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DE102009009129A1 - Turbocharger, has guide vanes pivotable around axis for providing variable turbine geometries, and carrier ring with circular flange for radially overlapping front side of turbine wheel for forming gap - Google Patents

Turbocharger, has guide vanes pivotable around axis for providing variable turbine geometries, and carrier ring with circular flange for radially overlapping front side of turbine wheel for forming gap Download PDF

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Abstract

The turbocharger has a turbine housing (4) with a radial gap (6) having a turbine wheel (3), and guide vanes (12) provided within the radial gap for supplying exhaust gas and fuel gas to the wheel. The guide vanes are arranged at a carrier ring (8) that forms a radial wall of the radial gap, where the guide vanes are pivotable around an axis (13) for providing variable turbine geometries. The axis runs parallel to a turbine wheel axis, and the carrier ring has a circular flange (17) radially overlapping a front side of the turbine wheel for forming a gap.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader bei dem innerhalb eines im Turbinengehäuse angeordneten, das Turbinenrad ringförmig umfassenden Radialspaltes zur Zuführung von Ab- bzw. Treibgasen zum Turbinenrad Leitschaufeln vorgesehen sind, die an einem zur Turbinenradachse zentrischen Trägerring angeordnet sind, welcher im Wesentlichen eine der Radialwände des Radialspaltes bildet und von einer eine innere Umfangszone am Trägerring axial beaufschlagenden ringförmigen Tellerfeder axial in Richtung des Turbinenrades gegen zumindest einen Anschlag am oder im Turbinengehäuse gespannt wird, wobei die Leitschaufeln vorzugsweise für eine variable Turbinengeometrie um zur Turbinenradachse im wesentlichen parallele Achsen schwenkbar sind.The The invention relates to a turbocharger in which arranged in the turbine housing, the turbine wheel annular comprehensive radial gap for the supply of exhaust gas or propellant gases are provided to the turbine wheel vanes, which are connected to a for Turbine wheel axis are arranged centric carrier ring, which is essentially one of the radial walls of the radial gap forms and of an inner peripheral zone on the support ring axially acting annular plate spring axially in Direction of the turbine wheel against at least one stop on or is stretched in the turbine housing, with the vanes preferably for a variable turbine geometry around the Turbinenradachse substantially parallel axes are pivotable.

Ein derartiger Turbolader ist Gegenstand der US 2008/0075582 A1 . Durch den Trägerring wird ein zur Aufnahme von Steuerelementen der Leitschaufeln dienender Ringraum, welcher zwischen dem Turbinengehäuse und einem axial anschließenden Lagergehäuse vorgesehen ist, gegenüber den zum Turbinenrad strömenden Ab- bzw. Treibgasen abgetrennt. Dabei wird dieser Ringraum am Umfang des Trägerringes durch die dort angeordnete Tellerfeder gasdicht abgeschlossen. Am Außenumfang des Trägerringes wird dessen ab- bzw. treibgasseitige Stirnseite radial von einem im Zustrombereich der Ab- bzw. Treibgase liegenden Ringflansch des Turbinengehäuses radial überlappt, wobei der Trägerring durch die vorgenannte Tellerfeder axial gegen diesen Ringflansch gespannt wird, der dementsprechend die Sollposition des Trägerringes vorgibt.Such a turbocharger is the subject of US 2008/0075582 A1 , By the support ring serving for receiving controls of the vanes annular space, which is provided between the turbine housing and an axially adjacent bearing housing, separated from the flowing to the turbine wheel exhaust or propellant gases. In this case, this annulus is sealed gas-tight at the periphery of the support ring by the disc spring arranged there. On the outer circumference of the support ring whose ab- or treibgasseitige front side is radially overlapped radially by a lying in the inflow region of the exhaust or propellant gases annular flange of the turbine housing, wherein the support ring is clamped by the aforementioned plate spring axially against this annular flange, which accordingly the desired position of the support ring pretends.

Bei diesem bekannten Turbolader hat die Tellerfeder eine Mehrfachfunktion, einerseits dient dazu, den Trägerring in die Sollposition zu spannen, andererseits dient die Tellerfeder als Hitzeschild des axial an das Turbinengehäuse anschließenden Lagergehäuses, welches das stationäre Widerlager der Tellerfeder bildet.at this known turbocharger, the diaphragm spring has a multiple function, on the one hand serves to the carrier ring in the desired position to tension, on the other hand serves the plate spring as a heat shield of the axial to the turbine housing subsequent bearing housing, which forms the stationary abutment of the plate spring.

Aus der WO 2006/015559 A1 ist ein weiterer Turbolader mit variabler Turbinengeometrie bekannt. Hier ist der Trägerring der Leitschaufeln kraft- und formschlüssig axial zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse angeordnet und bildet gleichzeitig einen Hitzeschild für das Lagergehäuse, indem sich der Trägerring radial bis an den Umfang einer das Turbinenrad tragenden Rotorwelle erstreckt, die trägerringseitige Stirnseite des Turbinenrades wird also radial vollständig vom Trägerring bzw. Teilen des Trägerringes überlappt.From the WO 2006/015559 A1 Another turbocharger with variable turbine geometry is known. Here, the support ring of the vanes is non-positively and positively arranged axially between the turbine housing and the bearing housing and at the same time forms a heat shield for the bearing housing by the support ring extends radially to the periphery of a turbine shaft supporting the rotor shaft, the carrier ring side end face of the turbine so radially completely overlapped by the carrier ring or parts of the carrier ring.

Die Abdichtung des die Steuerelemente für die Leitschaufeln aufnehmenden Ringraumes auf der vom Turbinengehäuse abgewandten Stirnseite des Trägerringes wird durch axiale Verspannung des Trägerrings am Lagergehäuse gewährleistet.The Sealing of the controls for the vanes receiving annular space facing away from the turbine housing Front side of the carrier ring is by axial tension ensures the carrier ring on the bearing housing.

Der aus der WO 2006/015559 A1 bekannte Turbolader bedingt einen vergleichsweise großen Herstellungsaufwand, weil der Trägerring bei seiner Montage zwischen dem Lager- und dem Turbinengehäuse genauestens justiert werden muss. Außerdem ist nachteilig, dass durch den Kraftschluss zwischen Trägerring und Lagergehäuse mit einem hohen Wärmestrom vom Trägerring zum Lagergehäuse gerechnet werden muss, denn beim Betrieb des Turboladers wird der Trägerring thermisch extrem belastet. Dementsprechend kann der Trägerring die wünschenswerte Funktion eines Hitzeschildes für das Lagergehäuse nur eingeschränkt übernehmen.The from the WO 2006/015559 A1 known turbocharger requires a comparatively large production effort, because the support ring must be precisely adjusted during its assembly between the bearing and the turbine housing. It is also disadvantageous that due to the frictional connection between carrier ring and bearing housing with a high heat flow from the carrier ring to the bearing housing must be expected, because during operation of the turbocharger, the carrier ring is subjected to extreme thermal stress. Accordingly, the support ring can take over the desirable function of a heat shield for the bearing housing only limited.

Auch der Turbolader der US 2008/0075582 A1 ist konstruktiv noch nicht zufriedenstellend, weil für die als Hitzeschild genutzte Tellerfeder vergleichsweise exotische Materialien eingesetzt werden müssen.Also the turbocharger of the US 2008/0075582 A1 is structurally not yet satisfactory, because for the heat shield used as a plate spring comparatively exotic materials must be used.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen Turbolader zu schaffen, der sich einerseits durch hohe thermische Belastbarkeit und andererseits durch vergleichsweise geringen Herstellungsaufwand auszeichnet.Therefore It is an object of the invention to provide a turbocharger, the on the one hand by high thermal capacity and on the other hand by comparatively low production costs.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Trägerring eine die zugewandte Stirnseite des Turbinenrades radial im Wesentlichen vollständig überlappende ab- bzw. treibgasseitige Stirnfläche aufweist.These The object is achieved according to the invention the carrier ring has a facing end side of the Turbine wheel radially substantially completely overlapping Has ab- or propellant gas end face.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Trägerring in grundsätzlich bekannter Weise mittels einer ringförmigen Tellerfeder in seine Solllage zu spannen, wobei jedoch die Tellerfeder, die zusätzlich die Funktion einer Dichtung zwischen Trägerring und Lagergehäuse übernehmen kann, aufgrund einer besonderen Ausformung des Trägerringes gegen eine direkte Beaufschlagung durch den das Turbinenrad treibenden Ab- bzw. Treibgasstrom geschützt wird.The Invention is based on the general idea of the carrier ring in a basically known manner by means of an annular Clamp plate spring in its desired position, but with the plate spring, the In addition, the function of a seal between the carrier ring and bearing housing can take over, due to a special shape of the carrier ring against a direct Exposure protected by the turbine or the driving exhaust gas or propellant stream becomes.

Auf diese Weise kann für die Tellerfeder auch bei deren Herstellung aus preiswerten Federmaterialien eine hohe Lebensdauer gewährleistet werden.On This way can for the diaphragm spring in their production Made of low-cost spring materials ensures a long life become.

Da der Trägerring durch die Tellerfeder axial in seine Solllage gespannt wird, kann er den durch thermische Belastung der angrenzenden Bauteile verursachten Wärmedehnungen dieser Bauteile ohne weiteres folgen, ohne dass an oder in den Bauteilen übermäßige Verspannungen auftreten können.There the carrier ring through the plate spring axially into its desired position it can be tensioned by thermal stress of the adjacent Components caused thermal expansion of these components without further follow without excessive on or in the components Tension can occur.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass auf der dem Trägerring gegenüberliegenden Seite des Radialspaltes eine die Innenseite des Turbinengehäuses überdeckende ringscheibenförmige Deckscheibe mit daran angeordneten Distanzkörpern vorgesehen ist, gegen die der Trägerring mittels der Tellerfeder gespannt ist, wobei gleichzeitig die Deckscheibe gegen die Innenseite des Turbinengehäuses gespannt wird.According to a particularly preferred embodiment of the invention can be provided that on the support ring opposite Side of the radial gap is provided on the inside of the turbine housing covering annular disk-shaped cover plate with spacers arranged thereon, against which the carrier ring is clamped by the plate spring, at the same time the cover plate is clamped against the inside of the turbine housing.

Hier ist besonders vorteilhaft, dass die den Radialspalt begrenzenden Teile ein segmentiertes Ensemble bilden, welches Relativbewegungen seiner Teile zulässt, so dass auch bei extremer thermischer Beanspruchung keine Verspannungen auftreten können.Here is particularly advantageous that the limiting the radial gap Parts form a segmented ensemble, which relative movements allows its parts, so even at extreme thermal Stress no tension can occur.

Alternativ können die Distanzelemente auch am Trägerring angeordnet sein und mit der Deckscheibe anschlagartig zusammenwirken.alternative The spacers can also on the carrier ring be arranged and interact with the cover disc stop-like.

Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform näher beschrieben wird.Furthermore is in terms of preferred features of the invention to the claims and the following explanation of the drawing, based of a particularly preferred embodiment closer is described.

Schutz wird nicht nur für angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen, sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.protection is not only used for specified or illustrated combinations of features, but also for basically any combination of claimed or illustrated individual features claimed.

In der Zeichnung zeigt die einzige Figur einen axialen Halbschnitt eines erfindungsgemäßen Turboladers im Bereich des Turbinengehäuses.In The drawing shows the sole figure an axial half section a turbocharger according to the invention in the area of the turbine housing.

In grundsätzlich bekannter Weise besitzt der Turbolader eine Rotorwelle 1, die in einem Lagergehäuse 2 drehgelagert und an ihrem einen axialen Ende mit einem nicht dargestellten Verdichterrad und am anderen axialen Ende mit einem Turbinenrad 3 drehfest verbunden ist. Das Turbinenrad 3 arbeitet in einem Turbinengehäuse 4, welches über einen das Turbinenrad 3 ringförmig umfassenden Spiralraum 5 Treib- bzw. Abgase aufnimmt, die dann über einen das Turbinenrad 3 ringförmig umfassenden Radialspalt 6 zum Turbinenrad 3 strömen, welches dadurch in Drehung versetzt wird, und sodann über einen Auslass 7 des Turbinengehäuses 4 abströmen.In basically known manner, the turbocharger has a rotor shaft 1 in a bearing housing 2 rotatably mounted and at its one axial end with a compressor wheel, not shown, and at the other axial end with a turbine wheel 3 rotatably connected. The turbine wheel 3 works in a turbine housing 4 which has a turbine wheel 3 ring-shaped spiral space 5 Treib- or exhaust gases absorbs, which then via a turbine wheel 3 ring-shaped radial gap 6 to the turbine wheel 3 flow, which is thereby rotated, and then via an outlet 7 of the turbine housing 4 flow out.

Der Radialspalt 6 wird lagergehäuseseitig durch einen Trägerring 8 und turbinengehäuseseitig durch eine ringförmige Deckscheibe 9 begrenzt.The radial gap 6 is bearing housing side by a support ring 8th and turbine housing side through an annular cover plate 9 limited.

Der Trägerring 8 wird mittels einer an der zugewandten Stirnseite des Lagergehäuses 2 abgestützten ringförmigen Tellerfeder 10 gegen Distanzkörper 11 an der Deckscheibe 9 angeschoben, so dass die axiale Breite des Radialspaltes 6 durch die Distanzkörper 11 bestimmt und die Deckscheibe 9 gegen Widerlager im Turbinengehäuse 4 angeschoben wird. Im Radialspalt 6 sind verstellbare Leitschaufeln 12 angeordnet, die mit drehfest verbundenen Achsen 13 schwenkbar im Trägerring 8 gelagert sind. Diese Leitschaufeln 12 lassen sich zwischen einer Stellung, in der die Leitschaufelebene im Wesentlichen oder annähernd radial zur Achse der Rotorwelle 1 erstreckt ist, und einer Lage, in der die Leitschaufelebene im Wesentlichen tangential zu einem die Achsen 13 durchsetzenden und zur Achse der Rotorwelle 1 zentrischen Kreis liegt, verstellen. Damit können die Leitschaufeln 8 der Stromstärke der das Turbinenrad 3 treibenden Ab- bzw. Treibgase angepasst werden. Bei zunehmender Stromstärke der Ab- bzw. Treibgase werden die Leitschaufeln 12 zunehmend in Richtung ihrer zur Achse der Rotorwelle 1 radialen Lage verstellt.The carrier ring 8th is by means of a on the facing end face of the bearing housing 2 supported annular disc spring 10 against spacers 11 on the cover disk 9 pushed so that the axial width of the radial gap 6 through the spacers 11 certainly and the cover disk 9 against abutment in the turbine housing 4 is pushed. In the radial gap 6 are adjustable vanes 12 arranged, with non-rotatably connected axes 13 swiveling in the carrier ring 8th are stored. These vanes 12 can be between a position in which the vane plane substantially or approximately radially to the axis of the rotor shaft 1 extends, and a position in which the vane plane is substantially tangent to one of the axes 13 passing through and to the axis of the rotor shaft 1 centric circle lies, adjust. This allows the vanes 8th the amperage of the turbine wheel 3 driving or propellant gases to be adjusted. With increasing current strength of the exhaust or propellant gases, the vanes 12 increasingly in the direction of their axis to the rotor shaft 1 adjusted radial position.

Zu ihrer Verstellung sind die Leitschaufeln 12 über die Achsen 13 drehfest mit Stellhebeln 14 verbunden, deren freie Enden mit einem zur Achse der Rotorwelle 1 zentrisch angeordneten Stellring 15 gekoppelt sind, derart, dass die Stellhebel 14 und damit die Leitschaufeln 12 einen Schwenkhub ausführen, wenn der Stellring 15 einen Drehhub um die Achse der Rotorwelle 1 ausführt. Die Stellhebel 14, der Stellring 15 sowie damit zusammenwirkende Stellorgane sind in einem Ringraum 16 untergebracht, der axial zwischen den einander zugewandten Stirnseiten des Lagergehäuses 2 und des Trägerringes 8 vorgesehen ist und gegenüber dem von den Ab- bzw. Treibgasen durchsetzten Radialspalt 6 durch die Tellerfeder 10 abgedichtet ist, die somit auch eine Dichtfunktion übernimmt.To their adjustment are the vanes 12 over the axes 13 rotatable with levers 14 connected, whose free ends with a to the axis of the rotor shaft 1 Centrally arranged collar 15 coupled, such that the levers 14 and thus the vanes 12 perform a swing stroke when the collar 15 a rotary stroke about the axis of the rotor shaft 1 performs. The levers 14 , the adjusting ring 15 and cooperating actuators are in an annulus 16 housed, the axially between the mutually facing end faces of the bearing housing 2 and the carrier ring 8th is provided and opposite to the penetrated by the exhaust or propellant gases radial gap 6 through the plate spring 10 is sealed, which thus also assumes a sealing function.

Der Trägerring 8 besitzt radial innerhalb seiner von der Tellerfeder 10 beaufschlagten Ringzone einen Ringflansch 17, der der zugewandten Stirnseite des Turbinenrades 3 eng benachbart ist, so dass ein Drosselspalt 18 gebildet wird, der den axial zwischen dem Turbinenrad 3 und einer Wellendichtung 19 der Rotorwelle 1 verbleibenden Abstandsraum gegenüber den von Ab- bzw. Treibgasen durchsetzten Teilen des Turbinengehäuses 4 abtrennt. Dadurch wird der Vorteil gewährleistet, dass einerseits die Tellerfeder 10 und andererseits der Verbindungsbereich zwischen Turbinenrad 3 und Rotorwelle 1 gegenüber einer unmittelbaren Beaufschlagung durch strömende Ab- bzw. Treibgase abgeschirmt werden und somit thermisch weniger stark belastet sind.The carrier ring 8th has radially inside of it from the plate spring 10 acted ring zone an annular flange 17 , the facing end of the turbine wheel 3 is closely adjacent, leaving a throttle gap 18 is formed, which is the axial between the turbine wheel 3 and a shaft seal 19 the rotor shaft 1 remaining distance space relative to the parts of the turbine housing interspersed by exhaust gas or propellant gases 4 separates. This ensures the advantage that on the one hand the diaphragm spring 10 and on the other hand the connection area between turbine wheel 3 and rotor shaft 1 be shielded against direct admission by flowing exhaust or propellant gases and thus are thermally less heavily loaded.

Die Erfindung ist nicht auf die zeichnerisch dargestellten Turbolader mit variabler Turbinengeometrie, die durch schwenkbare Leitschaufeln erreicht wird, beschränkt. Vielmehr bezieht sich die Erfindung auch auf Turbolader mit am Trägerring fixierten Leitschaufeln, d. h. mit invariabler Turbinengeometrie.The Invention is not on the graphically illustrated turbocharger with variable turbine geometry, by pivoting vanes is reached, limited. Rather, the invention also relates on turbocharger with guide vanes fixed to the carrier ring, d. H. with invariable turbine geometry.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 2008/0075582 A1 [0002, 0007] US 2008/0075582 A1 [0002, 0007]
  • - WO 2006/015559 A1 [0004, 0006] WO 2006/015559 A1 [0004, 0006]

Claims (5)

Turbolader, bei dem innerhalb eines im Turbinengehäuse (4) angeordneten, das Turbinenrad (3) ringförmig umfassenden Radialspaltes (6) zur Zuführung von Ab- bzw. Treibgasen zum Turbinenrad (3) Leitschaufeln (12) vorgesehen sind, die an einem zur Turbinenradachse zentrischen Trägerring (8) angeordnet sind, welcher im Wesentlichen eine der Radialwände des Radialspaltes (6) bildet und von einer eine innere Ringzone am Trägerring (8) axial beaufschlagenden ringförmigen Tellerfeder (10) axial in Richtung des Turbinenrades (3) gegen zumindest einen Anschlag am bzw. im Turbinengehäuse gespannt wird, wobei die Leitschaufeln (12) vorzugsweise für eine variable Turbinengeometrie um zur Turbinenradachse im wesentlichen parallele Achsen (13) schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (8) einen die zugewandte Stirnseite des Turbinenrades (3) radial unter Bildung eines radialen Spaltes (18) überlappenden Ringflansch (17) aufweist.Turbocharger in which within a turbine housing ( 4 ), the turbine wheel ( 3 ) annularly comprising radial gap ( 6 ) for supplying propellant gases to the turbine wheel ( 3 ) Guide vanes ( 12 ) are provided, which on a centric to the turbine wheel carrier ring ( 8th ), which essentially one of the radial walls of the radial gap ( 6 ) and from an inner ring zone on the carrier ring ( 8th ) axially acting annular plate spring ( 10 ) axially in the direction of the turbine wheel ( 3 ) is clamped against at least one stop on or in the turbine housing, wherein the guide vanes ( 12 ) preferably for variable turbine geometry about axes substantially parallel to the turbine wheel axis ( 13 ) are pivotable, characterized in that the carrier ring ( 8th ) a the facing end face of the turbine wheel ( 3 ) radially to form a radial gap ( 18 ) overlapping annular flange ( 17 ) having. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Trägerring (8) gegenüberliegende Radialwand des Radialspaltes (6) als ringscheibenförmige Deckscheibe (9) mit daran angeordneten Distanzkörpern (11) ausgebildet ist, gegen die der Trägerring (8) von der Tellerfeder (10) gespannt wird.Turbocharger according to claim 1, characterized in that the support ring ( 8th ) opposite radial wall of the radial gap ( 6 ) as an annular disk-shaped cover disk ( 9 ) with spacers ( 11 ) is formed, against which the carrier ring ( 8th ) of the plate spring ( 10 ) is stretched. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (8) mit an ihm angeordneten Distanzkörpern (11) gegen die gegenüberliegende Radialwand des Radialspaltes gespannt wird.Turbocharger according to claim 1, characterized in that the carrier ring ( 8th ) with arranged on him spacers ( 11 ) is tensioned against the opposite radial wall of the radial gap. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheibe (9) gegen mindestens eine Anschlagfläche im Turbinengehäuse (4) gespannt wird.Turbocharger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cover disc ( 9 ) against at least one stop surface in the turbine housing ( 4 ) is stretched. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Spalt (18) zwischen Turbinenrad (3) und Trägerring (8) als Drosselspalt ausgebildet ist.Turbocharger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the radial gap ( 18 ) between turbine wheel ( 3 ) and carrier ring ( 8th ) is designed as a throttle gap.
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