DE102008052456A1

DE102008052456A1 - Turbolader mit variabler Turbinengeometrie

Info

Publication number: DE102008052456A1
Application number: DE200810052456
Authority: DE
Inventors: Jasmin Haußer; Florian Rentz; Hartmut Weiss
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie. Ein zwischen Leitschaufelkäfig und Lagergehäuse ausgebildeter Ringraum ist zur Abfuhr von Ölkondensaten mit dem Innenraum des Turbinengehäuses verbunden. Dieser Verbindungsweg ist lagergehäuseseitig angeordnet bzw. ausgebildet, so dass der Leitschaufelkäfig relativ zum Lagergehäuse in beliebiger Drehlage bezüglich der Rotorachse montiert werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie, mit einem Turbinengehäuse und einem damit verbundenen Lagergehäuse sowie einem radial innerhalb der Verbindungszone von Turbinen- und Lagergehäuse zwischen Turbinen- und Lagergehäuse angeordneten Leitschaufelkäfig sowie einem lagergehäuseseitig eines Leitschaufelträgerrings zwischen Leitschaufelkäfig und Lagergehäuse eingeschlossenen Ringraum, welcher konzentrisch zu einem Rotorlager angeordnet und zur Aufnahme von Steuerelementen der Leitschaufeln vorgesehen ist, und mit einem den unteren Bereich des Ringraums zur Fluidabfuhr mit dem Innenraum des Turbinengehäuses verbindenden Kanal.
Ein derartiger Abgasturbolader ist Gegenstand der WO 2006/015613 A1 . Gemäß dieser Druckschrift durchsetzt der zur Fluidabfuhr aus dem Ringraum vorgesehene Kanal einen am Leitschaufelkäfig angeordneten, den Leitschaufelträgerring radial fortsetzenden Flansch, welcher zusammen mit dem Leitschaufelträgerring eine Trennwand zwischen dem Ringraum und dem Innenraum des Turbinengehäuses bildet. Durch diesen Kanal ist gewährleistet, dass sich im Ringraum keine unerwünschten Ansammlungen von Schmieröl bilden können, welches den Rotorlagern zugeführt wird und von dort zumindest teilweise in den Ringraum gelangt.
Bei der aus der WO 2006/015613 A1 bekannten Anordnung ist jedoch nachteilig, dass der Leitschaufelkäfig in einer genau vorgegebenen Drehlage bezüglich der Rotorachse am Lagergehäuse montiert werden muss, um zu gewährleisten, dass der vorgenannte Kanal mit dem unteren Bereich des Ringraums kommuniziert.
Dementsprechend ist ein vergleichsweise hoher Montageaufwand mit exakter Positionierung des Leitschaufelkäfigs bezüglich des Lagergehäuses notwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Konstruktion zu schaffen, bei der der Positionieraufwand der miteinander zu verbindenden Teile deutlich vermindert wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Turbolader der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kanal an bzw. in einem an das Turbinengehäuse anschließenden Bereich des Lagergehäuses angeordnet ist.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den zur Aufnahme der Steuerelemente der Leitschaufeln dienenden Ringraum mit dem Innenraum des Turbinengehäuses über einen Kanal zu verbinden, der unter Umgehung des Leitschaufelkäfigs an bzw. in einem mit dem Turbinengehäuse verbundenen Bereich des Lagergehäuses angeordnet ist.
Erfindungsgemäß bildet dieser Kanal also einen den Leitschaufelkäfig umgehenden Bypass zwischen Ringraum und Innenraum des Turbinengehäuses.
Damit wird der Vorteil geboten, dass die Funktionsfähigkeit des vorgenannten Kanals unabhängig von der Drehlage des Leitschaufelkäfigs relativ zum Lagergehäuse gewährleistet ist.
Gemäß einer konstruktiv bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Leitschaufelkäfig mit einem den Leitschaufelträgerring axial fortsetzenden Ringstege an einer lagergehäuseseitigen Ringzone anliegt, die radial innerhalb des Ringstegs einen Wandbereich des Ringraums bildet und radial außerhalb der Ringzone den Innenraum des Turbinengehäuses begrenzt, und dass in der Ringzone eine den Ringsteg radial überbrückende Vertiefung oder dergleichen angeordnet ist.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Leitschaufelkäfig den Ringraum mit einer zur Rotorachse konzentrischen Zylinderwand umschließt, die mit einem freien Stirnrand auf der Ringfläche am Lagergehäuse aufsitzt.
Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden.
Schutz wird nicht nur für die angegebenen oder dargestellten Merkmalskombinationen sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
In der Zeichnung zeigt
1 einen Axialschnitt der Turbinenseite eines Turboladers,
2 eine Stirnansicht des Lagergehäuses entsprechend dem Pfeil II in 1 und
3 einen Axialschnitt des Lagergehäuses entsprechend der Schnittebene III-III in 2.
Gemäß 1 besitzt der dargestellte Turbolader eine Rotorwelle 1, die in einem nur ausschnittsweise dargestellten Lagergehäuse 2 drehgelagert und an ihrem einen (in 1 sichtbaren) Ende mit einem Turbinenrad 3 drehfest verbunden ist.
Das andere Ende der Rotorwelle 1 ist mit einem in 1 nichtdargestellten Verdichterrad drehfest verbunden.
Das Turbinenrad 3 ist in einem Turbinengehäuse 4 angeordnet, welches in grundsätzlich bekannter Weise einen das Turbinenrad 3 umfassenden Spiralraum 5 aufweist, in den das Turbinenrad 3 treibende Gase in Umfangsrichtung des Turbinenrads 3 eintreten und von dem die Treibgase auf das Turbinenrad 3 geleitet werden. Durch einen zur Turbinenradachse gleichachsigen Ausgang 6 des Turbinengehäuses 4 strömen dann die Treibgase nach Beaufschlagung des Turbinenrads 3 nach außen ab.
Die dargestellte Turbinenanordnung besitzt eine so genannte variable Turbinengeometrie, um das Turbinenrad 3 auch bei Zustrom unterschiedlicher Treibgasströme optimal antreiben zu können. Zu diesem Zweck sind in einem das Turbinenrad 3 umfassenden Ringraum, über den die aus dem Spiralraum 5 kommenden Treibgase das Turbinenrad 3 beaufschlagen, Leitschaufeln 7 angeordnet, welche sich zwischen einer Lage, bei der die Leitschaufelebenen im Wesentlichen senkrecht zum Umfang des Turbinenrads 3 ausgerichtet sind, und einer Lage verstellen lassen, in der die Leitschaufelebenen im Wesentlichen tangential zum Umfang des Turbinenrads 3 liegen. Die Leitschaufeln 7 sind mit an ihnen drehfest angeordneten Achsen 8 an einem Leitschaufelträgerring 9 drehgelagert, der einen Teil eines Leitschaufelkäfigs 10 bildet. Der Leitschaufelkäfig 10 besitzt einen außerseitigen Teil 10', welcher einen in den Auslass 6 des Turbinengehäuses 4 einschiebbaren rohrförmigen Abschnitt aufweist, an den eine dem Leitschaufelträgerring 9 gegenüberliegende radiale Wandfläche anschließt, die zusammen mit dem Leitschaufelträgerring 9 einen die Leitschaufeln 7 aufnehmenden Ringspalt für den Durchtritt der Treibgase vom Spiralraum 5 zum Turbinenrad 3 bildet. Desweiteren besitzt der Leitschaufelkäfig 10 einen lagergehäuseseitigen Teil 10'', der mit dem auslassseitigen Teil 10' über in 1 punktiert dargestellte stegartige Brücken fest verbunden ist. Der lagergehäuseseitige Teil 10'' setzt einerseits mit seiner dem Spiralraum 5 zugewandten Seite die entsprechende Seite des Leitschaufelrings 9 nach radial außen fort, andererseits liegt der lagergehäuseseitige Teil 10'' mit einem axialen Ringsteg auf einer zugewandten Ringzone der dem Turbinengehäuse 4 zugewandten Stirnseite des Lagergehäuses 2 auf. Der lagergehäuseseitige Teil 10'' des Leitschaufelkäfigs 10 ist derart geformt, dass zwischen der zugewandten Stirnseite des Lagergehäuses 2 und der dieser Stirnseite zugewandten Seite des Leitschaufelträgerrings 9 ein Ringraum 11 zur Unterbringung von Steuerelementen der Leitschaufeln 7 frei bleibt. Bei diesen Stellelementen handelt es sich im Wesentlichen um mit den Achsen 8 der Leitschaufeln 7 drehfest verbundene Stellhebel, deren freien Enden mit einem zur Turbinenradachse konzentrischen Stellring gekoppelt sind, derart, dass die genannten Stellhebel und damit die Leitschaufeln 7 bei einem Drehhub des Stellrings bezüglich der Turbinenradachse einen Schwenkhub ausführen.
Im Ringraum 11 kann sich Ölkondensat bilden, weil aus dem turbinenradseitigen Lager der Rotorwelle 1 mehr oder weniger große Schmierölmengen in den Ringraum 11 gelangen können. Um diese Ölkondensate abzuführen, ist im unteren Bereich der stirnseitigen Ringzone, auf der der Axialsteg des lagergehäuseseitigen Teils 10'' des Leitschaufelkäfigs 10 aufsitzt, eine den Stirnrand des vorgenannten Axialstegs umgehende Ausnehmung 12 angeordnet, so dass der Ringraum 11 unten mit dem Spiralraum 5 des Turbinengehäuses 4 verbunden ist. Damit wird beim Betrieb des Turboladers eventuell im Ringraum 11 gebildetes Ölkondensat aus dem Ringraum 11 abgeführt und nach Verbrennung in den das Turbinenrad 3 beaufschlagenden heißen Treibgasen über den Auslass 6 als Abgas ausgeblasen. Wie aus der Zeichnung gut erkennbar ist, kann die Ausnehmung 12 als relativ flache Sackbohrung ausgebildet sein, so dass die Herstellung der Vertiefung bzw. Ausnehmung 12 ohne größeren Aufwand erfolgen kann.
Die Vertiefung bzw. Ausnehmung 12 bildet also einen den lagergehäuseseitigen Stirnrand des Leitschaufelkäfigs 10 umgehenden Bypassweg, welcher unabhängig von der Drehstellung des Leitschaufelkäfigs 10 relativ zum Lagergehäuse 2 offen bleibt. Dementsprechend kann der Leitschaufelkäfig 10 unter prinzipiell beliebiger Verdrehung bezüglich der Rotorachse mit dem Lagergehäuse 2 kombiniert und zusammengebaut werden.
Der zwischen der Radialwand des auslassseitigen Teils 10' des Leitschaufelkäfigs 10 und dem Turbinengehäuse 4 gebildete Ringspalt wird durch einen Dichtring 13 mit nach radial außen geöffnetem V-Profil abgedichtet. Neben seiner Dichtfunktion hat dieser Dichtring auch die Funktion einer Druckfeder, welche den Leitschaufelkäfig 10 axial gegen die zugewandte Stirnseite des Lagergehäuses 2 spannt. Dabei wird die Zentrierung des Leitschaufelkäfigs 10 relativ zur Rotorachse durch einen axialen Ringsteg 14 (vgl. 3) bewirkt, der auf der turbinengehäuseseitigen Stirnseite des Lagergehäuses 2 angeordnet ist und mit dem axialen Ringsteg des lagergehäuseseitigen Teils 10'' des Leitschaufelkäfigs 10 zusammenwirkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/015613 A1 [0002, 0003]

Claims

Turbolader mit variabler Turbinengeometrie, mit – einem Turbinengehäuse (4) und einem damit verbundenen Lagergehäuse (2) sowie einem radial innerhalb der Verbindungszone von Turbinen- und Lagergehäuse zwischen Turbinen- und Lagergehäuse angeordneten Leitschaufelkäfig (10) sowie – einem lagergehäuseseitig eines Leitschaufelträgerrings (9) zwischen Leitschaufelkäfig (10) und Lagergehäuse (2) eingeschlossenen Ringraum (11), welcher konzentrisch zu einem Rotorlager angeordnet und zur Aufnahme von Steuerelementen der Leitschaufeln (7) ausgebildet ist, und mit – einem den unteren Bereich des Ringraums (11) mit dem Innenraum (5) des Turbinengehäuses (4) verbindenden Durchlass, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (12) an einem an das Turbinengehäuse (4) anschließenden Bereich des Lagergehäuses (2) angeordnet ist.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelkäfig (10) mit einem den Leitschaufelträgerring (9) axial fortsetzenden Ringsteg an einer lagergehäuseseitigen Ringzone anliegt, die radial innerhalb des Ringstegs einen Wandbereich des Ringraums (11) bildet und radial außerhalb des Ringstegs den Innenraum des Turbinengehäuses (4) begrenzt und dass in der Ringzone eine den Ringsteg radial überbrückende Vertiefung bzw. Ausnehmung (12) angeordnet ist.
Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelkäfig (10) den Ringraum (11) mit einer zur Rotorachse konzentrischen Zylinderwand umschließt, die mit ihrem freien Stirnrand auf der Ringzone am Lagergehäuse (2) aufsitzt.
Turbolader nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung bzw. Ausnehmung (12) als Sackbohrung ausgebildet ist.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ausgangsseitigen Teil des Turbinengehäuses (4) und einer ausgangsseitigen Radialfläche des Leitschaufelkäfigs (10) ein Dichtring (13) mit V-Profil angeordnet ist, der den Leitschaufelkäfig (10) gegen die turbinenseitige Stirnseite des Lagergehäuses (2) spannt.
Turbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das V-Profil in Richtung der Eingangsseite des Turbinengehäuses (4) geöffnet ist.