DE3328022A1 - Turbolader - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader, der die Ansaugluft mit Hilfe der Energie der Abgase auflädt, und insbesondere auf eine Anordnung zur Verhinderung einer zu starken Erhitzung des mittigen Gehäuses des Turboladers.

Bei Turboladern wird den Lagern der Turbinenwelle eine große Menge an Kühl- und Schmieröl zugeführt, damit sie der ho-. hen Drehzahl der Welle standhalten- Trotz allem haben einige der Turbolader eine Schwachstelle in bezug auf die wirksame Kühlung der Lager im Hinblick auf die bemerkenswert hohe Wärmeübertragung von dem hoch erhitzten Laufoder Turbinenradgehäuse auf die Lager. Bei diesen Turboladern besteht eine große Möglichkeit für eine Schädigung der Lager. Darüber hinaus setzt diese Erscheinung die Standzeit des Schmieröls herab. Um die oben erwähnte thermische Schwachstelle zu verdeutlichen, wird später in solcher herkömmlicher Turbolader näher beschrieben.

Ziel der Erfindung ist es, einen Turbolader mit einer solchen Konstruktion zu schaffen, durch die die Wärmeübertragung vom Laufradgehäuse auf das mittige Gehäuse auf ein Minimum herabgedrückt wird.

Erfindungsgemäß wird ein Turbolader geschaffen, der ein Laufradgehäuse mit einem hoch erhitzten Teil, ein Verdich- - terradgehäuse und ein zwischen ·aufrad- und Verdichterradgehäuse angeordnetes mittiges Gehäuse, das mit Hilfe von Lagern eine das Lauf- sowie Verdichterrad, die jeweils im : Lauf- bzw. Verdichterradgehäuse aufgenommen sind, tragende Turbinenwelle abstützt, umfaßt. Hierbei sind eine erste Einrichtung zur Aufnahme lediglich eines ersten vorgegebenen Teils des mittigen Gehäuses an einem zweiten vorgegebenen Teil des Laufradgehäuses derart, daß zwischen dem Laufradgehäuse sowie dem mittigen Gehäuse ein erheblicher Freiraum " bestimmt ist, ein Wärmeisoliermaterial zwischen dem ersten sowie zweiten gegebenen Teil, eine zweite Einrichtung zur Befestigung des Laufradgehäuses sowie des mittigen Gehäuses unter Einhaltung des Freiraumes zwischen diesen, wobei, die erste Einrichtung näher am hoch erhitzten Teil des Laufradgehäuses angeordnet ist als die zweite Einrichtung, und eine dritte Einrichtung zur Bestimmung einer erweiterten, durchgehenden Kammer, die in den Freiraum übergeht, vorhanden.

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Das gesteckte Ziel wird damit erreicht, wie aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Turboladers, der weitere Ziele und Vorteile des Erfindungsgegenstandes zu entnehmen sind, hervorgeht. Die Zeichnungen zeigen in: '

Fig. 1 einen Axialschnitt eines herkömmlichen Turboladers, dessen Schwachstelle durch die Erfindung beseitigt wird;

Fig. 2 einen Axialschnitt eines verbesserten Turboladers gemäß der Erfindung.

COPY ORIGINAL INSPECTEDl- -

Der in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Turbolader 10 weist ganz allgemein ein Lauf- oder Turbinenrad 12 sowie ein Verdichterrad 14 auf, die jeweils für sich in einem Lauf-,radgehäuse 16 und einem Verdichterradgehäuse 18 aufgenommen sind. Die beiden Räder 12, 14 sind auf einer gemeinsamen Turbinenwelle 20 befestigt, mit der zusammen sie umlaufen. Im gezeigten Beispiel bestehen die Turbinenwelle

. 20 und das Laufrad 12 aus einem Stück. Die Turbinenseite "des Turboladers 10 ist am Austrittsflansch 22 des Abgas-Sammlers befestigt, die Verdichterseite ist mit dem Luftansaugkrümmer 24 verbunden. Ein mittiges Gehäuse 26 ist abgedichtet zwischen dem Laufrad- und Verdichterradgehäuse 16 bzw. 18 angeordnet, und in diesem Gehäuse 26 ist die

.·".. Turbinenwelle 20 mit Hilfe von schwimmenden Lagern 28, 30 drehbar gelagert. Im mittigen Gehäuse- 26 sind ein Schmieröleinlaß 32 und ein ölkanal 34, durch den eine angemessene Menge an Kühl- und Schmieröl den Lagern 28, 30 zu deren Kühlung sowie Schmierung zugeführt wird, ausgebildet. - · Das öl wird von den Lagern 28, 30 zu einer ölkammer 36 im Gehäuse 26 geleitet und dann zu seinem erneuten Umlauf durch einen Ölauslaß 38 abgezogen. Ein Schublager 40 dient dazu," die axiale Verlagerung der Turbinenwelle 20 mit Bezug zu . den Gehäusen 16, 18 und 26 zu unterdrücken. Wie der Zeich-

nung zu entnehmen ist, sind das Laufradgehäuse 16 und das mittige Gehäuse 26 an ihren aneinandexjrenzenden Abschnitten mit radial auswärts gerichteten Flanschen 42, 44 versehen, -die jeweils einen firstartigen, ringförmig umlaufenden Rücken haben. Ein U-förmiges Band 46 ist fest an den als ' Paar verbundenen Flanschen 42, 44 angebracht, um die beiden Gehäuse 16, 26 zu verbinden. Um eine feste und dichte Verbindung zu gewährleisten, ist am Flansch 44 ein ringförmiger, radial vorstehender Wulst 48 ausgebildet, der in eine ringförmige Stufe 50 am anderen Flansch 42 eingep.aßt ist.

Bei dem dargestellten herkömmlichen Turbolader 10 kommen zwischen dem Laufradgehäuse .16 und dem mittigen Gehäuse 26 die-folgenden Maßnahmen zur Hitzeblockierung zur Anwendung*'

5' Wie Fig. 1 zeigt, ist im Flansch 42 des Laufradgehäuses 16 - eine Ringnut 52 ausgestaltet, die einen ringförmigen Freiraum zwischen den zusammengepaßten Flanschen 42, 44 abgrenzt, der als sog. Hitzeblockierspalt wirkt. Das Vorhandensein dieses Freiraums 52 vermindert die sich tatsächlich berührenden Flächenbereiche der zusammengepaßten Flansche 42, Zusätzlich zu dieser Maßnahme kommt zur Hitzeblockierung

' - ein abgekröpftes, wärmeisolierendes, zylindrisches Glied zur Anwendung, dessen auswärts gerichteter Bund 54a innig zwischen dem Wulst 48 des mittigen Gehäuses 26 und der ■ Stufe 50 des Laufradgehäuses 16 festgehalten ist, während der einwärts gerichtete Bund 54b sich zur Turbinenwelle 20 ~ hin erstreckt und an der am weitesten (in Fig. 1) nach rechts vorstehenden Stirnfläche des mittigen Gehäuses 26 anliegt. ' .

·■■■·· ■ - ■ . ·;·^Λ^- ·

Selbst wenn der Turbolader 10 die oben genannten Maßnahmen zur Hitzeblockierung aufweist, so besteht jedoch immer noch die Gefahr einer überhitzung des mittigen Gehäuses 26, die eine thermische Zersetzung des Öls sowie einen Bruch der Lager 28, 30 hervorrufen kann. Tatsächlich steigt kurz nach Beendigung des Betriebs des Turboladers 10 die Temperatur im mittigen Gehäsue 26 stark an, weil in diesem Zustand des Laders der Kiihlöl- (und Schmieröl-)-fluß unterbrochen ist (bzw. sind}.

.

Es wurde nun erkannt, daß die Art der Verbindung zwischen dem Laufradgehäsue 16 und dem mittigen Gehäuse 26 den hohen Temperaturanstieg in letzterem und damit an den Lagern 28 und 30, insbesondere am Lager 28, hervorruft bzw. begünstigt. Tatsächlich ist bei der herkömmlichen, oben erläuterten Art der Verbindung ein sog. "übergeordneter Wärmeübertragungspfad" vom stark erhitzten Laufradgehäuse

·9·

16 zum Lager 28 der kürzeste Weg im massiven Teil des mittigen Gehäuses 26, der sich von den einander berührenden ' '·■ Bereichen zwischen den zusammengepaßten Flanschen 42, 44 zum Lager 28 erstreckt. Wie jedoch aus Fig. 1 deutlich wird, ist dieser Weg zu kurz, als daß eine ausreichende Hitzeblockierung zwischen den Gehäusen 16 und 28 erwartet werden könnte.

Es ist insofern ein wesentliches Ziel der Erfindung, eine Maßnahme aufzuzeigen, durch die das Problem der erwähnten starken Erhitzung gelöst werden kann. .-■■■■

Die Fig. 2 zeigt einen verbesserten Turbolader 56 gemäß der Erfindung, bei dem das gesteckte Ziel erreicht wird. Zu Fig. 1 gleiche Teile dieses Tur-boladers 56 sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Der Turbolader 56 hat ein Laufrad 12 sowie ein Verdichterrad 14, die jeweils für sich in einem Laufradgehäuse 16 bzw. einem Verdichterradgehäuse 18 aufgenommen sind. Die Räder 12, 14 sind auf einer gemeinsamen Turbinenwelle 20 befestigt, mit der zusammen sie drehen. Ein mittiges Ge- ·.· häuse 26 ist dicht zwischen dem Laufrad- sowie Verdichterradgehäuse 16 bzw. 18 angeordnet und stützt die Turbinen- - 25 welle 20 mit Hilfe von schwimmenden Lagern 28, 30 ab.

Ein Dichtungslagerungsgehäuse 58 ist zwischen dem mittigen . Gehäuse 26 sowie dem Verdichterradgehäuse 18 angeordnet und nimmt eine bekannte Dichtungsanordnung 60 auf. Die · Turbinenseite des Turboladers 56 ist mit dem Austrittsflansch 22 des Abgassammlers fest verbunden, während die Verdichterseite mit dem Luftansaugkrümmer 24 verbunden ist. Im mittigen Gehäuse 26 ist nahe dem Lager 28 eine Ringdichtung 61 gehalten. Das mittige Gehäuse 26 ist mit einem Schmieröleinlaß 32, einem ölkanal 34 und kleinen Bohrungen 35 versehen, über die eine angemessene Menge an Kühl- und Schmieröl den Lagern 28, 30 zugeführt wird. Wie der Fig.2 zu entnehmen ist, ist das mittige Gehäuse 26 mit einer"

erweiterten Kammer 62 ausgestattet, die sich längs einer Stütze 64 für die Lager 28, 30 erstreckt und zu einem gewölbten Stirnwandstück 66 hin verläuft, an dem sich die Ringdichtung 61 befindet. Ein Durchlaß 68 dient dazu, den Schmieröleinlaß 32 mit der Kammer 62 zu verbinden, und eine Ölausspritzöffnung 70 ist derart ausgebildet, daß das öl vom ölkanal 34 gegen das gewölbte Stirnwandstück 66 des mittigen Gehäuses 26 gespritzt wiru. Obwohl das in Fig. 2 nicht gezeigt ist, hat die erweiterte Kammer 62 eine zur

10. ölkammer 36 des mittigen Gehäuses 26 hin freiliegende Auslaßöffnung. Durch das Vorhandensein der erweiterten Kammer 62, durch die das Kühl- und Schmieröl fließt, werden im Betrieb des Turboladers 56 die Stütze 64 und das gewölbte Stirnwandstück 66 des mittigen Gehäuses 26 gekühlt.

Erfindungsgemäß kommen die folgenden Maßnahmen zur Hitzeblockierung zur Anwendung, um die Wärmeübertragung vom Laufradgehäuse 16 zum mittigen Gehäuse 26 auf ein Minimum herabzudrücken.

Wie aus Fig. 2 deutlich erkennbar ist, hat das mittige Gehäuse 28 auf der Turbinenseite, auf der das den Dichtungsring tragende gewölbte Stirnwandstück 66 klar abgegrenzt ist, eine glockenförmige Ausbildung 26a, wobei der gewölbte Teil koaxial in einer kegeligen Öffnung 16a des Laufradgehäuses 16 angeordnet ist. Das mittige Gehäuse 26 ist am glockenförmigen Teil 26a mit einem ersten sowie zweiten auswärts gerichteten Bund 72 und 74, die in axialer Richtung beabstandet sind, ausgestattet. Die kegelige öffnung 16a des Laufradgehäuses 16 ist an ihrem freien oder vorderen Ende mit einem auswärts gerichteten Ringbund 76 · versehen, der so gestaltet ist, daß er in seiner Größe mit dem zweiten Bund 74 des mittigen Gehäuses 26 zusammenpaßt. Bei einer Verbindung von mittigem Gehäuse 26 und Laufradgehäuse 16 kommt der erste Bund 72 des mittigen Gehäuses 26 über einen Wärmeisolator(Manschette) 78 und eine Abkröpfung eines wärmeisolierenden Glieds 54 an einer an der

ORIGINAL INSPECTED

M-Innenfläche der öffnung 16a des Laufradgehäuses 16 ausgebildeten Stufe 80 zum Sitzen, während bestimmte Freiräume 81 bzw. 82 zwischen dem mittigen Gehäuse 26 und dem Laufradgehäuse 16 verbleiben. Der Wärmeisolator 78 kann aus keramischem Werkstoff bestehen.

Durch diese Verbindung wird zwischen der kegeligen Außen-. fläche des mittigen Gehäuses 26 und der kegeligen Innenfläche der öffnung 16a des Laufradgehäuses 16 eine Ringkammer 83 gebildet, die in den Freiraum 82 übergeht. An den Bunden 74 und 76 wird ein V-förmiges Band 84 eng befestigt, um die Gehäuse 26 und 16 unter Belassen eines bestimmten Freiraumes 82 zwischen ihnen zu verbinden. Das V-förmige Band 84 ist mit einer Mehrzahl von öffnungen 84a versehen, um eine Verbindung zwischen dem Freiraum 82 - und somit der Ringkammer 83 -"mit der Außenluft herzustellen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Teil, an dem der erste Bund 72 des mittigen Gehäuses 26 mit der Stufe 80 des Laufradgehäuses 16 in Anlage ist (dieser Teil wird im folgenden als "Sitzteil" bezeichnet), näher zum eigentlichen Laufradgehäuse 16 liegt als der Teil, an dem der zweite Bund 74 des mittigen Gehäuses 26 hauptsächlich am Ringbund 76 des Laufradgehäuses 16 ( dieser Teil wird im folgenden als "Verbindungsteil" bezeichnet) befestigt ist. Die Ring- - kammer 83 ist somit, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, zwischen dem Sitz- und dem Verbindungsteil angeordnet.

Mit der erläuterten Konstruktion gemäß der Erfindung wird der Wärmefluß in der folgenden vorteilhaften Weise verlaufen, wodurch eine ernsthafte Erhitzung des Inneren des mittigen Gehäuses 26 - insbesondere des Lagers 28 - verhindert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ist der übergeordnete Wärmeübertragungspfad vom stark erhitzen Laufradgehäuse zum Lager 28 der kürzeste Weg im massiven Teil des mittigen Gehäuses 26, der vom Sitzteil (Berührung vom ersten Bund 72 mit der Stufe 80) zum Lager 28 verläuft. Die Wärmeübertragung am Sitzteil wird jedoch durch den Wärmeisolator 78 bewirkt, so daß der Wärmeübergang an diesem Teil schwach ist. Darüber hinaus werden der ^rste Bund 72 und der benachbarte Bereich des mittigen Gehäuses 26 durch die Luft in der Ringkammer 83 gekühlt, in der die Luft im Naturumlauf durch Konvektion, wenn der Turbolader·erwärmt oder erhitzt ist, zirkuliert. Auf Grund dieser vorteilhaften Erscheinungen wird eine ernsthafte Erhitzung des Inneren des mittigen Gehäuses 26 und somit der Lager 28, 30 auch kurz nach dem Stillsetzen des Turboladers 56 verhindert- Damit werden die eingangs erwähnte thermische Schädigung der Lager 28, 30 und die thermische Zersetzung des Schmieröls ausgeschaltet oder zumindest herabgesetzt.

Gewünschtenfalls kann, um eine noch bessere Blockierung der Hitze vom Laufradgehäuse 16 zum mittigen Gehäuse 26 zu erreichen, die folgende Maßnahme zur Anwendung kommen. Wie in Fig. 2 durch strich-punktierte Linien angedeutet ist, kann eine Leitung 86 von einem Auslaß des Verdichtergehäuses 18 zu der zwischen dem mittigen Gehäuse 26 und dem Laufradgehäuse 16 abgegrenzten Ringkammer 83 geführt sein, in welcher ein Rückschlagventil 88 angeordnet ist, das eine Luftströmung von der Ringkammer 83 zum Verdichter verhindert. Im Betrieb des Turboladers 56 wird ein Teil der vom Verdichter komprimierten Luft über die Leitung 86 der Ringkammer 83 zugeführt, wodurch das mittige Gehäuse 26 noch wirksamer gekühlt wird.

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Leerseite

Claims (1)

1. Patentansprüche

   My Turbolader, gekennzeichnet

   - durch ein Laufradgehäuse (18) mit einem hoch erhitzten Teil,

   - durrh ein Verdichterradgehäuse (18),

   - durch ein zwischen dem Laufrad- sowie Verdichterradgehäuse angeordnetes mittiges Gehäuse (28), in dem über Lager (28, 30) eine Turbinenwelle (20) gelagert ist, die ein Laufrad (12) sowie ein Verdichterrad (H), welche jeweils in dem Laufrad- bzw. Verdichterradgehäuse aufgenommen sind, trägt,

   - durch eine erste, nur einen ersten vorbestimmten Teil (72) des mittigen Gehäuses an einem zweiten vorbestimmten Teil (80) des Laufradgehäuses im Sitz derart aufnehmende Einrichtung, daß zwischen dem Laufradgehäuse sowie dem mittigen Gehäuse ein beträchtlicher Freiraum (82) festgelegt ist,

   - durch einen zwischen dem ersten vorbestimmten Teil

   (72) und dem zweiten vorbestimmten Teil (80) innig eingesetzten Wärmeisolator (78),
   -"durch eine zweite, das Laufradgehäuse sowie das mittige Gehäuse unter Einhaltung des Freiraums (82) zwischen diesen befestigende Einrichtung (74, 76, 84), wobei die erste Einrichtung näher zum hoch erhitzten Teil des Laufradgehäuses angeordnet Ist als die zweite Einrichtung, und - ' . ■ - durch eine dritte, eine durchgehende erweiterte Kammer (83), die in den Freiraum (82) übergeht, zwischen der ersten sowie zweiten Einrichtung bestimmende Einrichtung.

   2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch

   gekennzeichnet, daß das Laufradgehäuse (16) eine von seinem Hauptteil aus sich kegelig erweiternde Öffnung (16a) mit einer freien Stirnseite aufweist, daß das mittige Gehäuse (26) eine glockenförmige Gestalt (26a) hat und daß das mittige Gehäuse mit seinem gewölbten Teil in der kegelig erweiterten Öffnung (16a) des Laufradgehäuses koaxial derart angeordnet ist, daß der beträchtliche Freiraum (82) mit Ausnahme des Bereichs, an dem die erste vorbestimmte Einrichtung angeordnet ist,

   erhalten bleibt.
   25

   3. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch

   gekennzeichnet, daß das mittige Gehäuse (26) mit einer erweiterten, sich längs einer Stütze (64) für die Lager (28, 30) zum Scheitel des gewölbten Teils des mittigen Gehäuses hin erstreckenden Kammer (62) ausgestattet ist, in die im Betrieb des Turboladers (56) Schmieröl zur Kühlung sowie Schmierung des mittigen Gehäuses zwangsweise eintritt.

   X -3-4. Turbolader nach Anspruch 3, dadurch

   -, gekennzeichnet., daß die erste Einrichtung ;.-■;·-■■ einen einstückig mit dem gewölbten Teil des mittigen Ge- . häuses ausgebildeten ersten Bund (72) umfaßt, daß an der kegeligen Innenfläche der erweiterten öffnung (16a) des Laufradgehäuses eine Stufe (80) ausgebildet ist und daß bei Verbindung des Laufradgehäuses mit dem mittigen -*■-.·■ Gehäuse der erste Bund über den Wärmeisolator (78) an der ■ · ... Stufe zur Anlage kommt.

   5. Turbolader nach Anspruch 4, dadurch

   gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung • einen zweiten, mit dem gewölbten Teil des mittigen Ge-' *'-■ häuses an einer näher zum Verdichterradgehäuse (18) als der erste Bund (72) gelegenen Stelle einstückig ausgebildeten Bund (74), einen dritten, an der freien Stirnseite der öffnung (16a) des Laufradgehäuses (16) ausgebildeten Ringbund (76) und ein am zweiten sowie dritten Bund (74, 76) in fest beabstandeter Lage eng befestigtes Band (84) umfaßt.

   6. Turbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (84) V-förmig ausgestaltet und mit einer Mehrzahl von öffnungen (84a) versehen ist.

   7. Turbolader nach Anspruch 6,

   gekennzeichnet durch eine vierte Einrichtung, die eine von einem Auslaß des Verdichtergehäuses

   (18) zu der durchgehenden erweiterten Kammer (62) der dritten Einrichtung verlaufende Leitung (86), in der ein eine Strömung von der Kammer (62) zum Verdichter unterbindendes Rückschlagventil (88) angeordnet ist, umfaßt.

   1 8. Turbolader nach Anspruch 1,

   gekennzeichnet durch ein wärmeisolierendes Glied (54), das abstandhaltend zwischen dem gewölbten „,..Teil des mittigen Gehäuses und dem Boden der öffnung ₅ des Laufradgehäuses angeordnet ist.

   9. Turbolader nach Anspruch 8, dadurch

   gekennzeichnet, daß sich das wärmeisolieren de Glied von der ersten Einrichtung bis zu einem der ₁₀ · 'Turbinenwelle (20) nahegelegenen Bereich erstreckt.

   ORrGINAL INSPECTED