WO2023280935A1 - Verschleissarmer turbinengehäuse-klemmverbund - Google Patents

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WO2023280935A1
WO2023280935A1 PCT/EP2022/068775 EP2022068775W WO2023280935A1 WO 2023280935 A1 WO2023280935 A1 WO 2023280935A1 EP 2022068775 W EP2022068775 W EP 2022068775W WO 2023280935 A1 WO2023280935 A1 WO 2023280935A1
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clamping surface
turbine
surface area
clamping
housing
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PCT/EP2022/068775
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Matthias Richner
Michael GANSNER
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Turbo Systems Switzerland Ltd.
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Publication date
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    • F05D2260/37—Retaining components in desired mutual position by a press fit connection

Definitions

  • the present disclosure relates to a turbine housing clamp assembly for a turbine, and a turbine having a turbine housing clamp assembly.
  • Turbines in particular radial turbines, are known from the prior art, which have a bearing housing, a turbine housing, a heat shield and a nozzle ring.
  • the heat shield is clamped axially between the bearing housing and the nozzle ring, and radially through the turbine housing; or the nozzle ring is constrained axially by the bearing housing and radially by the turbine housing.
  • EP 1 428 983 A1 describes an exhaust gas turbine housing.
  • a clamped connection for a turbine according to claim 1 Furthermore, the object is achieved by a turbine with a turbine housing clamped connection according to claim 14 and by the use of a turbine housing clamped connection according to claim 15. Further embodiments, modifications and improvements will become apparent from the following description and the appended claims.
  • a turbine housing clamp assembly for a turbine, in particular a radial exhaust gas turbine, is provided.
  • the turbine housing clamp assembly has a bearing housing and a turbine housing, and a clamping component a clamping flange clamped between a bearing housing clamping portion of the bearing housing and a turbine housing clamping portion of the turbine housing.
  • the clamping flange has a clamping surface on the bearing housing side with a convexly curved clamping surface area.
  • the convexly curved clamping surface area defines a minimum radius of curvature.
  • a ratio of the minimum radius of curvature and an inner radius of the clamping surface is at least 0.1 and/or at most 10, and preferably at least 0.5 and/or at most 2.0, and even more preferably at least 1.0 and/or at most 1.4.
  • Figure 1 shows a turbine housing clamp assembly according to a
  • Figure 2 shows a turbine housing clamp assembly according to a
  • FIG. 3a shows a clamping component according to one embodiment.
  • FIG. 3b shows a clamping component according to an embodiment
  • FIGS. 1 and 2 each show a turbine housing clamp assembly according to one embodiment, with a clamping surface of a clamping flange on the bearing housing side being shown in greatly simplified form.
  • the clamping assembly is shown in an installed state in a turbine.
  • Exemplary configurations of the clamping surface on the bearing housing side are illustrated in FIGS. 3a and 3b.
  • a turbine housing clamp assembly 100 for a turbine 200, 300, particularly a radial exhaust gas turbine is provided in accordance with a general aspect of the invention.
  • the turbine housing clamp assembly 100 has a bearing housing 110 and a turbine housing 120 .
  • the turbine housing clamping assembly 100 has (at least) one clamping component 130 , 140 with a clamping flange 137 , 147 clamped between a bearing housing clamping section of the bearing housing 110 and a turbine housing clamping section of the turbine housing 120 .
  • the clamping flange 137, 147 can in each case be clamped or clamped directly (i.e. directly without other components arranged in between) by the bearing housing 110 and the turbine housing 120 or also indirectly (i.e. between clamping flange and bearing housing 110 or turbine housing 120 further components are arranged).
  • the clamping component is a heat shield 130.
  • FIG. 1 shows a clamp assembly 100 with a heat shield 130 as a clamp component.
  • the heat shield 130 is typically a generally disk-shaped bulkhead for shielding the bearing housing 110 from hot gases or exhaust gases flowing through an inlet duct of the turbine.
  • the turbine housing clamp assembly 100 preferably also has a nozzle ring 140—here as a further clamp component.
  • the heat shield 130 can be clamped axially with its clamping flange 137 between the bearing housing clamping section of the bearing housing 110 and the nozzle ring 140 and clamped by the turbine housing clamping section of the turbine housing 120 .
  • the heat shield 130 can also include one or more pads or edges 121 , 144 for resting on a pad or edge 141 of the bearing housing 110 and/or for laying on the turbine housing 120 , which with Screws 142 can be fixed on the turbine housing. By tightening the lugs 145, the heat shield 130 and the nozzle ring 140 are clamped between the turbine housing 120 and the bearing housing 110 and correspondingly fastened in the axial direction.
  • a, for example, circumferential, cylindrical inner surface of turbine housing 120 preferably rests on a, for example, circumferential, cylindrical outer surface of bearing housing 110 and is thus correspondingly opposite a turbine axis of the turbine and that arranged thereon Turbine wheel 143 centered.
  • the clamping member 130, 140 is a
  • Nozzle ring 140 In FIG. 1, the nozzle ring 140 is also provided as another such clamping component.
  • the turbine housing clamp assembly 100 may further include a heat shield 160 .
  • the heat shield 160 can be arranged radially further inwards than the nozzle ring 140 and can be braced axially by a second bearing housing clamping section. Furthermore, the heat shield 160 can be braced axially and radially by the nozzle ring 140, for example by means of a support of the nozzle ring 140.
  • the heat shield 160 can typically be a substantially disk-shaped partition for shielding the bearing housing from hot gases or exhaust gases which flow through an inflow channel of the turbine stream. Heat shield 160 may further include one or more pads for abutting bearing housing 110 and/or abutting nozzle ring 140.
  • the clamping flange 137, 147 of the clamping component - for example at least one of the
  • the clamping components 130, 140 shown in FIGS. 1 and 2 have a clamping surface 131 on the bearing housing side with a convexly curved clamping surface region 132.
  • FIGS. 3a and 3b embodiments of the clamping surface 131 on the bearing housing side are illustrated using the example of the clamping flange 137 of a heat shield 130.
  • the clamping surface on the bearing housing side can be configured accordingly if the clamping component is not a heat shield and is, for example, a nozzle ring 140 , and the description of clamping flange 137 can also be used analogously for clamping flange 147 .
  • the clamping component 130, 140 (as well as the bearing housing and the turbine housing) is configured to completely surround a turbine axis.
  • the clamping component 130,140 can have a substantially disc-shaped cross section on.
  • the clamping flange is preferably clamped over the entire circumference of the clamping component 130 , 140 between the bearing housing clamping section of the bearing housing 110 and the turbine housing clamping section of the turbine housing 120 .
  • the clamping surface is preferably arranged radially on the outside of the clamping flange 137 .
  • 3a and 3b each show examples of clamping surface 131 on the bearing housing side with a convexly curved clamping surface area 132 arranged radially on the outside.
  • the axial direction is defined by the turbine axis, while the radial direction extends perpendicularly to the axial direction.
  • the radial direction R from radially inside to radially outside
  • the axial direction A are each symbolized by an arrow.
  • the radially outer clamping surface portion 132 is convexly curved in a cross-sectional view including a turbine axis.
  • the convexly curved clamping surface area 132 defines a minimum radius of curvature R K .
  • the radius of curvature R K is symbolized by a double arrow in FIG. 3a.
  • the convexly curved clamping surface area 132 also defines a segment of a circle of curvature U K .
  • the segment of the circle of curvature is slightly or gently convexly curved or rounded.
  • Clamping surface area 132 on the bearing housing side correspond to an axially outermost point of the convexly curved clamping surface area 132, as shown, for example, in FIG. 3b.
  • the radially inner end 133 (seen in the resting state) has the smallest distance from the bearing housing clamping section and/or is clamped directly to the bearing housing clamping section.
  • a point of the convexly curved clamping surface area 132 that is spaced apart from the radially inner end 133 can also correspond to an axially outermost point on the bearing housing side, as shown, for example, in FIG. 3a.
  • an axially outermost point of the Circle of curvature segment U K also be arranged at any location along the circle of curvature segment U K.
  • the bearing housing-side clamping surface 131 can be one or more
  • the clamping surface on the bearing housing side defines at least one further clamping surface area.
  • the further clamping surface area is preferably a radially inner clamping surface area and/or a radially outermost clamping surface area.
  • FIG. 3b shows a clamping surface 131 on the bearing housing side with the convexly curved clamping surface region 132, a radially inner clamping surface region and a radially outermost clamping surface region.
  • Clamping surface areas are preferably not convexly curved, but are essentially flat.
  • the radially inner clamping surface area and/or the radially outermost clamping surface area can also have a convex-shaped section with a radius of curvature that is smaller than the minimum radius of curvature of the convexly curved clamping surface area 132.
  • FIG. 3a illustrates a clamping surface 131 on the bearing housing side, in which the radially outer end 135 of the convexly curved clamping surface area 132 corresponds to the radial end 134 of the clamping surface on the bearing housing side.
  • the convexly curved clamping surface area is preferably a radially outer one
  • the clamping surface on the bearing housing side can also have the radially inner clamping surface area.
  • the convexly curved (radially outer) clamping surface area 132 adjoins the radially inner clamping surface area continuously, preferably tangentially.
  • FIG. 3b shows a continuous tangent transition from the radially inner end 133 to the flat radially inner clamping surface area.
  • the radially inner clamping surface region preferably runs in a straight line in the radial direction. There can thus be a gentle, continuous transition between the convexly curved clamping surface area and the radially inner clamping surface area. This can also be a high local Surface pressure can be counteracted, both in the stationary and in the transient operating state.
  • the radially inner clamping surface area can be designed to be essentially flat (seen in the radial direction).
  • the clamping surface on the bearing housing side can have the radially outermost clamping surface area.
  • the radially outermost clamping surface area can be continuous, preferably tangentially continuous, to the convexly curved (radially outer) clamping surface area.
  • the radially outermost clamping surface area can be essentially flat (seen in the axial direction) and deviate slightly or gently from a flat course in the area of a transition to the convexly curved clamping surface area.
  • An inner radius D R of the clamping surface is the radius measured starting from the center of gravity of the turbine axis or the center of gravity of a cross-sectional view of the clamping component.
  • the inner radius D R is the radius measured in the idle state of the turbine housing clamped assembly or the turbine. For example, under high load conditions, a slight expansion and thus a change in the inner radius D R can occur due to heating. All characteristics or parameters disclosed herein are values measured at rest, unless expressly stated otherwise.
  • the inner radius D R is the radius of the convexly curved clamping surface area, preferably the radius at the axially outermost point of the curved clamping surface area as seen on the bearing housing side. In some embodiments, the inner radius D R is the radius of the radially inner end 133. In other words, the inner radius D R is preferably the radial distance between the center of gravity of the turbine axis and the axially outermost point of the curved clamping surface area, viewed on the bearing housing side .
  • the bearing housing can be made of the GGG40 alloy and the clamping component can be made of a higher-alloy, mostly heat-resistant material.
  • the clamping component is typically located in a fluid channel and is therefore hotter than the contact point between the bearing housing and the clamping component.
  • the clamping component heats up more quickly during operation and typically has a greater coefficient of thermal expansion than the bearing housing. Due to this asymmetrical heat input, there is a relative movement of the clamping component with respect to the bearing housing during the heating process and under changing load conditions.
  • the turbine housing clamp assembly has a clamping component 130 with the convexly curved clamping surface area 132, through which wear of the components, and in particular the bearing housing, is significantly reduced.
  • a clamping surface area with a slightly or gently convexly curved shape, both in terms of a "hot" condition (i.e. at high load conditions or at high temperatures of a fluid in the radial turbine), as well as the conditions during an entire warm-up process, as well as in a Resting state, a broad contact of the clamping surface is ensured and thus a high local surface pressure can be prevented.
  • the clamping component can tilt slightly during the heating process without excessive local contact pressure occurring in a contact area between the bearing housing clamping section and the bearing housing-side clamping surface compared to a cold state.
  • the inventors have also recognized that a high local surface pressure and associated fatigue wear can be counteracted most effectively if the ratio of the minimum radius of curvature and an inner radius of the clamping surface is at least 0.1 and/or at most 10, preferably at least 0.5 and/or or at most 2.0, and more preferably at least 1.0 and/or at most 1.4.
  • the curved portion is at least 0.1 and/or at most 10, preferably at least 0.5 and/or or at most 2.0, and more preferably at least 1.0 and/or at most 1.4.
  • Tilting here means that a radially inner part of the clamping flange is moved axially away from the bearing housing relative to a radially outer part of the clamping flange and/or is moved towards the turbine housing (tilts).
  • the tilting can include a rolling movement and/or a sliding movement of the clamping surface.
  • tilting can also take place without a fixed tilting point of the clamping surface being necessary.
  • a flat contact is not necessarily to be understood as a full-surface contact between the bearing housing clamping section and the convexly curved clamping surface area.
  • the curved clamping surface area is set up to ensure a flat contact with the bearing housing clamping section, however, the formation of a high local surface pressure is prevented.
  • the convexly curved clamping surface area is thus set up to counteract wear on the bearing housing.
  • an axial offset t between an axially outermost point of the curved clamping surface area 132 on the bearing housing side and the radially outer end 135 of the curved clamping surface area 132 is at least 0.01 mm and/or at most 0.5 mm, preferably 0.02 mm and/or at most 0.2 mm , and more preferably at least 0.03 mm and/or at most 0.1 mm.
  • the axial offset t is illustrated by a double arrow.
  • the axial offset can refer to the maximum achievable radius of curvature R K during operation, and in particular to the idle state. At higher load conditions, the clamping flange can tilt, which means that the axial offset t can decrease.
  • an axial offset t between the radially inner end 133 of the curved clamping surface area 132 and the radially outer end 135 of the curved clamping surface area 132 can be at least 0.01 mm and/or at most 0.5 mm, preferably 0.02 mm and/or at most 0.2 mm , and more preferably at least 0.03 mm and/or at most 0.1 mm.
  • the radially outer end 135 is offset axially toward the turbine housing due to the convex curvature.
  • the radially inner end 133 is axially offset towards the bearing housing in some embodiments due to the convex curvature (as shown for example in Figure 3b), and in other embodiments also axially offset towards the turbine housing due to the convex curvature (as shown for example in Figure 3a).
  • the radially outer end 135 can be the radially outermost point that can be reached during operation, with which a clamping with the bearing housing clamping section of the bearing housing 110 takes place.
  • the minimum radius of curvature R K of the convexly curved clamping surface area 132 is at least 20 mm and/or at most 1000 mm, and preferably at least 50 mm and/or at most 500 mm, more preferably 100 mm and/or at most 200 mm. and most preferably at least 140mm and/or at most 160mm. In an exemplary embodiment, the minimum radius of curvature R K is 150 mm. A radius of curvature R K in the aforementioned range ensures a curvature which deviates sufficiently from a flat clamping surface area and at the same time does not have an excessive curvature. Additionally or alternatively, the inner radius D R of the clamping surface or of the convexly curved clamping surface area 132 can be at least 20 mm and/or at most 300 mm, preferably at least 100 and/or at most 140 mm.
  • the curved clamping surface area 132 can have a radial extent of at least 0.5 mm and/or at most 10 mm.
  • the curved clamping surface area 132 preferably has a radial extent of at least 3 mm and/or at most 6 mm.
  • a radial distance between the radially inner end 133 of the curved clamping surface area 132 and the radial end 134 of the clamping surface on the bearing housing side can be at least 2 mm and/or at most 20 mm, preferably at least 6 mm and/or or at most 10 mm.
  • Clamping surface area 132 and the inner radius D R of the clamping surface or of the convexly curved clamping surface area 132 can be at least 0.005 and/or at most 0.1, preferably at least 0.02 and/or at most 0.05.
  • Offset t and the radial extent of the curved clamping surface area 132 is at least 5*10 3 and/or at most 0.02, and preferably at least 8*10 3 and/or at most 0.015.
  • a ratio in the aforesaid range ensures a curvature which deviates sufficiently from a flat clamping surface area and at the same time does not lead to an excessive curvature.
  • the curved clamping surface area 132 and in particular the radially inner one
  • a central angle alpha a of the segment of a circle of curvature U K can be at least 0.5° and/or at most 4°, preferably at least 1.2° and/or at most 2.0°.
  • the central angle alpha a is illustrated in FIG. 3a.
  • a ratio of the axial offset t and the radius of curvature R « can be at least 2 * 10 4 and/or at most 2*10 3 , and preferably at least 3*10 4 and/or at most 8*10 4 .
  • a tangent angle of the curved clamping surface area 132 relative to the radial direction can be at least 0.5° and/or at most 4°, preferably at least 1.2° and/or at most 2.0°. Furthermore, in a cross-sectional view containing the turbine axis, at least one tangent angle of curved clamping surface area 132 relative to the radial direction can be at least 0.5°, preferably at least 1.2°, and/or all tangent angles of curved clamping surface area 132 can be at most 4°, preferably at most, relative to the radial direction 2.0°.
  • the further sides of the clamping flange are not particularly limited according to the present disclosure and can be designed according to the clamping flanges known in the prior art.
  • a turbine preferably a centrifugal turbine 200, 300.
  • the turbine has the turbine housing clamp assembly according to one of the embodiments described herein.
  • the turbine is a power turbine and/or an exhaust gas turbine.
  • the exhaust gas turbine can be an exhaust gas turbocharger turbine.
  • a turbocharger comprising the turbine according to any of the embodiments described herein.
  • the turbine may further include a turbine wheel 143 .
  • One aspect relates to the use of a turbine housing clamp assembly for a radial turbine to counteract wear on a bearing housing of the radial turbine.
  • the turbine housing clamp assembly and/or the radial turbine can be configured according to any of the embodiments disclosed herein.
  • the turbine housing clamp assembly has a convexly curved clamping surface area, in particular according to one of the embodiments disclosed above.

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Abstract

Ein Turbinengehäuse-Klemmverbund (100) für eine Turbine (200), und eine Turbine mit einem Turbinengehäuse-Klemmverbund werden hierin beschrieben. Der Turbinengehäuse-Klemmverbund weist ein Lagergehäuse (110) und ein Turbinengehäuse (120) auf, und ein Klemmbauteil (130) mit einem zwischen einem Lagergehäuse-Klemmabschnitt des Lagergehäuses und einem Turbinengehäuse-Klemmabschnitt des Turbinengehäuses eingespannten Klemmflansch. Der Klemmflansch weist eine lagergehäuseseitige Klemmfläche (131) mit einem konvex gekrümmten Klemmflächenbereich (131) auf. Ferner definiert der konvex gekrümmte Klemmflächenbereich einen minimalen Krümmungsradius. Ein Verhältnis aus dem minimalen Krümmungsradius und einem Innenradius der Klemmfläche beträgt mindestens 0.1 und/oder höchstens 10, und bevorzugt mindestens 0.5 und/oder höchstens 2.0, und noch bevorzugter mindestens 1.0 und/oder höchstens 1.4

Description

Verschleissarmer Turbinengehäuse-Klemmverbund
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Turbinengehäuse-Klemmverbund für eine Turbine, und eine Turbine mit einem Turbinengehäuse-Klemmverbund.
Hintergrund
[0002] Aus dem Stand der Technik sind Turbinen, insbesondere Radialturbinen bekannt, welche ein Lagergehäuse, ein Turbinengehäuse, ein Hitzeschild und einen Düsenring aufweisen. Hierbei ist typischerweise entweder der Hitzeschild axial zwischen dem Lagergehäuse und dem Düsenring, und radial durch das Turbinengehäuse eingespannt; oder der Düsenring ist axial durch das Lagergehäuse, und radial durch das Turbinengehäuse eingespannt. EP 1 428 983 A1 beschreibt beispielsweise ein Abgasturbinengehäuse.
[0003] Bei Anwendungen mit häufig ändernden Lastbedingungen, und insbesondere bei hohen Lastbedingungen, können bei der Turbine Verschleißerscheinungen entstehen. Dieser Ermüdungsverschleiß tritt insbesondere am Lagergehäuse auf, wodurch wiederum weitere Probleme entstehen können.
[0004] Angesichts des vorstehend Erwähnten besteht ein Bedarf an einem verbesserten Düsenring für eine Turbinenstufe, welche die oben genannten Probleme zu lindern vermag und sich insbesondere leicht an die jeweilige Anforderung eines Turboladers und/oder einer Motoranwendung anpassen lässt.
Zusammenfassung der Erfindung
[0005] Diese Aufgabe wird zumindest teilweise gelöst durch einen Turbinengehäuse-
Klemmverbund für eine Turbine gemäß Anspruch 1. Ferner, wird die Aufgabe durch eine Turbine mit einem T urbinengehäuse-Klemmverbund gemäß Anspruch 14 und durch die Verwendung eines Turbinengehäuse-Klemmverbunds gemäß Anspruch 15 gelöst. Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche.
[0006] Gemäß einer Ausführungsform wird ein T urbinengehäuse-Klemmverbund für eine Turbine, insbesondere eine radiale Abgasturbine, bereitgestellt. Der Turbinengehäuse- Klemmverbund weist ein Lagergehäuse und ein Turbinengehäuse auf, und ein Klemmbauteil mit einem zwischen einem Lagergehäuse-Klemmabschnitt des Lagergehäuses und einem Turbinengehäuse-Klemmabschnitt des Turbinengehäuses eingespannten Klemmflansch. Der Klemmflansch weist eine lagergehäuseseitige Klemmfläche mit einem konvex gekrümmten Klemmflächenbereich auf. Ferner definiert der konvex gekrümmte Klemmflächenbereich einen minimalen Krümmungsradius. Ein Verhältnis aus dem minimalen Krümmungsradius und einem Innenradius der Klemmfläche beträgt mindestens 0.1 und/oder höchstens 10, und bevorzugt mindestens 0.5 und/oder höchstens 2.0, und noch bevorzugter mindestens 1 .0 und/oder höchstens 1.4.
Kurze Beschreibung der Figuren
[0007] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert, ohne dass diese den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich einschränken sollen.
[0008] Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile.
[0009] Die Figuren zeigen:
[0010] Figur 1 zeigt einen T urbinengehäuse-Klemmverbund gemäß einer
Ausführungsform.
[0011] Figur 2 zeigt einen T urbinengehäuse-Klemmverbund gemäß einer
Ausführungsform.
[0012] Figur 3a zeigt ein Klemmbauteil gemäß einer Ausführungsform.
[0013] Figur 3b zeigt ein Klemmbauteil gemäß einer Ausführungsform,
Detaillierte Beschreibung
[0014] In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden
Zeichnungen verwiesen, die einen Teil hiervon darstellen, und in denen durch Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es soll verstanden werden, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung soll daher nicht auf einschränkende Weise aufgefasst werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche festgelegt. Die beschriebenen Ausführungsformen verwenden spezifische Sprache, die nicht so aufgefasst werden soll, den Schutzumfang der angehängten Ansprüche einzuschränken.
[0015] Figuren 1 und 2 zeigen jeweils einen T urbinengehäuse-Klemmverbund gemäß einer Ausführungsform, wobei eine lagergehäuseseitige Klemmfläche eines Klemmflanschs stark vereinfacht dargestellt ist. Der Klemmverbund ist zur Veranschaulichung in einem eingebauten Zustand in einer Turbine dargestellt. Beispielhafte Ausgestaltungsformen der lagergehäuseseitigen Klemmfläche sind in Figuren 3a und 3b illustriert.
[0016] Wie in den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 illustriert ist, wird gemäß einem allgemeinen Aspekt der Erfindung ein Turbinengehäuse-Klemmverbund 100 für eine Turbine 200, 300, insbesondere eine radiale Abgasturbine, bereitgestellt. Der Turbinengehäuse-Klemmverbund 100 weist ein Lagergehäuse 110 und ein Turbinengehäuse 120 auf. Ferner weist der T urbinengehäuse-Klemmverbund 100 (mindestens) ein Klemmbauteil 130, 140 mit einem zwischen einem Lagergehäuse-Klemmabschnitt des Lagergehäuses 110 und einem Turbinengehäuse- Klemmabschnitt des Turbinengehäuses 120 eingespannten Klemmflansch 137, 147 auf. Der Klemmflansch 137, 147 kann dabei jeweils direkt (d.h. unmittelbar ohne weitere dazwischen angeordnete Bauteile) durch das Lagergehäuse 110 und das Turbinengehäuse 120 oder auch indirekt (d.h. zwischen Klemmflansch und Lagergehäuse 110 bzw. Turbinengehäuse 120 sind weitere Bauteile angeordnet) eingespannt oder geklemmt sein.
[0017] Gemäß einer Ausführungsform ist das Klemmbauteil ein Hitzeschild 130. In
Figur 1 ist ein Klemmverbund 100 mit einem Hitzeschild 130 als Klemmbauteil gezeigt. Der Hitzeschild 130 ist typischerweise eine im Wesentlichen scheibenförmige Zwischenwand zum Abschirmen des Lagergehäuses 110 von heißen Gasen oder Abgasen, welche durch einen Anströmkanal der Turbine strömen. Bevorzugterweise weist der Turbinengehäuse-Klemmverbund 100 ferner einen Düsenring 140 - hier als weiteres Klemmbauteil - auf. Der Hitzeschild 130 kann dabei mit seinem Klemmflansch 137 axial zwischen dem Lagergehäuse-Klemmabschnitt des Lagergehäuses 110 und dem Düsenring 140 eingespannt sein, und durch den Turbinengehäuse- Klemmabschnitt des Turbinengehäuses 120 eingespannt sein. Der Hitzeschild 130 kann ferner ein oder mehrere Auflagen oder Kanten 121 , 144 umfassen zum Aufliegen an eine Auflage oder Kante 141 des Lagergehäuses 110 und/oder zum Auflegen an das Turbinengehäuse 120. Ferner kann der Klemmverbund 100 eine oder mehrere Laschen 145 am Lagergehäuse 110 aufweisen, welche mit Schrauben 142 am Turbinengehäuse festgelegt werden können. Durch das Festschrauben der Laschen 145 wird der Hitzeschild 130 sowie der Düsenring 140 zwischen Turbinengehäuse 120 und Lagergehäuse 110 eingeklemmt und entsprechend in axialer Richtung befestigt. In einem Ruhemodus der Turbine, wenn Turbinengehäuse 120 und Lagergehäuse 110 kalt sind, liegt eine z.B. umlaufende, zylindrische Innenfläche des Turbinengehäuses 120 bevorzugt auf einer z.B. umlaufenden, zylindrischen Außenfläche des Lagergehäuses 110 auf und ist dadurch entsprechend gegenüber einer Turbinenachse der Turbine und dem darauf angeordneten Turbinenrad 143 zentriert.
[0018] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Klemmbauteil 130, 140 ein
Düsenring 140. In Figur 1 ist auch der Düsenring 140 als weiteres solches Klemmbauteil vorgesehen.
[0019] In Figur 2 ist ein weiteres Beispiel für einen Klemmverbund 100 illustriert, bei dem das Klemmbauteil ein Düsenring 140 ist. Der Turbinengehäuse-Klemmverbund 100 kann ferner ein Hitzeschild 160 aufweisen. Der Hitzeschild 160 kann radial weiter innen als der Düsenring 140 angeordnet sein, und axial durch einen zweiten Lagergehäuse-Klemmabschnitt verspannt sein. Ferner kann der Hitzeschild 160 axial und radial durch den Düsenring 140 verspannt sein, beispielsweise mittels einer Auflage des Düsenrings 140. Der Hitzeschild 160 kann typischerweise eine im Wesentlichen scheibenförmige Zwischenwand sein zum Abschirmen des Lagergehäuses von heißen Gasen oder Abgasen, welche durch einen Anströmkanal der Turbine strömen. Der Hitzeschild 160 kann ferner ein oder mehrere Auflagen umfassen zum Aufliegen an das Lagergehäuse 110 und/oder zum Aufliegen an den Düsenring 140.
[0020] Der Klemmflansch 137, 147 des Klemmbauteils - etwa zumindest eines der in
Fig. 1 und 2 gezeigten Klemmbauteile 130, 140 - weist eine lagergehäuseseitige Klemmfläche 131 mit einem konvex gekrümmten Klemmflächenbereich 132 auf. In Figuren 3a und 3b sind Ausgestaltungsformen der lagergehäuseseitigen Klemmfläche 131 am Beispiel des Klemmflansches 137 eines Hitzeschilds 130 veranschaulicht. Die lagergehäuseseitige Klemmfläche kann für den Fall, dass das Klemmbauteil nicht ein Hitzeschild, und beispielsweise ein Düsenring 140 ist, entsprechend ausgestaltet sein, und die Beschreibung des Klemmflansches 137 ist analog auch für den Klemmflansch 147 anwendbar.
[0021] Gemäß einem allgemeinen Aspekt ist das Klemmbauteil 130, 140 (ebenso wie das Lagergehäuse und das Turbinengehäuse) eingerichtet eine Turbinenachse vollständig zu umgeben. Das Klemmbauteil 130,140 kann einen im Wesentlichen scheibenförmigen Querschnitt auf. Der Klemmflansch ist hierbei bevorzugt über einen gesamten Umfang des Klemmbauteils 130, 140 zwischen dem Lagergehäuse-Klemmabschnitt des Lagergehäuses 110 und dem T urbinengehäuse-Klemmabschnitt des Turbinengehäuses 120 eingespannt.
[0022] Der konvex gekrümmte Klemmflächenbereich 132 der lagergehäuseseitigen
Klemmfläche ist bevorzugt radial außen an dem Klemmflansch 137 angeordnet. Figuren 3a und 3b zeigen jeweils Beispiele der lagergehäuseseitigen Klemmfläche 131 mit radial außen angeordnetem konvex gekrümmtem Klemmflächenbereich 132. Der konvex gekrümmte Klemmflächenbereich 132 weist dabei einen von radial innen nach radial außen gesehen weg von dem Lagergehäuse 110 gerichteten konvex gekrümmten Abschnitt auf. Die axiale Richtung wird hierbei durch die Turbinenachse definiert, während sich die radiale Richtung senkrecht der axialen Richtung erstreckt. In Figur 3a sind die radiale Richtung R (von radial innen nach radial außen) und die axiale Richtung A jeweils durch einen Pfeil symbolisiert. In anderen Worten ist der radial äußere Klemmflächenbereich 132 in einer, eine Turbinenachse enthaltenden Querschnittsansicht, konvex gekrümmt.
[0023] Der konvex gekrümmte Klemmflächenbereich 132 definiert dabei einen minimalen Krümmungsradius RK. Der Krümmungsradius RK ist in Figur 3a durch einen Doppelpfeil symbolisiert. Der konvex gekrümmte Klemmflächenbereich 132 definiert ferner ein Krümmungskreissegment UK. Das Krümmungskreissegment ist dabei leicht oder sanft konvex gekrümmt oder abgerundet.
[0024] Hierbei kann ein radial inneres Ende 133 des konvex gekrümmten
Klemmflächenbereichs 132 lagergehäuseseitig einem axial äußersten Punkt des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 entsprechen, wie beispielsweise in Figur 3b dargestellt. In diesem Falle weist das radial innere Ende 133 einen (im Ruhezustand gesehen) geringsten Abstand zu dem Lagergehäuse-Klemmabschnitt auf, und/oder ist direkt an den Lagergehäuse- Klemmabschnitt geklemmt. Alternativ kann auch ein von dem radial inneren Ende 133 beabstandeter Punkt des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 lagergehäuseseitig einem axial äußersten Punkt entsprechen, wie beispielsweise in Figur 3a dargestellt.
[0025] In anderen Worten kann ein (lagergehäuseseitig gesehen) axial äußerster
Punkt des Krümmungskreissegments U« einem radial inneren Ende 133 entsprechen, wobei der Klemmflächenbereich vom radial inneren Ende 133 zu einem radial äußeren Ende 135 gesehen weg von dem Lagergehäuse 110 verläuft. Alternativ kann ein axial äußerster Punkt des Krümmungskreissegments UK auch an einem beliebigen Ort entlang des Krümmungskreissegments UK angeordnet sein.
[0026] Die lagergehäuseseitige Klemmfläche 131 kann ein oder mehrere
Klemmflächenbereiche aufweisen welche durch den Lagergehäuse-Klemmabschnitt eingespannt sind. Typischerweise definiert die lagergehäuseseitige Klemmfläche mindestes einen weiteren Klemmflächenbereich. Der weitere Klemmflächenbereich ist bevorzugt ein radial innerer Klemmflächenbereich, und/oder ein radial äußerster Klemmflächenbereich. Beispielsweise zeigt Figur 3b eine lagergehäuseseitige Klemmfläche 131 mit dem konvex gekrümmten Klemmflächenbereich 132, einem radial inneren Klemmflächenbereich und einem radial äußersten Klemmflächenbereich.
[0027] Der radial innere Klemmflächenbereich, und/oder der radial äußerste
Klemmflächenbereich sind bevorzugt nicht konvex gekrümmt, sondern im Wesentlichen flach ausgebildet. Beispielsweise kann der radial innere Klemmflächenbereich und/oder der radial äußerste Klemmflächenbereich jedoch auch einen konvex geformten Abschnitt aufweisen mit einem Krümmungsradius, welcher kleiner ist als der minimale Krümmungsradius des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs 132.
[0028] In alternativen Ausgestaltungsformen weist die lagergehäuseseitige
Klemmfläche keinen radial äußersten Klemmflächenbereich auf. In diesem Falle erstreckt sich der konvex gekrümmte (radial äußere) Klemmflächenbereich bis zum radialen Ende 134 der lagergehäuseseitigen Klemmfläche. Figur 3a illustriert eine lagergehäuseseitige Klemmfläche 131 bei dem das radial äußere Ende 135 des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 dem radialen Ende 134 der lagergehäuseseitigen Klemmfläche entspricht.
[0029] Der konvex gekrümmte Klemmflächenbereich ist bevorzugt ein radial äußerer
Klemmflächenbereich der lagergehäuseseitigen Klemmfläche. Die lagergehäuseseitige Klemmfläche kann ferner den radial inneren Klemmflächenbereich aufweisen. Der konvex gekrümmte (radial äußere) Klemmflächenbereich 132 schließt stetig, bevorzugt tangentenstetig, an den radial inneren Klemmflächenbereich an. Beispielsweise zeigt Figur 3b einen tangentenstetigen Übergang vom radial inneren Ende 133 zu dem flach ausgebildeten radial inneren Klemmflächenbereich. Bevorzugt verläuft in einer, eine Turbinenachse enthaltenden, Querschnittsansicht der radial innere Klemmflächenbereich geradlinig in radialer Richtung. Somit kann ein sanfter, kontinuierlicher Übergang zwischen konvex gekrümmtem Klemmflächenbereich und radial inneren Klemmflächenbereich vorliegen. Hiermit kann zusätzlich einer hohen lokalen Flächenpressung entgegengewirkt werden, sowohl im stationären, wie auch im transienten Betriebszustand. Der radial innere Klemmflächenbereich kann im Wesentlichen flach ausgebildet sein (in radialer Richtung gesehen).
[0030] Zusätzlich oder alternativ kann die lagergehäuseseitige Klemmfläche den radial äußersten Klemmflächenbereich aufweisen. Der radial äußerste Klemmflächenbereich kann sich stetig, bevorzugt tangentenstetig, an den konvex gekrümmten (radial äußeren) Klemmflächenbereich anschließen. Somit liegt bevorzugt ein sanfter, kontinuierlicher Übergang zwischen konvex gekrümmtem (radial äußeren) Klemmflächenbereich und radial äußerstem Klemmflächenbereich vor. Der radial äußerste Klemmflächenbereich kann im Wesentlichen flach ausgebildet sein (in axialer Richtung gesehen), und im Bereich eines Übergangs zum konvex gekrümmten Klemmflächenbereich leicht oder sanft von einem flachen Verlauf abweichen.
[0031] Ein Innenradius DR der Klemmfläche ist hierbei der Radius gemessen ausgehend von dem Schwerpunkt der Turbinenachse oder des Schwerpunkts einer Querschnittsansicht des Klemmbauteils. Bei dem Innenradius DR handelt es sich gemäß der vorliegenden Offenbarung um den Radius gemessen im Ruhezustand des Turbinengehäuse- Klemmverbunds bzw. der Turbine. Beispielsweise kann bei hohen Lastbedingungen durch Erwärmung eine geringfügige Ausdehnung und damit eine Änderung des Innenradius DR auftreten. Bei allen hierin offenbarten Kenngrößen oder Parametern handelt es sich um im Ruhezustand gemessenen Werten, wenn nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben.
[0032] Bei dem Innenradius DR handelt es sich um den Radius des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs, bevorzugt um den Radius am lagergehäuseseitig gesehen axial äußersten Punkt des gekrümmten Klemmflächenbereichs. In manchen Ausgestaltungsformen handelt es sich bei dem Innenradius DR um den Radius des radial inneren Endes 133. In anderen Worten handelt es sich bei dem Innenradius DR bevorzugt um den radialen Abstand zwischen Schwerpunkt der Turbinenachse und dem lagergehäuseseitig gesehen axial äußersten Punkt des gekrümmten Klemmflächenbereichs.
[0033] Die Erfinder haben erkannt, dass bei aus dem Stand der Technik bekannten
T urbinengehäuse-Klemmverbunden aufgrund eines asymmetrischen Erwärmens zwischen Lagergehäuse 110 und Klemmbauteil 130, 140, beispielsweise einem Hitzeschild, ein Verkippen oder Abkippen der Kontaktfläche zwischen Lagergehäuse und Klemmbauteil auftreten kann. Beispielsweise kann das Lagergehäuse aus der Legierung GGG40 bestehen, und das Klemmbauteil aus einem höher legierten, zumeist hitzebeständigen Werkstoff. Das Klemmbauteil ist typischerweise in einem Fluidkanal angeordnet und wird daher heißer als die Kontaktstelle zwischen Lagergehäuse und Klemmbauteil. Das Klemmbauteil erwärmt sich im Betrieb schneller und weist typischerweise einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Lagergehäuse auf. Aufgrund dieses asymmetrischen Wärmeeintrags kommt es zu einer Relativbewegung des Klemmbauteils gegenüber dem Lagergehäuse während des Aufwärmvorgangs und bei sich ändernden Lastbedingungen.
[0034] Durch das Abkippen der Kontaktfläche zwischen Lagergehäuse und
Klemmbauteil bei aus dem Stand der Technik bekannten Turbinengehäuse-Klemmverbunden entsteht jeweils eine hohe lokale Flächenpressung. Durch die Relativbewegung wandert diese hoch belastete Stelle über die Kontaktfläche des Lagergehäuses 110 (des Lagergehäuse- Klemmabschnitts) hinweg und verursacht einen Ermüdungsverschleiß, was wiederum zu weiteren Problemen führen kann wie beispielsweise Schraubenvorspannungsverlust oder Gasundichtheit.
[0035] Der T urbinengehäuse-Klemmverbund gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist ein Klemmbauteil 130 mit dem konvex gekrümmten Klemmflächenbereich 132 auf, durch welchen ein Verschleißen der Komponenten, und insbesondere des Lagergehäuses, erheblich vermindert wird. Durch Bereitstellung des Klemmflächenbereichs mit einer leicht oder sanft konvex gekrümmten Form kann sowohl hinsichtlich eines „heissen“ Zustandes (d.h. bei hohen Lastbedingungen bzw. bei hohen Temperaturen eines Fluids in der Radialturbine), sowie auch der Zustände während eines gesamten Aufwärmvorgangs, als auch in einem Ruhezustand, eine breitflächige Auflage der Klemmfläche sichergestellt und somit eine hohe lokale Flächenpressung verhindert werden. Aufgrund der leicht konvex gekrümmten Form liegt nämlich sowohl im stationären, wie auch im transienten Betriebszustand zwischen dem Lagergehäuse-Klemmabschnitt und der lagergehäuseseitigen Klemmfläche eine ausgedehnte Kontaktfläche vor, wodurch Verschleiß substantiell vermindert wird. Aufgrund des erfindungsgemäß ausgestalteten konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs wird beim Aufwärmvorgang ein leichtes Verkippen des Klemmbauteils ermöglicht, ohne dass in einem Kontaktbereich zwischen dem Lagergehäuse-Klemmabschnitt und der lagergehäuseseitigen Klemmfläche eine gegenüber einem Kaltzustand überhöhte lokale Kontaktpressung entsteht.
[0036] Die Erfinder haben ferner erkannt, dass einer hohen lokalen Flächenpressung und einem damit verbundenem Ermüdungsverschleiß am wirkungsvollsten entgegengewirkt werden kann, wenn das Verhältnis aus dem minimalen Krümmungsradius und einem Innenradius der Klemmfläche mindestens 0.1 und/oder höchstens 10, bevorzugt mindestens 0.5 und/oder höchstens 2.0, und noch bevorzugter mindestens 1.0 und/oder höchstens 1.4, beträgt. [0037] Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der gekrümmte
Klemmflächenbereich dazu eingerichtet um bei Verkippen des Klemmflansches einen im Wesentlichen flächigen Kontakt zum Lagergehäuse-Klemmabschnitt zu gewährleisten. Verkippen bedeutet hierbei, dass ein radial innenliegender Teil des Klemmflansches relativ zu einem radial außenliegenden Teil des Klemmflansches axial vom Lagergehäuse wegbewegt wird und/oder in Richtung des Turbinengehäuses hinbewegt wird (kippt). Das Kippen kann eine Abrollbewegung und/oder eine Verschiebungsbewegung der Klemmfläche beinhalten. Somit kann ein Verkippen auch erfolgen, ohne dass ein fester Kipp-Punkt der Klemmfläche notwendig ist. Unter einem flächigen Kontakt ist hierbei nicht notwendigerweise ein vollflächiger Kontakt zwischen Lagergehäuse-Klemmabschnitt und konvex gekrümmtem Klemmflächenbereich zu verstehen. In dem der gekrümmte Klemmflächenbereich eingerichtet ist einen flächigen Kontakt zum Lagergehäuse-Klemmabschnitt zu gewährleisten, wird jedoch die Ausbildung einer hohen lokalen Flächenpressung verhindert. Der konvex gekrümmtem Klemmflächenbereich ist somit eingerichtet zum Entgegenwirken eines Verschleißes an dem Lagergehäuse.
[0038] Gemäß einem Aspekt beträgt ein axialer Versatz t zwischen einem lagergehäuseseitig axial äußersten Punkt des gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 und dem radial äußeren Ende 135 des gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 mindestens 0.01 mm und/oder höchstens 0.5 mm, bevorzugt 0.02 mm und/oder höchstens 0.2 mm, und noch bevorzugter mindestens 0.03 mm und/oder höchstens 0.1 mm. In Figur 3a ist der axiale Versatz t durch einen Doppelpfeil illustriert. Der axiale Versatz kann sich hierbei auf den im Betrieb maximal erreichbaren Krümmungsradius RK, und insbesondere auf den Ruhezustand, beziehen. Bei höheren Lastbedingungen kann ein Verkippen des Klemmflansches auftreten, wodurch der axiale Versatz t abnehmen kann.
[0039] Zusätzlich oder alternativ kann ein axialer Versatz t zwischen dem radial inneren Ende 133 des gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 und dem radial äußeren Ende 135 des gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 mindestens 0.01 mm und/oder höchstens 0.5 mm, bevorzugt 0.02 mm und/oder höchstens 0.2 mm, und noch bevorzugter mindestens 0.03 mm und/oder höchstens 0.1 mm, betragen. Das radial äußere Ende 135 ist aufgrund der konvexen Krümmung axial zum Turbinengehäuse hin versetzt. Das radial innere Ende 133 ist in manchen Ausgestaltungsformen aufgrund der konvexen Krümmung axial zum Lagergehäuse hin versetzt (wie beispielsweise in Figur 3b gezeigt), und in anderen Ausgestaltungsformen aufgrund der konvexen Krümmung ebenfalls axial zum Turbinengehäuse hin versetzt (wie beispielsweise in Figur 3a gezeigt). Das radial äußere Ende 135 kann der radial äußerste im Betrieb erreichbare Punkt sein mit dem eine Klemmung mit dem Lagergehäuse-Klemmabschnitt des Lagergehäuses 110 erfolgt. [0040] In einem Aspekt beträgt der minimale Krümmungsradius RK des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 mindestens 20 mm und/oder höchstens 1000 mm, und bevorzugt mindestens 50 mm und/oder höchstens 500 mm, noch bevorzugter 100 mm und/oder höchstens 200 mm, und am bevorzugtesten mindestens 140 mm und/oder höchstens 160 mm. In einer beispielhaften Ausgestaltungsform beträgt der minimale Krümmungsradius RK 150 mm. Ein Krümmungsradius RK in dem vorgenannten Bereich stellt eine Krümmung sicher, welcher ausreichend abweicht von einem flachen Klemmflächenbereich und gleichzeitig keine zu starke Krümmung aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann der Innenradius DR der Klemmfläche oder des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 mindestens 20 mm und/oder höchstens 300 mm, bevorzugt mindestens 100 und/oder höchstens 140 mm betragen.
[0041] Der gekrümmte Klemmflächenbereich 132 kann eine radiale Ausdehnung von mindestens 0.5 mm und/oder höchstens 10 mm aufweisen. Bevorzugt weist der gekrümmte Klemmflächenbereich 132 eine radiale Ausdehnung von mindestens 3 mm und/oder höchstens 6 mm auf. In Ausführungsformen in denen die Klemmfläche den radial äußersten Klemmflächenbereich aufweist, kann ein radialer Abstand zwischen dem radial inneren Ende 133 des gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 und dem radialen Ende 134 der lagergehäuseseitigen Klemmfläche mindestens 2 mm und/oder höchstens 20 mm, bevorzugt mindestens 6 mm und/oder höchstens 10 mm, betragen.
[0042] Ein Verhältnis aus der radialen Ausdehnung des gekrümmten
Klemmflächenbereichs 132 und dem Innenradius DR der Klemmfläche oder des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 kann mindestens 0.005 und/oder höchstens 0.1 , bevorzugt mindestens 0.02 und/oder höchstens 0.05, betragen.
[0043] In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Verhältnis aus dem axialen
Versatz t und der radialen Ausdehnung des gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 mindestens 5*103 und/oder höchstens 0.02, und bevorzugt mindestens 8*103 und/oder höchstens 0.015. Ein Verhältnis in dem vorgenannten Bereich stellt eine Krümmung sicher, welche ausreichend abweicht von einem flachen Klemmflächenbereich und gleichzeitig nicht zu einer zu starken Krümmung führt.
[0044] Der gekrümmte Klemmflächenbereich 132, und insbesondere das radial innere
Ende 133 und das radial äußere Ende 135 des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs 132, definieren das Krümmungskreissegment U . Ein Mittelpunktswinkel Alpha a des Krümmungskreissegments UK kann mindestens 0.5° und/oder höchstens 4°, bevorzugt mindestens 1.2° und/oder höchstens 2.0°, betragen. In Figur 3a ist der Mittelpunktswinkel Alpha a illustriert. [0045] Zusätzlich oder alternativ kann ein Verhältnis aus dem axialen Versatz t und dem Krümmungsradius R« mindestens 2*104 und/oder höchstens 2*103, und bevorzugt mindestens 3*104 und/oder höchstens 8*104, betragen.
[0046] Ein Tangentenwinkel des gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 kann gegenüber der radialen Richtung mindestens 0.5° und/oder höchstens 4°, bevorzugt mindestens 1.2° und/oder höchstens 2.0°, betragen. Ferner kann in einer die Turbinenachse enthaltenden Querschnittsansicht mindestens ein Tangentenwinkel des gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 gegenüber der radialen Richtung mindestens 0.5°, bevorzugt mindestens 1.2°, betragen, und/oder alle Tangentenwinkel des gekrümmten Klemmflächenbereichs 132 können gegenüber der radialen Richtung höchstens 4°, bevorzugt höchstens 2.0°, betragen.
[0047] Die weiteren Seiten des Klemmflanschs, wie beispielsweise eine turbinengehäuseseitige Klemmfläche, sind gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht besonders beschränkt, und können gemäß den im Stand der Technik bekannten Klemmflanschen ausgebildet sein.
[0048] Gemäß einem Aspekt wird eine Turbine, bevorzugt eine Radialturbine 200, 300, bereitgestellt. Die Turbine weist den T urbinengehäuse-Klemmverbund nach einem der hierin beschriebenen Ausführungsformen auf. In einer Ausgestaltungsform ist die Turbine eine Nutzturbine und/oder eine Abgasturbine. Beispielsweise kann die Abgasturbine ein Abgasturbolader-T urbine sein. Gemäß einer Ausführungsform wird ein Turbolader bereitgestellt, aufweisen die Turbine nach einem der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Die Turbine kann ferner ein Turbinenrad 143 aufweisen.
[0049] Ein Aspekt betrifft die Verwendung eines Turbinengehäuse-Klemmverbunds für eine Radialturbine zum Entgegenwirken eines Verschleißes an einem Lagergehäuse der Radialturbine. Der Turbinengehäuse-Klemmverbund und/oder die Radialturbine kann gemäß jeder der hierin offenbarten Ausführungsformen ausgestaltet sein. Der T urbinengehäuse-Klemmverbunds weist einen konvex gekrümmten Klemmflächenbereich auf, insbesondere gemäß einem der vorstehend offenbarten Ausführungsformen.
[0050] Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu kombinieren oder zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. [0051] Bezugszeichenliste:
100 Turbinengehäuse-Klemmverbund
110 Lagergehäuse
120 Turbinengehäuse
121 Auflage, Kante
130, 160 Hitzeschild
131 lagergehäuseseitige Klemmfläche
132 konvex gekrümmter Klemmflächenbereich
133 radial inneres Ende des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs
134 radiales Ende der lagergehäuseseitigen Klemmfläche
135 radial äußeres Ende des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs
140 Düsenring
141 Auflage, Kante
142 Befestigung, Schraube
143 Turbinenrad
144 Auflage
145 Lasche 150 Turbinenachse
200, 300 Radialturbine

Claims

Patentansprüche
1. Turbinengehäuse-Klemmverbund (100) für eine Turbine (200, 300), insbesondere eine radiale Abgasturbine, aufweisend: ein Lagergehäuse (110) und ein Turbinengehäuse (120); und ein Klemmbauteil (130, 140) mit einem zwischen einem Lagergehäuse- Klemmabschnitt des Lagergehäuses (110) und einem Turbinengehäuse-Klemmabschnitt des Turbinengehäuses (120) eingespannten Klemmflansch; wobei der Klemmflansch eine lagergehäuseseitige Klemmfläche (131 ) mit einem konvex gekrümmten Klemmflächenbereich (132) aufweist, wobei der konvex gekrümmte Klemmflächenbereich einen minimalen Krümmungsradius (RK) definiert, und wobei ein Verhältnis aus dem minimalen Krümmungsradius (RK) und einem Innenradius (DR) der Klemmfläche (131) mindestens 0.1 und/oder höchstens 10, und bevorzugt mindestens 0.5 und/oder höchstens 2.0, und noch bevorzugter mindestens 1.0 und/oder höchstens 1.4, beträgt, wobei der Innenradius (DR) der Radius am lagergehäuseseitig gesehen axial äußersten Punkt des konvex gekrümmten Klemmflächenbereichs ist.
2. T urbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach Anspruch 1 , wobei der konvex gekrümmte Klemmflächenbereich ein radial äußerer Klemmflächenbereich der lagergehäuseseitigen Klemmfläche (131 ) ist, wobei die lagergehäuseseitige Klemmfläche (131) ferner einen radial inneren Klemmflächenbereich aufweist, und wobei der radial äußere Klemmflächenbereich stetig, bevorzugt tangentenstetig, an den radial inneren Klemmflächenbereich anschließt, insbesondere wobei in einer eine Turbinenachse enthaltenden Querschnittsansicht der radial innere Klemmflächenbereich geradlinig in radialer Richtung verläuft.
3. T urbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gekrümmte Klemmflächenbereich dazu eingerichtet ist um bei Verkippen des Klemmflansches einen im Wesentlichen flächigen Kontakt zum Lagergehäuse- Klemmabschnitt zu gewährleisten.
4. Turbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein axialer Versatz (t) zwischen dem radial inneren Ende (133) des gekrümmten Klemmflächenbereichs (132) und einem radial äußeren Ende (135) des gekrümmten Klemmflächenbereichs (132) mindestens 0.02 mm und/oder höchstens 0.2 mm, bevorzugt mindestens 0.03 mm und/oder höchstens 0.1 mm, beträgt.
5. Turbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Krümmungsradius (RK) mindestens 20 mm und/oder höchstens 1000 mm, und bevorzugt mindestens 100 mm und/oder höchstens 200 mm, und noch bevorzugter mindestens 140 mm und/oder höchstens 160 mm beträgt.
6. T urbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenradius (DR) der Klemmfläche (131) mindestens 20 mm und/oder höchstens 300 mm, bevorzugt mindestens 100 und/oder höchstens 140 mm beträgt.
7. Turbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gekrümmte Klemmflächenbereich (132) ein Krümmungskreissegment (UK) definiert, und wobei ein Mittelpunktswinkel Alpha (a) des Krümmungskreissegments (UK) mindestens 0.5° und/oder höchstens 4°, bevorzugt mindestens 1.2° und/oder höchstens 2.0°, beträgt.
8. T urbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer die Turbinenachse enthaltenden Querschnittsansicht mindestens ein Tangentenwinkel des gekrümmten Klemmflächenbereichs (132) gegenüber der radialen Richtung mindestens 0.5°, bevorzugt mindestens 1.2°, beträgt, und/oder alle Tangentenwinkel des gekrümmten Klemmflächenbereichs (132) gegenüber der radialen Richtung höchstens 4°, bevorzugt höchstens 2.0°, betragen.
9. Turbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gekrümmte Klemmflächenbereich eine radiale Ausdehnung von mindestens 0.5 mm und/oder höchstens 10 mm, bevorzugt mindestens 3 mm und/oder höchstens 6 mm aufweist und/oder wobei ein Verhältnis aus der radialen Ausdehnung des gekrümmte Klemmflächenbereich und dem Innenradius (DR) der Klemmfläche (131) mindestens 0.005 und/oder höchstens 0.1, bevorzugt mindestens 0.02 und/oder höchstens 0.05, beträgt.
10. T urbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis aus dem axialen Versatz (t) und der radialen Ausdehnung des gekrümmten Klemmflächenbereichs mindestens 5*10-3 und/oder höchstens 0.02, und bevorzugt mindestens 8*103 und/oder höchstens 0.015, beträgt.
11. T urbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Klemmbauteil (130, 140) ein Hitzeschild (130) ist.
12. T urbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach Anspruch 11 , ferner aufweisend einen
Düsenring (140), wobei der Hitzeschild (130) axial zwischen dem Lagergehäuse- Klemmabschnitt des Lagergehäuses (110) und dem Düsenring (140) eingespannt ist.
13. T urbinengehäuse-Klemmverbund (100) nach einem Ansprüche 1 bis 10, wobei das
Klemmbauteil (130, 140) ein Düsenring (140) ist.
14. Turbine, insbesondere Radialturbine (200, 300), aufweisend den Turbinengehäuse- Klemmverbund (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere wobei die Turbine (200, 300) eine Nutzturbine und/oder eine Abgasturbine, insbesondere eine Abgasturbolader-Turbine ist.
15. Verwendung eines T urbinengehäuse-Klemmverbunds (130, 140), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, für eine Radialturbine (200, 300), insbesondere nach Anspruch 14, mit einem konvex gekrümmten Klemmflächenbereich zum Entgegenwirken eines Verschleißes an einem Lagergehäuse (110) der Radialturbine (200, 300).
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