DE1059718B

DE1059718B - Cooling air alignment spring for exhaust gas turbochargers and other turbines

Info

Publication number: DE1059718B
Application number: DEG24719A
Authority: DE
Inventors: Fritz Reuter
Original assignee: Geraetebau Eberspaecher O H G
Current assignee: Geraetebau Eberspaecher O H G
Priority date: 1958-06-10
Filing date: 1958-06-10
Publication date: 1959-06-18

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Kühlluftrichtfeder, insbesondere für Abgasturbolader, die einmal das unerwünschte Einströmen der Abgase in die Kühlluftkanäle und das Ladergehäuse verhindert und zum anderen die Kühlluft so führt, daß diese vorzugsweise entgegen der Drehrichtung der Welle tangential auf diese auftrifft.The invention relates to a cooling air directional spring, in particular for exhaust gas turbochargers, which once the undesirable Prevents the exhaust gases from flowing into the cooling air ducts and the charger housing others the cooling air so that it is preferably tangential against the direction of rotation of the shaft this occurs.

Es ist bekannt, bei Abgasturboladern Rückschlagventile zu verwenden, die so angeordnet sind, daß sie den vom Verdichter abgezweigten Kühlluftstrom nach der Turbinenseite durchtreten lassen und den Durchtritt von Abgasen in entgegengesetzter Richtung sperren. Bei hierfür üblichen Ventilen mündet der Kühlluftstrom ungerichtet und frei wirbelnd in den die Welle umgebenden Kühlluftraum und verläßt diesen durch den Wellendurchtritt am Turbinengehäuse. Die Kühlleistung der zugeführten Luft wird hierbei jedoch nur zu einem geringen Teil ausgenutzt, da die relative Windgeschwindigkeit verhältnismäßig klein ist.It is known to use check valves in exhaust gas turbochargers, which are arranged so that they let the flow of cooling air branched off from the compressor pass through to the turbine side and allow the passage block of exhaust gases in the opposite direction. The flow of cooling air flows into valves that are customary for this purpose undirected and freely swirling in the cooling air space surrounding the shaft and leaves it through the shaft passage on the turbine housing. The cooling capacity of the air supplied is here, however only used to a small extent, since the relative wind speed is relatively small.

Einem anderen Vorschlag gemäß wird die Kühlluft mit Leitmitteln, wie z. B. radialen Wänden eines Turbinengehäuses, so in einen Ringkanal eingeführt, daß sie am Umfang der Welle in etwa senkrechter Richtung auf diese auftrifft. Diese an und für sich günstigere Kühlluftführung kann der Eigenart dieser Konstruktion gemäß aber nicht im Sinne vorliegender Erfindung mit Einrichtungen zur Absperrung der Strömung in einer Richtung verbunden werden, so daß bei schnellen Druckschwankungen und der hierdurch verursachten Umkehrung des Druckgefälles die Abgase in unerwünschter Richtung, also von der Turbinenseite zur Laderseite, strömen können, wobei die einströmenden Abgase Verschmutzungen hervorrufende Ruß-, Öl- und Kraftstoffteile an den Wandungen ablagern können. Auch wird die Gefahr einer Ablagerung der vom Abgasstrom mitgeführten Teile an Gehäuseteilen und hinter der Turbine vergrößert. Infolge der isolierenden Eigenschaften eines solchen Belages kann die Kühlleistung erheblich absinken. Abgesehen davon, daß die Geräteteile von den eingedrungenen Abgasen erwärmt werden.According to another proposal, the cooling air with conducting means, such as. B. radial walls of a turbine housing, so inserted into an annular channel that it is approximately perpendicular to the circumference of the shaft meets this. This cooling air duct, which is in and of itself more favorable, can be the characteristic of this construction according to but not within the meaning of the present invention with devices for blocking the flow be connected in one direction, so that with rapid pressure fluctuations and the caused thereby Reversal of the pressure gradient the exhaust gases in an undesired direction, i.e. from the turbine side to the charger side, the inflowing exhaust gases causing pollution Soot, oil and fuel particles can deposit on the walls. Also there is the risk of a deposit of the parts carried along by the exhaust gas flow on housing parts and behind the turbine. As a result of insulating properties of such a covering can reduce the cooling performance considerably. Apart from this, that the device parts are heated by the penetrated exhaust gases.

Durch die Erfindung wird eine Verbesserung der Kühlleistung erreicht, womit der Wärmeübergang von der Turbine zur Welle vermindert wird. Ferner wird der Durchtritt von Abgasen aus der Turbine nach dem Verdichter hin unterbunden. Dies wird erfindungsgemäß mit ein und derselben Vorrichtung erreicht, die als Kühlluftrichtfeder gekennzeichnet ist und aus einem im Abstand von der Turbinenwelle mit einem Ende beliebig weit in Richtung seiner Umfangserstreckung am Turbinengehäuse u. dgl. befestigten Federring besteht, dessen überlappendes andere Ende z.B. entgegengesetzt der Drehrichtung der Welle weist und der beispielsweise aus einer flachen UhrenfederThe invention achieves an improvement in the cooling performance, which means that the heat transfer from the turbine is reduced to the shaft. Furthermore, the passage of exhaust gases from the turbine after Compressor blocked. This is achieved according to the invention with one and the same device that is characterized as a cooling air direction spring and from a distance from the turbine shaft with a Fasten the end as far as desired in the direction of its circumferential extent to the turbine housing and the like There is a spring washer, the other overlapping end of which, for example, points in the opposite direction to the direction of rotation of the shaft and that of a flat watch spring, for example

Kühlluftrichtfeder für Abgasturbolader
und sonstige TurbinenCooling air directional spring for exhaust gas turbocharger
and other turbines

Anmelder:Applicant:

Gerätebau Eberspächer o. H. G.,
Eßlingen/Neckar, Eberspächerstr. 24Equipment construction Eberspächer o. HG,
Eßlingen / Neckar, Eberspächerstr. 24

Fritz Reuter, Eßlingen/Neckar,
ist als Erfinder genannt wordenFritz Reuter, Esslingen / Neckar,
has been named as the inventor

u. dgl. gefertigt ist, die rings am Turbinengehäuse einen Anschlag, z. B. in Form eines Gehäusevorsprungs, eines eingedrehten Falzsitzes u. dgl. besitzt, der im Bereich des freien Endes des Federringes in eine dem maximalen Ausschlag entsprechend bemessene Nische mit dem die Federbewegung begrenzenden Anschlag übergeht.U. The like. Is made, the ring on the turbine housing a stop, z. B. in the form of a housing projection, a screwed-in rebate seat and the like, which in the area of the free end of the spring ring in a niche corresponding to the maximum deflection with which the spring movement is limited Stop passes.

Ferner ist vorgesehen worden, den Federring bei Erfordernis zu versteifen, wie etwa durch Verformung, z. B. durch Wellenzüge in Umfangsrichtung, oder aber durch zusätzliche Federn nach Art von Federpaketen, wobei die einzelnen Federn verschiedenen Umfang besitzen können.It has also been provided to stiffen the spring ring if necessary, such as by deformation, z. B. by wave trains in the circumferential direction, or by additional springs in the manner of spring assemblies, the individual springs can have different sizes.

Das Wirkungsoptimum der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, wenn die Kühlluftrichtfeder in bezug auf die zu kühlende Welle so bemessen ist, daß der Federringdurchmesser etwa dem doppelten Wellendurchmesser entspricht. Eine Anpassung an die verschiedensten Turbinenbauweisen ist ohne weiteres möglich. So kann z. B. in sinngemäßer Ausführung des Erfindungsgedankens ein im Turbinengehäuse vorgesehener Kühlluftkanal mit einem dessen Austrittsöffnung angepaßten Federbogen abgeschlossen werden. The optimum effect of the device according to the invention is achieved when the cooling air directional spring with respect to the shaft to be cooled is dimensioned so that the spring washer diameter is about twice that Shaft diameter corresponds. An adaptation to the most varied of turbine designs is straightforward possible. So z. B. in an analogous embodiment of the inventive concept a provided in the turbine housing Cooling air duct to be completed with a spring bow adapted to its outlet opening.

Ferner kann der Federring von vornherein in Ruhestellung die Form einer archimedischen Spirale haben, so daß durch die Kühlluft keine Verstellkräfte mehr aufzubringen sind, um die Kühlluftrichtfeder in der geöffneten Arbeitsstellung zu halten. Selbstverständ-Hch ist bei dieser Ausführung auch eine entsprechende Ausführung des Gehäuseanschlags u. dgl. vorgesehen. Ein Ausführungsbeispiel sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert.Furthermore, the spring ring can have the shape of an Archimedean spiral from the outset in the rest position, so that no adjustment forces are to be applied by the cooling air to the cooling air direction spring in the to keep the open working position. Of course-Hch In this design, a corresponding design of the housing stop and the like is also provided. An exemplary embodiment will be explained in more detail with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt einen am Gehäuse eines Abgasturboladers eingebauten Federring;1 shows a spring ring built into the housing of an exhaust gas turbocharger;

Fig. 2 ist die schematische Darstellung der Lage der Kühlluftrichtfeder in bezug auf die Welle;Fig. 2 is a schematic representation of the location of the cooling air directing spring with respect to the shaft;

Fig. 3 bis 5 zeigen schematisch die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kühlluftfeder.3 to 5 show schematically the mode of operation of the cooling air spring according to the invention.

909 557/147909 557/147

In Fig. 1 ist das turbinenseitige Gehäuseteil mit 1 und der mit dem nicht dargestellten Gehäuse des Kompressors verbundene Lagerkörper mit 2 bezeichnet. Wie ersichtlich, ist das Turbinengehäuse bei la und der Lagerkörper bei 2 a nutenartig eingedreht. Am oberen Anschlag 1 α und 1 b ist der Federring 3 angebracht. Der durch den Federring 3 und die Gehäusewandungen abgegrenzte Ringraum ist an der Welle 4 gegen den Kompresser hin durch eine Dichtung 5 abgedichtet und führt nach dem Turbinenrad 6 in den Kühlluftkanal 7, der in einen nicht dargestellten Abgassammelraum mündet.In Fig. 1, the turbine-side housing part is denoted by 1 and the bearing body connected to the housing of the compressor, which is not shown, is denoted by 2. As can be seen, the turbine housing is screwed in like a groove at la and the bearing body at 2 a. The spring ring 3 is attached to the upper stop 1 α and 1 b. The annular space delimited by the spring ring 3 and the housing walls is sealed against the compressor by a seal 5 on the shaft 4 and leads after the turbine wheel 6 into the cooling air duct 7, which opens into an exhaust gas collecting space, not shown.

Die Kühlluft strömt in den zwischen Turbinengehäuse 1 und dem Lagerkörper 2 gebildeten Luftkanal ein. Durch den spiralenförmig mit dem freien Ende gegen die Anschläge Ic und 2 c zusammengedrückten Federring 3 wird die einströmende Kühlluft so auf die Welle 4 geleitet, daß sie tangential auf diese auftrifft und mit großer Geschwindigkeit an ihrem Umfang entlang geführt wird. Durch das bestehende Druckgefälle bewegt sich die Kühlluft dabei schraubenförmig in Richtung nach dem Turbinenrad hin fort und tritt durch den Kühlluftkanal 7 aus. Die tangentiale Bewegung der Kühlluft in dem Ringraum und das herrschende Druckgefälle verstärken den schraubenförmigen Drall, so daß eine gute Kühlwirkung und schneller Abtransport der aufgeheizten Kühlluft erzielt wird. Der an sich günstige Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kühlluftzufuhr wird dadurch noch bedeutend verstärkt, daß die Kühlluft so eingeleitet wird, daß sie in entgegengesetzter Drehrichtung auf die Welle auftrifft, wie das aus den mit Hinweispfeilen versehenen Fig. 3 bis 5, insbesondere Fig. 4, ersichtlich ist. In Fig. 3 ist eine geschlossene in Ruhelage befindliche Kühlluftrichtfeder dargestellt, während Fig. 4 die Kühlluftrichtfeder in Arbeitsstellung zeigt. Wie in Fig. 4 zu ersehen, weist das gegen den hier aus einem Stift 8 bestehenden Anschlag gedrückte Ende des Federringes 3 entgegengesetzt der Drehrichtung der Welle 4. Fig. 5 zeigt das Einwirken des abgasseitigen Druckes bei gestörten Betriebsverhältnissen, wobei der Federring 3 den Austritt der Abgase nach dem Kühlluftkanal und damit nach dem Verdichter und dem Lagerbock verhindert.The cooling air flows into the air duct formed between the turbine housing 1 and the bearing body 2. By the spiral-free at the end against the stops Ic and 2c spring ring 3 compressed the inflowing cooling air is directed onto the shaft 4 so as to tangentially impinge on this and is led at high speed on their periphery along. Due to the existing pressure gradient, the cooling air moves helically in the direction towards the turbine wheel and exits through the cooling air duct 7. The tangential movement of the cooling air in the annular space and the prevailing pressure gradient reinforce the helical swirl, so that a good cooling effect and faster removal of the heated cooling air is achieved. The efficiency of the cooling air supply according to the invention, which is favorable per se, is significantly increased by the fact that the cooling air is introduced in such a way that it hits the shaft in the opposite direction of rotation, as can be seen from FIGS. 3 to 5, especially FIG. 4, which are provided with reference arrows is. In Fig. 3 a closed cooling air directional spring located in the rest position is shown, while Fig. 4 shows the cooling air directional spring in the working position. As can be seen in Fig. 4, the end of the spring ring 3 pressed against the stop consisting of a pin 8 is opposite to the direction of rotation of the shaft 4. Fig. 5 shows the effect of the exhaust-side pressure in disturbed operating conditions, the spring ring 3 emerging the exhaust gases after the cooling air duct and thus after the compressor and the bearing block prevented.

In Fig. 2 ist die Befestigung der Feder an dem oberen Anschlag 1 b bzw. 2 & bei 9 angedeutet. Es ist natürlich auch möglich, die Kühlluftrichtfeder unbefestigt einzulegen. In diesem Fall hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das äußere überlappende Ende des Federringes mit einem Durchbruch zu versehen, der den Druck der Kühlluft auf das innere Ende der Kühlluftrichtfeder verstärkt, so daß sich die Feder leichter öffnet und den Kühllufteintritt freigibt.In FIG. 2, the fastening of the spring to the upper stop 1 b or 2 & at 9 is indicated. It is of course also possible to insert the cooling air directional spring unsecured. In this case, it has proven to be useful to provide the outer overlapping end of the spring ring with an opening which increases the pressure of the cooling air on the inner end of the cooling air directional spring so that the spring opens more easily and allows the cooling air to enter.

Claims

Patent claims:

1. Cooling air directional spring for exhaust gas turbochargers and other turbines, characterized in that im Distance from the turbine shaft is a preferably flat spring ring which overlaps at the ends is provided, the outer end of which in any circumferential extent on the turbine housing is attached and its inner free end opposite to the direction of rotation Wave has so that the cooling air ring space or an otherwise provided air duct is divided into two rooms is.

2. cooling air directional spring according to claim 1, characterized in that the spring ring all around on The turbine housing has a stop in the form of projections on the housing wall, which in the area of the free end of the spring ring in a niche dimensioned according to the work cycle a stop limiting the spring movement passes.

3. cooling air directional spring according to claim 1 and 2, characterized in that the stop through a ring is formed which is attached to the housing wall or to the bearing block.

4. Cooling air directional spring according to claim Ibis 3, characterized characterized in that sealing means are provided on the stop surfaces and / or the spring ring are.

5. cooling air directional spring according to claim 1 to 4, characterized in that the spring ring stiffeners in the form of longitudinal wave trains and the like.

6. cooling air directional spring according to claim 1 to 5, characterized in that a spring package is provided is, whose individual spring washers can have different circumferences.

7. cooling air directional spring according to claim 1 to 6, characterized in that the spring ring diameter corresponds to about twice the shaft diameter.

8. cooling air directional spring according to claim 1 to 7, characterized in that an arcuate part a spring washer closes the opening of a cooling air duct in a corresponding manner.

9. cooling air directional spring according to claim 1 to 8, characterized in that the spring ring has the shape an Archimedean spiral and the stop is shaped accordingly.

1 sheet of drawings