particularly efficient measure to - for example, starting from the first construction variant of the turbine - to increase the enforceable turbine mass flow.
  • Length range of an embodiment of the invention machined By such a mechanical processing, it is possible, for example, in a particularly simple and cost-effective manner, to increase the first inner diameter - starting from the first construction variant of the turbine - and thus produce the second construction variant of the turbine.
  • the ratio of the second inner diameter to the first inner diameter is greater than 0.6 and less than 1.
  • the second inner diameter is greater than 0.6 times the first inner diameter but less than 1 times the first inner diameter, that is less than the first inner diameter.
  • a further embodiment is characterized in that the respective upper edge has a first extension extending in the axial direction, wherein the first
  • Partial region has a second extension extending in the axial direction.
  • the ratio of the second extent to the first extent is greater than 0 and less than 1.
  • the second extent is greater than 0 and smaller than the first extent.
  • the respective upper edge has an outer diameter, wherein the ratio of the outer diameter to the second inner diameter is greater than 0.8 and less than 1.
  • the outer diameter is greater than 0.8 times the second inner diameter and smaller than the second inner diameter.
  • the respective leading edge extends parallel to the axial direction, thereby realizing a particularly high mass flow rate.
  • the invention also includes a method for machining a turbine, in particular a turbine according to the invention.
  • Advantages and advantageous embodiments of the turbine according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.
  • the turbine is designed as a radial turbine.
  • the turbine comprises a
  • Turbine housing and a rotatably receivable in the turbine housing, a
  • a plurality of impeller blades and exhaust driven turbine wheel each have one in an inlet region of the impeller blades
  • the respective impeller blade On. Furthermore, the respective impeller blades each have an outflow edge arranged in an outlet region of the turbine wheel, via which the exhaust gas flows out of the respective impeller blade during operation of the turbine. In addition, the impeller blades each have a arranged in the axial direction between the leading edge and the trailing edge upper edge.
  • the method according to the invention comprises a first step, in which the
  • Turbine housing is provided. Furthermore, the inventive method comprises a second step in which the turbine housing is machined so that the turbine housing in the fully manufactured state of the turbine, the outlet region and a first portion of the respective upper edge in the radial direction outwardly covering and the respective first portion in the radial Direction directly opposite first length range with a first
  • the second step it is preferably provided that at least the first length range is machined.
  • the first construction variant of the turbine in which the first inner diameter of the second
  • Inner diameter corresponds, the first inner diameter or the first length range is machined, thereby increasing the first inner diameter and in particular larger design than the second
  • Inner diameter corresponds to the second inner diameter.
  • FIG. 1 in fragmentary form a schematic longitudinal sectional view of a
  • FIG. 2 a detail of a schematic side view of a turbine wheel of the
  • FIG. 3 in fragmentary form a schematic longitudinal sectional view of a
  • Turbine housing of the turbine
  • Fig. 1 shows a detail in a schematic longitudinal sectional view of a generally designated 10 turbine for an exhaust gas turbocharger, which is used for example in an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is for example a component of a motor vehicle, which by means of
  • the motor vehicle is designed, for example, as a motor vehicle, in particular as a passenger car.
  • the aforementioned exhaust gas turbocharger comprises the turbine 10 and a compressor, not shown in the figures, which can be driven by the turbine.
  • Internal combustion engine comprises at least one, for example, designed as a cylinder combustion chamber, which, in particular during a fired operation of the internal combustion engine, air and fuel, in particular liquid fuel, are supplied to operate the internal combustion engine. This creates a fuel-air mixture in the combustion chamber, which is burned. This results in exhaust gas of the internal combustion engine, which is discharged for example by means of an exhaust tract from the combustion chamber.
  • the turbine 10 is arranged in the exhaust tract, wherein the exhaust tract and thus the turbine 10 of the exhaust gas
  • the air can be flowed through.
  • the air is supplied to the combustion chamber by means of an intake tract of the internal combustion engine, wherein the compressor is arranged in the intake tract.
  • the air flowing through the intake tract can be compressed by means of the compressor. Since the turbine 0 is drivable by the exhaust gas of the internal combustion engine, and since the compressor is drivable by the turbine 10, by driving the compressor, the air flowing through the intake passage is compressed by means of the compressor, energy contained in the exhaust gas can be used for compressing the air become.
  • the turbine 10 is formed as a radial turbine and thereby comprises a turbine housing 12 and a turbine wheel 14 designed as a radial turbine wheel.
  • the turbine wheel 14 In fully manufactured condition of the turbine 10, the turbine wheel 14 is disposed in the turbine housing 12, the turbine wheel 14 being rotatable about an axis of rotation 16 relative to the turbine housing 12.
  • the turbine wheel 14 in this case has a blading 18 with a plurality of impeller blades 20.
  • the exhaust gas may flow to the impeller vanes 20, whereby the turbine wheel 14 is driven, that is, rotated about the rotation axis 16 relative to the turbine housing 12.
  • the respective impeller blade 20 has an inflow edge 24 arranged in an inlet region 22 of the turbine wheel 14, via which the exhaust gas flows against the respective impeller blade 20 during the operation of the turbine 10.
  • the leading edge 24 extends in the side view of the turbine wheel 14 parallel to the axial direction.
  • Turbine wheel 14 arranged outflow edge 28 through which the exhaust flows during operation of the turbine 10 from the respective impeller blade 20. Furthermore, the respective impeller blade 20 has an axial direction between the
  • Leading edge 24 and the trailing edge 28 arranged upper edge 30, which is also referred to as the upper edge of the blade and, for example, in the radial direction facing outward.
  • the exhaust gas is supplied to the respective impeller blade 20 and the turbine wheel 14 via the inlet region 22. Further, the exhaust gas is supplied from the turbine 14 via the outlet portion 26.
  • Turbine housing 12 a the outlet region 26 and a first portion 32 of the respective upper edge 30 in the radial direction outwardly covering and the respective first portion 32 in the radial direction directly opposite first longitudinal portion 34 with a recognizable from Fig. 3 first inner diameter DHO.
  • first longitudinal region 34 directly or directly opposite the first partial region 32 in the radial direction it is to be understood that - as can be seen from FIG. 2 - no component in the radial direction between the first longitudinal region 34 and the first partial region 32 respectively
  • Component of the turbine 10 is arranged.
  • a gap is provided in the radial direction between the first longitudinal region 34 and the first partial region 32, which gap is free of components of the turbine 10 that are different from the turbine housing 12.
  • the turbine housing 12 has an axial direction to the
  • Length range 36 which in the axial direction to the inlet portion 22 toward the first portion 32 adjacent second portion 38 of the respective upper edge 30 in the radial direction outwardly covered. It can be seen from FIG. 1 that in the completely produced state of the turbine 10, the second length region 36 is directly opposite the second partial region 38, so that in the radial direction between the longitudinal region 36 and the partial region 38 there is no turbine component, in particular different from the turbine housing 12 10 is arranged. In this case, the second length region 36 has a recognizable from Fig. 3 second inner diameter Dm, which is smaller or smaller than the first inner diameter D H o.
  • At least the first length region 34 is mechanically processed, so that the turbine 10, for example, starting from a first construction variant in a particularly simple and cost-effective manner to a second shown in FIGS
  • Construction variant can be modified or converted.
  • the inner diameter DHO corresponds to the inner diameter Dm, so that in the first construction variant, the inner diameter D H o and Dm are the same.
  • at least the first length region 34 is machined, thereby forming the inner diameter DHO, in particular
  • Mass flow rate of the turbine 10 are increased starting from the first construction variant in the second construction variant, without having to change the turbine wheel 14, in particular its contour.
  • Construction variant as well as in the second construction variant of the turbine 10 are used. To realize the different construction variants and thus to realize the different mass flow rates, for example, only the very cost and time feasible to carry out mechanical machining.
  • the ratio of the second inner diameter Dm to the first inner diameter D H o is greater than 0.6 and less than 1.
  • the respective upper edge 30 has a first extension X extending in the axial direction. Furthermore, the first portion 32 has a recognizable from Fig. 1, extending in the axial direction of the second extension Y. The following preferably applies:
  • the ratio of the second extent Y to the first extent X is greater than 0 and less than 1.
  • the second extension Y is also referred to as overlapping, since the first longitudinal region 34 extends from the outlet region 26 into the first partial region 32 and thus into the region of the respective upper edge 30.
  • Outer diameter Dio has or is disposed on an outer diameter Dio.
  • the outer diameter Dio is the largest
  • the ratio of the outer diameter Dio to the second inner diameter Dm is greater than 0.8 and less than 1. In other words, preferably:
  • the first flow cross-section of the turbine wheel 14 in particular compared to the first construction variant, is increased without changing the contour of the turbine wheel on the extension X and the outer diameter Dio, also referred to as the length.
  • the exhaust gas can also flow, for example, via the preferably obliquely or perpendicularly to the respective outflow edge 28
  • Efficiency of the turbine 10, starting from the first construction variant, can be kept particularly low or imperceptible, so that a particularly efficient operation of the turbine 10 and thus the internal combustion engine can be realized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbine (10) für einen Abgasturbolader, mit einem Turbinengehäuse (12), und mit einem drehbar in dem Turbinengehäuse (12) aufgenommenen, eine Mehrzahl von Laufradschaufeln (20) aufweisenden und von Abgas antreibbaren Turbinenrad (14), dessen Laufradschaufeln (20) jeweils eine in einem Einlassbereich (22) des Turbinenrads (14) angeordnete Anströmkante (24), über die das Abgas während eines Betriebs der Turbine (10) die jeweilige Laufradschaufel (20) anströmt, jeweils eine in einem Auslassbereich (26) des Turbinenrads (10) angeordnete Abströmkante (28), über die das Abgas während des Betriebs der Turbine (10) von der jeweiligen Laufradschaufel (20) abströmt und jeweils eine in axialer Richtung zwischen der Anströmkante (24) und der Abströmkante (28) angeordnete Oberkante (30) aufweisen, wobei das Turbinengehäuse (12) einen den Auslassbereich (26) und einen ersten Teilbereich (32) der jeweiligen Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich (32) in radialer Richtung direkt gegenüberliegenden ersten Längenbereich (34) mit einem ersten Innendurchmesser (DHO) und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten Längenbereich (34) anschließenden und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten Teilbereich (32) anschließenden zweiten Teilbereich (38) der jeweilige Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden, zweiten Längenbereich (36) mit einem gegenüber dem ersten Innendurchmesser (DHO) geringeren, zweiten Innendurchmesser (DHI) aufweist.

Description

Turbine für einen Abgasturbolader sowie Verfahren zum Bearbeiten einer solchen
Turbine
Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Bearbeiten einer solchen Turbine.
Eine solche Turbine für einen Abgasturbolader, insbesondere einer
Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2010 000 222 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Turbine ist dabei als
Radialturbine ausgebildet umfasst ein Turbinengehäuse sowie ein drehbar in dem
Turbinengehäuse aufgenommenes Turbinenrad, welches eine Mehrzahl von
Laufradschaufeln aufweist und von Abgas, insbesondere der
Verbrennungskraftmaschine, antreibbar ist. Die Laufradschaufeln des Turbinenrad weisen jeweils eine in einem Einlassbereich des Turbinenrads angeordnete Anströmkante auf, über die das Abgas während eines Betriebs der Turbine die jeweilige
Laufradschaufel anströmt. Ferner weisen die jeweiligen Laufradschaufeln jeweils eine in einem Auslassbereich des Turbinenrads angeordnete Abströmkante auf, über die das Abgas während des Betriebs der Turbine von der jeweiligen Laufradschaufel abströmt. Außerdem weisen die jeweiligen Laufradschaufeln jeweils eine in axialer Richtung zwischen der Anströmkante und der Abströmkante angeordnete Oberkante auf, welche auch als Schaufeloberkante bezeichnet wird und beispielsweise in radialer Richtung des Turbinenrads nach außen weist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbine der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu schaffen, sodass sich auf besonders einfache Weise ein besonders hoher Massendurchsatz der Turbine realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Turbine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich auf besonders einfache und somit kostengünstige Weise ein besonders hoher Massendurchsatz der Turbine realisieren lässt, ist es
erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Turbinengehäuse eine den Auslassbereich und einen ersten Teilbereich der jeweiligen Oberkante in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich in radialer Richtung direkt beziehungsweise unmittelbar gegenüberliegenden ersten Längenbereich mit einem ersten Innendurchmesser aufweist. Dabei ist der erste Längenbereich beispielsweise während des Betriebs der Turbine direkt von dem Abgas anströmbar beziehungsweise kommt während des Betriebs der Turbine in direkten Kontakt mit dem Abgas. Unter dem Merkmalskomplex, gemäß welchem der erste Längenbereich dem ersten Teilbereich in radialer Richtung direkt beziehungsweise unmittelbar gegenüberliegt, ist zu verstehen, dass in radialer Richtung zwischen dem ersten Längenbereich und dem ersten
Teilbereich nichts beziehungsweise kein Bauelement, insbesondere kein von dem
Turbinengehäuse und von dem Turbinenrad unterschiedliches Bauelement, der Turbine angeordnet ist, sodass beispielsweise in radialer Richtung zwischen dem ersten
Längenbereich und dem ersten Teilbereich ein Spalt, insbesondere ein Luftspalt, angeordnet ist, welcher leer beziehungsweise frei ist, das heißt, dass in dem Spalt kein Bauteil der Turbine angeordnet ist.
Ferner weist das Turbinengehäuse einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich hin an den ersten Längenbereich anschließenden zweiten Längenbereich auf, welcher einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich hin an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten Teilbereich der jeweiligen Oberkante in radialer Richtung nach außen überdeckt. Dabei weist der zweite Längenbereich einen gegenüber dem ersten Innendurchmesser geringeren, zweiten Innendurchmesser auf, sodass beispielsweise der zweite Längenbereich in radialer Richtung weiter innen und somit näher an der jeweiligen Oberkante angeordnet ist als der erste Längenbereich. Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Turbine kann auf technisch besonders einfache und kostengünstige Weise ein besonders hoher Massendurchsatz der Turbine realisiert werden, sodass die Turbine von einem besonders hohen Massenstrom des Abgases durchströmt werden kann. Im Vergleich zu einer solchen Bauvariante, bei welcher die Innendurchmesser gleich sind, kann eine deutliche Erhöhung des durchsetzbaren Massenstroms realisiert werden. Der Erfindung liegt insbesondere folgende Idee zugrunde: Üblicherweise werden
Verbrennungskraftmaschinen zum Antreiben von Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Antreiben von Kraftwagen, mit jeweiligen Abgasturboladern ausgestattet. Der jeweilige Abgasturbolader umfasst dabei wenigstens eine Turbine. Dabei können unterschiedliche Bauvarianten der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein. Bei einer ersten der Bauvarianten ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise mit einer Abgasrückführung ausgestattet. Bei einer zweiten der Bauvarianten jedoch kommt beispielsweise keine Abgasrückführung zum Einsatz, sodass die
Verbrennungskraftmaschine gemäß der zweiten Bauvariante nicht mit einer
Abgasrückführung ausgestattet ist. Die zweite Bauvariante ist beispielsweise für Märkte vorgesehen, in denen auf Grund dortiger Rahmenbedingungen eine Abgasrückführung nicht umsetzbar ist. Bei der ersten Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine kommt beispielsweise eine erste Bauvariante der Turbine zum Einsatz, wobei bei der ersten Bauvariante der Turbine der erste Innendurchmesser dem zweiten Innendurchmesser entspricht.
Um die Kosten für die unterschiedlichen Bauvarianten der Verbrennungskraftmaschine besonders gering zu halten, ist es wünschenswert, die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ausgehend von ihrer ersten Bauvariante, auf besonders einfache Weise umzurüsten, um dadurch auf einfache und kostengünstige Weise die zweite Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine zu schaffen. Bei einer solchen Umrüstung jedoch kommt üblicherweise eine von der ersten Bauvariante der Turbine gänzlich unterschiedliche Turbine zum Einsatz, was eine besonders zeitintensive und kostenintensive
Neuauslegung und Erprobung erforderlich macht. Diese Probleme und Nachteile können mittels der erfindungsgemäßen Turbine nun vermieden werden, da die
erfindungsgemäße Turbine eine besonders einfache Umrüstung der
Verbrennungskraftmaschine ausgehend von der ersten Bauvariante der
Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Die erste Bauvariante der Turbine kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise zu einer zweiten Bauvariante der Turbine abgeändert werden, indem der erste Innendurchmesser - ausgehend von der ersten Bauvariante der Turbine - vergrößert wird.
Dadurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise die als
Strömungsmaschine ausgebildete Turbine im Vergleich zur ersten Bauvariante der Turbine auf höhere Massenströme angepasst werden, sodass dann die zweite
Bauvariante der Turbine für die zweite Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine ohne Abgasrückführung eingesetzt werden kann. In der Folge können die Bauvarianten der Verbrennungskraftmaschine auf einfache und kostengünstige Weise dargestellt werden. Die Erfindung stellt somit eine besonders effiziente Maßnahme bereit, um - beispielsweise ausgehend von der ersten Bauvariante der Turbine - den durchsetzbaren Turbinenmassenstrom zu erhöhen.
Um dabei die Kosten der Turbine und somit beispielsweise die Umrüstung der
Verbrennungskraftmaschine von der ersten Bauvariante auf die zweite Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine besonders gering halten zu können, ist der erste
Längenbereich einer Ausführungsform der Erfindung mechanisch bearbeitet. Durch eine solche mechanische Bearbeitung ist es beispielsweise auf besonders einfache und kostengünstige Weise möglich, den ersten Innendurchmesser - ausgehend von der ersten Bauvariante der Turbine - zu vergrößern und somit die zweite Bauvariante der Turbine herzustellen.
Um einen besonders hohen Massendurchsatz auf besonders einfache Weise zu realisieren, hat es sich als ferner vorteilhaft gezeigt, wenn das Verhältnis des zweiten Innendurchmessers zum ersten Innendurchmesser größer als 0,6 und kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Innendurchmesser größer als das 0,6-fache des ersten Innendurchmessers jedoch geringer als das 1 -fache des ersten Innendurchmessers, das heißt geringer als der erste Innendurchmesser ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweilige Oberkante eine in axialer Richtung verlaufende erste Erstreckung aufweist, wobei der erste
Teilbereich ein in axialer Richtung verlaufende zweite Erstreckung aufweist. Um dabei einen besonders hohen Massendurchsatz auf einfache und kostengünstige Weise zu realisieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verhältnis der zweiten Erstreckung zu der ersten Erstreckung größer als 0 und kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Erstreckung größer als 0 und kleiner als die erste Erstreckung ist.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn die jeweilige Oberkante einen Außendurchmesser aufweist, wobei das Verhältnis des Außendurchmessers zu dem zweiten Innendurchmesser größer als 0,8 und kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Außendurchmesser größer als das 0,8-fache des zweiten Innendurchmessers und kleiner als der zweite Innendurchmesser ist. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die jeweilige Anströmkante parallel zur axialen Richtung verläuft, um dadurch einen besonders hohen Massendurchsatz zu realisieren.
Schließlich hat es sich besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die jeweilige Abströmkante schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verläuft, um dadurch einen besonders hohen Massendurchsatz auf einfache Weise realisieren zu können.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Bearbeiten einer Turbine, insbesondere einer erfindungsgemäßen Turbine. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Turbine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt. Vorzugsweise ist die Turbine als Radialturbine ausgebildet.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Turbine ein
Turbinengehäuse und ein drehbar in dem Turbinengehäuse aufnehmbares, eine
Mehrzahl von Laufradschaufeln aufweisendes und von Abgas antreibbares Turbinenrad. Die Laufradschaufeln weisen dabei jeweils eine in einem Einlassbereich des
Turbinenrads angeordnete Anströmkante, über die das Abgas während eines Betriebs der Turbine die jeweilige Laufradschaufel anströmt, auf. Ferner weisen die jeweiligen Laufradschaufeln jeweils eine in einem Auslassbereich des Turbinenrads angeordnete Abströmkante auf, über die das Abgas während des Betriebs der Turbine von der jeweiligen Laufradschaufel abströmt. Außerdem weisen die Laufradschaufeln jeweils eine in axialer Richtung zwischen der Anströmkante und der Abströmkante angeordnete Oberkante auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen ersten Schritt, bei welchem das
Turbinengehäuse bereitgestellt wird. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen zweiten Schritt, bei welchem das Turbinengehäuse derart mechanisch bearbeitet wird, dass das Turbinengehäuse in vollständig hergestelltem Zustand der Turbine ein den Auslassbereich und einen ersten Teilbereich der jeweiligen Oberkante in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich in radialer Richtung direkt gegenüberliegenden ersten Längenbereich mit einem ersten
Innendurchmesser und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich hin an den ersten Längenbereich anschließenden und einen sich in axialer Richtung zu dem
Einlassbereich hin an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten Teilbereich der jeweiligen Oberkante in radialer Richtung nach außen überdeckenden, zweiten Längenbereich mit einem gegenüber dem ersten Innendurchmesser geringeren, zweiten Innendurchmesser aufweist.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass - insbesondere bezogen auf den vollständig hergestellten Zustand der Turbine - der zweite Längenbereich dem jeweiligen zweiten Teilbereich in radialer Richtung direkt gegenüberliegt. Bei dem zweiten Schritt ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest der erste Längenbereich mechanisch bearbeitet wird. Hierdurch ist es auf besonders einfach Weise möglich, beispielsweise ausgehend von der zuvor beschriebenen ersten Bauvariante der Turbine die zweite Bauvariante der Turbine herzustellen, welche dann für die zweite Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine verwendet werden kann. Ausgehend von der ersten Bauvariante der Turbine, bei welcher der erste Innendurchmesser dem zweiten
Innendurchmesser entspricht, wird der erste Innendurchmesser beziehungsweise der erste Längenbereich mechanisch bearbeitet, um dadurch den ersten Innendurchmesser zu vergrößern und insbesondere größer auszugestalten als den zweiten
Innendurchmesser. Dadurch kann gegenüber der ersten Bauvariante der Turbine der Massendurchsatz erhöht werden.
Durch die beschriebene Ausgestaltung der Längenbereiche ist es möglich, den engsten Strömungsquerschnitt des Turbinenrads, insbesondere im Vergleich zu der ersten Bauvariante der Turbine, zu vergrößern, ohne die Kontur des Turbinenrads zu verändern Dadurch kann das gleiche Turbinenrad sowohl für die erste Bauvariante als auch für die zweite Bauvariante der Turbine verwendet werden, sodass der Aufwand und die Kosten zur Realisierung der Bauvarianten der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden können.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Turbinengehäuse bei dem ersten Schritt in einem Zustand bereitgestellt wird, in welchem der erste
Innendurchmesser dem zweiten Innendurchmesser entspricht. Hierdurch kann die jeweilige erste Bauvariante auf besonders einfache Weise auf die jeweilige zweite Bauvariante umgerüstet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer
erfindungsgemäßen Turbine für einen Abgasturbolader;
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht eines Turbinenrads der
Turbine; und
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines
Turbinengehäuses der Turbine.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Längsschnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Turbine für einen Abgasturbolader, welcher beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommt. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise eine Komponente eines Kraftfahrzeugs, welches mittels der
Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Dabei ist das Kraftfahrzeug beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet.
Der zuvor genannte Abgasturbolader umfasst die Turbine 10 sowie einen in den Figuren nicht dargestellten Verdichter, welcher von der Turbine antreibbar ist. Die
Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum, welchem, insbesondere während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Dadurch entsteht in dem Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches verbrannt wird. Daraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine, welches beispielsweise mittels eines Abgastrakts aus dem Brennraum abgeführt wird. Dabei ist die Turbine 10 in dem Abgastrakt angeordnet, wobei der Abgastrakt und somit die Turbine 10 von dem Abgas
durchströmbar sind. Die Luft wird dem Brennraum mittels eines Ansaugtrakts der Verbrennungskraftmaschine zugeführt, wobei der Verdichter in dem Ansaugtrakt angeordnet ist. Die den Ansaugtrakt durchströmende Luft kann mittels des Verdichters verdichtet werden. Da die Turbine 0 von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, und da der Verdichter von der Turbine 10 antreibbar ist, wobei durch Antreiben des Verdichters die den Ansaugtrakt durchströmende Luft mittels der Verdichters verdichtet wird, kann in dem Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden.
Aus Fig. 1 ist besonders gut erkennbar, dass die Turbine 10 als Radialturbine ausgebildet ist und dabei ein Turbinengehäuse 12 sowie ein als Radialturbinenrad ausgebildetes Turbinenrad 14 umfasst. In vollständig hergestelltem Zustand der Turbine 10 ist das Turbinenrad 14 in dem Turbinengehäuse 12 angeordnet, wobei das Turbinenrad 14 um eine Drehachse 16 relativ zum Turbinengehäuse 12 drehbar ist. Das Turbinenrad 14 weist dabei eine Beschaufelung 18 mit einer Mehrzahl von Laufradschaufeln 20 auf. Während eines Betriebs der Turbine 10 kann das Abgas die Laufradschaufeln 20 anströmen, wodurch das Turbinenrad 14 angetrieben, das heißt um die Drehachse 16 relativ zum Turbinengehäuse 12 gedreht wird.
Besonders gut aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die jeweilige Laufradschaufel 20 eine in einem Einlassbereich 22 des Turbinenrads 14 angeordnete Anströmkante 24 aufweist, über die das Abgas während des Betriebs der Turbine 10 die jeweilige Laufradschaufel 20 anströmt. Bei dem in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiel verläuft die Anströmkante 24 in der Seitenansicht des Turbinenrads 14 parallel zur axialen Richtung.
Ferner weist die jeweilige Laufradschaufel 20 in einem Auslassbereich 26 des
Turbinenrads 14 angeordnete Abströmkante 28 auf, über die das Abgas während des Betriebs der Turbine 10 von der jeweiligen Laufradschaufel 20 abströmt. Des Weiteren weist die jeweilige Laufradschaufel 20 eine in axialer Richtung zwischen der
Anströmkante 24 und der Abströmkante 28 angeordnete Oberkante 30 auf, welche auch als Schaufeloberkante bezeichnet wird und beispielsweise in radialer Richtung nach außen weist. Das Abgas wird der jeweiligen Laufradschaufel 20 beziehungsweise dem Turbinenrad 14 über den Einlassbereich 22 zugeführt. Ferner wird das Abgas über den Auslassbereich 26 von dem Turbinenrad 14 angeführt.
Um nun auf technisch besonders einfach sowie kostengünstige Weise einen besonders hohen Massendurchsatz der Turbine 10 realisieren zu können, weist das
Turbinengehäuse 12 einen den Auslassbereich 26 und einen ersten Teilbereich 32 der jeweiligen Oberkante 30 in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich 32 in radialer Richtung direkt gegenüberliegenden ersten Längenbereich 34 mit einem aus Fig. 3 erkennbaren ersten Innendurchmesser DHO auf. Unter dem Merkmalskomplex, dass der erste Längenbereich 34 dem ersten Teilbereich 32 in radialer Richtung direkt beziehungsweise unmittelbar gegenüberliegt, ist zu verstehen, dass - wie aus Fig. 2 erkennbar ist - in radialer Richtung zwischen dem ersten Längenbereich 34 und dem ersten Teilbereich 32 kein Bauteil beziehungsweise
Bauelement der Turbine 10 angeordnet ist. Somit ist in radialer Richtung zwischen dem ersten Längenbereich 34 und dem ersten Teilbereich 32 ein Spalt vorgesehen, welcher frei von, von dem Turbinengehäuse 12 unterschiedlichen, Bauelementen der Turbine 10 ist.
Ferner weist das Turbinengehäuse 12 einen sich in axialer Richtung zu dem
Einlassbereich 22 hin an den ersten Längenbereich 34 anschließenden zweiten
Längenbereich 36 auf, welcher einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich 22 hin an den ersten Teilbereich 32 anschließenden zweiten Teilbereich 38 der jeweiligen Oberkante 30 in radialer Richtung nach außen überdeckt. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass im vollständig hergestellten Zustand der Turbine 10 der zweite Längenbereich 36 dem zweiten Teilbereich 38 direkt gegenüberliegt, sodass in radialer Richtung zwischen dem Längenbereich 36 und dem Teilbereich 38 kein, insbesondere von dem Turbinengehäuse 12 unterschiedliches, Bauelement der Turbine 10 angeordnet ist. Dabei weist der zweite Längenbereich 36 einen aus Fig. 3 erkennbaren zweiten Innendurchmesser Dm auf, welcher geringer beziehungsweise kleiner als der erste Innendurchmesser DHo ist.
Vorzugsweise ist zumindest der erste Längenbereich 34 mechanisch bearbeitet, sodass die Turbine 10 beispielsweise ausgehend von einer ersten Bauvariante auf besonders einfache und kostengünstige Weise zu einer in den Figuren gezeigten zweiten
Bauvariante abgeändert beziehungsweise umgerüstet werden kann. Bei der ersten Bauvariante entspricht beispielsweise der Innendurchmesser DHO dem Innendurchmesser Dm , sodass bei der ersten Bauvariante die Innendurchmesser DHo und Dm gleich sind. Ausgehend von dieser ersten Bauvariante wird zumindest der erste Längenbereich 34 mechanisch bearbeitet, um dadurch den Innendurchmesser DHO, insbesondere
gegenüber dem Innendurchmesser Dm , zu vergrößern. Hierdurch kann der
Massendurchsatz der Turbine 10 ausgehend von der ersten Bauvariante bei der zweiten Bauvariante vergrößert werden, ohne dass Turbinenrad 14, insbesondere dessen Kontur, ändern zu müssen. Somit kann das gleiche Turbinenrad 14 sowohl bei der ersten
Bauvariante als auch bei der zweiten Bauvariante der Turbine 10 zum Einsatz kommen. Zur Realisierung der unterschiedlichen Bauvarianten und somit zur Realisierung der unterschiedlichen Massendurchsätze ist beispielsweise lediglich die sehr kosten- und zeitgünstig durchführbare mechanische Bearbeitung durchzuführen.
Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn gilt:
Dies bedeutet, dass das Verhältnis des zweiten Innendurchmesser Dm zu dem ersten Innendurchmesser DHo größer als 0,6 und kleiner als 1 ist.
Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die jeweilige Oberkante 30 eine in axialer Richtung verlaufende erste Erstreckung X aufweist. Ferner weist der erste Teilbereich 32 eine aus Fig. 1 erkennbare, in axialer Richtung verlaufende zweite Erstreckung Y auf. Dabei gilt vorzugsweise:
0 <— < 1
X
Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verhältnis der zweiten Erstreckung Y zu der ersten Erstreckung X größer als 0 und kleiner als 1 ist. Die zweite Erstreckung Y wird auch als Überschneidung bezeichnet, da sich der erste Längenbereich 34 ausgehend von dem Auslassbereich 26 in den ersten Teilbereich 32 und somit in den Bereich der jeweiligen Oberkante 30 erstreckt.
Ferner ist aus Fig. 2 erkennbar, dass die jeweilige Oberkante 30 einen
Außendurchmesser Dio aufweist beziehungsweise auf einem Außendurchmesser Dio angeordnet ist. Insbesondere ist der Außendurchmesser Dio der größte
Außendurchmesser der jeweiligen Oberkante 30. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verhältnis des Außendurchmessers Dio zu dem zweiten Innendurchmesser Dm größer als 0,8 und kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten gilt vorzugsweise:
0,8 < < l Ferner ist besonders gut aus Fig. 1 und 2 erkennbar, dass die jeweilige Abströmkante 28 schräg zu axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung des Turbinenrads beziehungsweise der Turbine 10 insgesamt verläuft.
Insgesamt ist aus den Figuren erkennbar, dass durch eine mechanische Bearbeitung des Turbinengehäuses 12, insbesondere im ersten Längenbereich 34, auf dem
Innendurchmesser DHo ausgehend vom Auslassbereich 26 bis in den die Erstreckung X aufweisenden Bereich einer den Oberkanten 30 des Turbinenrads 14
gegenüberliegenden Kontur des Turbinengehäuses 12, wodurch sich die Überschneidung ergibt, der erste Strömungsquerschnitt des Turbinenrades 14, insbesondere im Vergleich zur ersten Bauvariante, vergrößert wird, ohne die Kontur des Turbinenrads auf der auch als Länge bezeichneten Erstreckung X und den Außendurchmesser Dio zu verändern. Durch diese Bearbeitung des Turbinengehäuses 12 kann das Abgas beispielsweise auch über den vorzugsweise schräg oder senkrecht zur jeweiligen Abströmkante 28
verlaufende ersten Teilbereich 32 und den ersten Längenbereich 34 von der jeweiligen Laufradschaufel 20 abströmen, sodass ein besonders hoher Massendurchsatz der Turbine 10 realisierbar ist. Somit kann ein besonders hoher Massenstrom des Abgases die Turbine 10 während ihres Betriebs durchströmen. Eine Beeinträchtigung des
Wirkungsgrads des Turbine 10, ausgehend von der ersten Bauvariante, kann dabei besonders gering gehalten werden beziehungsweise ist unmerklich, sodass sich ein besonders effizienter Betrieb der Turbine 10 und somit der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.

Claims

Patentansprüche
1. Turbine (10) für einen Abgasturbolader, mit einem Turbinengehäuse (12), und mit einem drehbar in dem Turbinengehäuse (12) aufgenommenen, eine Mehrzahl von Laufradschaufeln (20) aufweisenden und von Abgas antreibbaren Turbinenrad (14), dessen Laufradschaufeln (20) jeweils eine in einem Einlassbereich (22) des
Turbinenrads (14) angeordnete Anströmkante (24), über die das Abgas während eines Betriebs der Turbine (10) die jeweilige Laufradschaufel (20) anströmt, jeweils eine in einem Auslassbereich (26) des Turbinenrads (10) angeordnete
Abströmkante (28), über die das Abgas während des Betriebs der Turbine (10) von der jeweiligen Laufradschaufel (20) abströmt und jeweils eine in axialer Richtung zwischen der Anströmkante (24) und der Abströmkante (28) angeordnete
Oberkante (30) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Turbinengehäuse (12) einen den Auslassbereich (26) und einen ersten
Teilbereich (32) der jeweiligen Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich (32) in radialer Richtung direkt gegenüberliegenden ersten Längenbereich (34) mit einem ersten
Innendurchmesser (DHo) und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten Längenbereich (34) anschließenden und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten Teilbereich (32)
anschließenden zweiten Teilbereich (38) der jeweilige Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden, zweiten Längenbereich (36) mit einem gegenüber dem ersten Innendurchmesser (DHO) geringeren, zweiten
Innendurchmesser (DHi) aufweist.
2. Turbine (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Längenbereich (34) mechanisch bearbeitet ist.
3. Turbine (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verhältnis des zweiten Innendurchmessers (DHi) zu dem ersten
Innendurchmesser (DHO) größer als 0,6 und kleiner als 1 ist.
4. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweilige Oberkante (30) eine in axialer Richtung verlaufende erste Erstreckung (X) aufweist, wobei der erste Teilbereich (32) eine in axialer Richtung verlaufende zweite Erstreckung (Y) aufweist, und wobei das Verhältnis der zweiten Erstreckung (Y) zu der ersten Erstreckung (X) größer als 0 und kleiner als 1 ist.
5. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweilige Oberkante (30) einen Außendurchmesser (Dio) aufweist, wobei das Verhältnis des Außendurchmessers (Dio) zu dem zweiten Innendurchmesser (DHi) größer als 0,8 und kleiner als 1 ist.
6. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweilige Anströmkante (24) parallel zur axialen Richtung verläuft.
7. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweilige Abströmkante (28) schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verläuft.
8. Verfahren zum Bearbeiten einer ein Turbinengehäuse ( 2) und ein drehbar in dem Turbinengehäuse (12) aufnehmbares, eine Mehrzahl von Laufradschaufeln (20) aufweisendes und von Abgas antreibbares Turbinenrad (14) umfassenden Turbine (10) für einen Abgasturbolader, wobei die Laufradschaufeln (20) jeweils eine in einem Einlassbereich (22) des Turbinenrads (14) angeordnete Anströmkante (24), über die das Abgas während eines Betriebs der Turbine (10) die jeweilige
Laufradschaufel (14) anströmt, jeweils eine in einem Auslassbereich (26) des Turbinenrads (14) angeordnete Abströmkante (28), über die das Abgas während des Betriebs der Turbine (10) von der jeweiligen Laufradschaufel (14) abströmt und jeweils eine in axialer Richtung zwischen der Anströmkante (24) und der
Abströmkante (28) angeordnete Oberkante (30) aufweisen, mit den Schritten: a) Bereitstellen des Turbinengehäuses (12); und
b) Mechanisches Bearbeiten des Turbinengehäuses ( 2) derart, dass das
Turbinengehäuse (12) in vollständig hergestelltem Zustand der Turbine (10) einen den Auslassbereich (26) und einen ersten Teilbereich (32) der jeweiligen Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich (32) in radialer Richtung direkt gegenüberliegenden ersten Längenbereich (34) mit einem ersten Innendurchmesser (DHo) und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten
Längenbereich (34) anschließenden und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten Teilbereich (32) anschließenden zweiten Teilbereich (38) der jeweiligen Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden, zweiten Längenbereich (36) mit einem gegenüber dem ersten Innendurchmesser (DHo) geringeren, zweiten Innendurchmesser (DHi) aufweist, wobei zumindest der erste Längenbereich (34) mechanisch bearbeitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Turbinengehäuse (12) bei Schritt a) in einem Zustand bereitgestellt wird, in welchem der erste Innendurchmesser (DHO) dem zweiten Innendurchmesser (Dm) entspricht.
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