DE102017105756A1 - Turbolader - Google Patents
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Abstract
Turbolader, mit einer Turbine (1) zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei die Turbine (1) ein Turbinengehäuse (3) mit einem Turbinenzuströmgehäuse (4) und einen Turbinenrotor (6) aufweist, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor (6) über eine Welle (7) gekoppelten Verdichterrotor aufweist, wobei das Turbinengehäuse (3) und das Verdichtergehäuse jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (2), in welchem die Welle (7) gelagert ist, verbunden sind, und wobei das Turbinenzuströmgehäuse (4) derart spiralartig, einstückig und doppelwandig ausgebildet, dass zwischen einer äußeren Wand (15) des Turbinenzuströmgehäuses (4) und einer inneren Wand (16) des Turbinenzuströmgehäuses (4) ein Wasserkanal (17) zur Führung von Kühlwasser ausgebildet ist, und dass sich an die den Wasserkanal (17) begrenzende, innere Wand (16) des Turbinenzuströmgehäuses (4) an einer vom Wasserkanal (17) abgewandten Seite der inneren Wand (16) ein Führungskanal (18) des zu entspannenden ersten Mediums unmittelbar anschließt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Turbolader.
- Ein Turbolader verfügt über eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas, sowie über einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere von Ladeluft, unter Nutzung der bei der Entspannung des ersten Mediums in der Turbine gewonnenen Energie. Die Turbine verfügt über ein Turbinengehäuse sowie einen Turbinenrotor. Der Verdichter verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Turbinenrotor und Verdichterrotor sind über eine Welle gekoppelt, die in einem Lagergehäuse gelagert ist, wobei das Lagergehäuse einerseits mit dem Turbinengehäuse und andererseits mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist.
- Das Turbinengehäuse der Turbine des Turboladers verfügt über ein Turbinenzuströmgehäuse, über welches das zu entspannende Medium, insbesondere heißes Abgas, dem Turbinenrotor zugeführt werden kann. Das Turbinengehäuse ist hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Ein weiteres Problem von bekannten Turbinenzuströmgehäusen ist die sogenannte Containment-Sicherheit. Dann, wenn insbesondere der Turbinenrotor bricht, können Bruchstücke desselben ein Bersten des Turbinenzuströmgehäuses verursachen. Hierdurch wird die Lebensdauer des Turbinenzuströmgehäuses beschränkt.
- Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Turbolader zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß ist das Turbinenzuströmgehäuse spiralartig, einstückig und doppelwandig ausgebildet, wobei zwischen einer äußeren Wand des Turbinenzuströmgehäuses und einer inneren Wand des Turbinenzuströmgehäuses ein Wasserkanal zur Führung von Kühlwasser ausgebildet ist, und wobei sich an die den Wasserkanal begrenzende, innere Wand des Turbinenzuströmgehäuses an einer vom Wasserkanal abgewandten Seite der inneren Wand ein Führungskanal des ersten Mediums unmittelbar anschließt. Durch die Kühlung des spiralartigen, einstückigen und doppelwandigen Turbinenzuströmgehäuses über das durch den Wasserkanal geführte Kühlwasser wird die thermische Belastung des Turbinenzuströmgehäuses reduziert. Die einstückige und doppelwandige Ausführung des Turbinenzuströmgehäuses erhöht weiterhin die Containment-Sicherheit desselben. Dadurch kann insgesamt die Lebensdauer eines Turbinenzuströmgehäuses verlängert werden.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist innerhalb des Wasserkanals eine in Umfangsrichtung gesehen umlaufende, sich zwischen der äußeren Wand und der inneren Wand ersteckende Trennwand ausgebildet, die im Bereich von in die äußere Wand eingebrachten Kernlochbohrungen unterbrochen ist, wobei die Trennwand zusammen mit der äußeren Wand und der inneren Wand integraler Bestandteil des spiralartigen, einstückigen und doppelwandigen Turbinenzuströmgehäuses ist. Die Trennwand erlaubt eine uneingeschränkte Kühlung des Turbinenzuströmgehäuses über das Kühlwasser. Ferner erhöht die Trennwand die Steifigkeit des Turbinenzuströmgehäuses und dessen Containment-Sicherheit.
- Vorzugsweise unterteilt die Trennwand den Wasserkanal in zwei Teilkanäle, die über sich in die Trennwand hinein erstreckenden Kernlochbohrungen miteinander gekoppelt sind, wobei vorzugsweise jede der sich in Radialrichtung erstreckenden Kernlochbohrungen sich in die Trennwand hinein erstreckt, sodass die Trennwand im Bereich jeder dieser Kernlochbohrungen unterbrochen ist. Auch diese Merkmale dienen der einfachen und effektiven Kühlung des Turbinenzuströmgehäuses sowie der einfachen und effektiven Erhöhung der Containment-Sicherheit. Hierdurch kann die Lebensdauer des Turbinenzuströmgehäuses erhöht werden.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 : einen ausschnittsweisen Querschnitt in Axialrichtung durch einen erfindungsgemäßen Turbolader im Bereich einer Turbine und eines Lagergehäuses; und -
2 einen Querschnitt in Radialrichtung durch ein Turbinenzuströmgehäuse der Turbine der1 . - Die Erfindung betrifft einen Turbolader. Ein Turbolader verfügt über eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas einer Brennkraftmaschine. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere von Ladeluft, und zwar unter Nutzung von in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie. Die Turbine verfügt über ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor. Der Verdichter verfügt über ein Verdichtergehäuse und einen Verdichterrotor. Der Verdichterrotor ist mit dem Turbinenrotor über eine Welle gekoppelt, die in einem Lagergehäuse gelagert ist, wobei das Lagergehäuse zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse positioniert und sowohl mit dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse verbunden ist. Dieser grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.
-
1 zeigt einen ausschnittsweisen, schematisierten Querschnitt durch einen Turbolader im Bereich einer Turbine1 sowie eines Lagergehäuses2 . Die Turbine1 verfügt über ein Turbinengehäuse3 , wobei das Turbinengehäuse3 ein Turbinenzuströmgehäuse 4 sowie ein Einsatzstück5 umfasst. - Ferner weist die Turbine
1 einen Turbinenrotor6 auf. Der Turbinenrotor6 der Turbine 1 ist über eine Welle7 mit einem nicht gezeigten Verdichterrotor des Verdichters des Turboladers gekoppelt, wobei die Welle7 in dem Lagergehäuse2 gelagert ist. - Das Turbinengehäuse
3 , nämlich das Turbinenzuströmgehäuse4 , ist an einer Seite 8 desselben mit dem Lagergehäuse2 verbunden, und zwar im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Spannpratzenverbindung9 , die eine Spannpratze10 sowie mehrere Befestigungsschrauben11 umfasst. Die Spannpratze10 überdeckt an dieser axialen Seite8 des Turbinenzuströmgehäuses4 einen Abschnitt12 des Turbinenzuströmgehäuses4 sowie einen Abschnitt13 des Lagergehäuses2 , wobei sich die Befestigungsschrauben11 in Axialrichtung durch die Spannpratze 10 hindurch in den Abschnitt12 des Lagergehäuses4 hinein erstrecken und das Turbinenzuströmgehäuse4 und das Lagergehäuse2 miteinander verklemmen. An einer dieser axialen Seite8 gegenüberliegenden axialen Seite14 des Turbinengehäuses 3 ist das Einsatzstück5 positioniert, welches an dieser axialen Seite gegenüber dem Turbinenzuströmgehäuse4 vorsteht und das im Bereich des Turbinenrotors 6 entspannte erste Medium von der Turbine1 abführt. - Das Turbinenzuströmgehäuse
4 des erfindungsgemäßen Turboladers ist spiralartig, einstückig und doppelwandig ausgebildet, nämlich derart, dass zwischen einer äußeren Wand15 des Turbinenzuströmgehäuses4 und einer inneren Wand16 des Turbinenzuströmgehäuses4 ein Wasserkanal17 für Kühlwasser ausgebildet ist, wobei dieses Kühlwasser der Kühlung des Turbinenzuströmgehäuses dient. Der Wasserkanal17 wird demnach radial außen von der äußeren Wand15 und radial innen von der inneren Wand16 des spiralartigen, einstückigen Turbinenzuströmgehäuses 4 begrenzt, wobei sich an einer vom Wasserkanal17 abgewandten Seite der inneren Wand16 unmittelbar ein Führungskanal18 des Turbinenzuströmgehäuses 4 für das noch zu entspannende, erste Medium anschließt. - Der Wasserkanal
17 reduziert die thermische Belastung des Turbinenzuströmgehäuses 4, ferner erhöht der Wasserkanal17 die Containment-Sicherheit desselben. Insgesamt kann die Lebensdauer des Turbinenzuströmgehäuses4 erhöht werden. - Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Wasserkanals
17 eine in Umfangsrichtung des Zuströmgehäuses4 gesehen umlaufende, sich zwischen der äußeren Wand15 und der inneren Wand16 erstreckende Trennwand19 ausgebildet, die von sich in die äußere Wand15 des Turbinenzuströmgehäuses 4 eingebrachten, sich in Radialrichtung erstreckenden Kernlochbohrungen20 unter Ausbildung von Ausnehmungen21 in der Trennwand19 unterbrochen ist. Dabei ist der Wasserkanal17 über die Trennwand19 in zwei Teilkanäle17a ,17b unterteilt, wobei diese beiden Teilkanäle17a ,17b im Bereich der Kernlochbohrungen 20 durch die sich in die Trennwand19 hinein erstreckenden Kernlochbohrungen 20, die im Bereich der Trennwand19 die Durchbrüche21 bereitstellen, gekoppelt sind. Dadurch wird ein Übertritt des Kühlwassers zwischen den beiden Teilkanälen 17a, 17b ermöglicht. - In Umfangsrichtung gesehen sind über die äußere Wand
15 des Turbinenzuströmgehäuses 4 mehrere derartige sich in Radialrichtung erstreckende Kernlochbohrungen 20 verteilt, wobei sich jede der in Radialrichtung erstreckenden Kernlochbohrungen 20 in die Trennwand19 hinein erstreckt, sodass an mehreren Umfangspositionen, nämlich überall dort, wo Kernlochbohrungen20 ausgebildet sind, ein Übertritt des Kühlwassers zwischen den Teilkanälen17a ,17b des Wasserkanals 17 möglich ist. - Wie bereits ausgeführt, ist das Turbinenzuströmgehäuse
4 einstückig bzw. monolithisch ausgeführt, wobei die Trennwand19 zusammen mit der äußeren Wand15 und der inneren Wand16 integraler Bestandteil des einstückigen bzw. monolithischen Turbinenzuströmgehäuses4 ist, welches vorzugsweise durch Gießen hergestellt wird. - Wie bereits ausgeführt, ist Wasserkanal
17 über die Trennwand19 in die beiden Teilkanäle 17a, 17b unterteilt, die über die Durchbrüche21 gekoppelt sind. Dabei erstreckt sich der Teilkanal17a im Bereich der axialen Seite8 und der Teilkanal17b im Bereich der axialen Seite14 des Turbinenzuströmgehäuses4 . - Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass sich der Teilkanal
17a radial innen im Bereich der axialen Seite8 derart nach radial innen erstreckt, dass derselbe in Radialrichtung gesehen einen Abstand von dem Abschnitt12 des Turbinenzuströmgehäuses4 aufweist, in welchen sich die Befestigungsschrauben11 der Spannpratzenverbindung9 hinein erstrecken. Der an der gegenüberliegenden axialen Seite14 verlaufende Teilkanal17b erstreckt sich ebenfalls nach radial innen, und zwar derart, dass der Teilkanal17b an der axialen Seite14 des Turbinenzuströmgehäuses4 in Radialrichtung gesehen sich bis in einen Abschnitt22 des Turbinenzuströmgehäuses4 hinein erstreckt, an welchem ein radial äußerer Abschnitt23 des Einsatzstücks5 zur Anlage kommt. Hierdurch kann auch vom Einsatzstück5 , nämlich von dem mit dem noch zu entspannenden, ersten Medium in Kontakt kommenden Abschnitt23 desselben, Wärme effektiv abgeführt werden. - Die Erfindung betrifft demnach einen Turbolader, dessen Turbine
1 im gezeigten Ausführungsbeispiel als Radialturbine ausgeführt ist. Dabei betrifft die Erfindung konstruktive Details des Turbinenzuströmgehäuses4 des Turbinengehäuses3 der als Radialturbine ausgeführten Turbine1 des Turboladers. Durch die erfindungsgemäßen Details kann Wärme effektiv vom Turbinenzuströmgehäuse abgeführt werden, um die thermische Belastung desselben zu reduzieren. Ferner dienen die Details der Erhöhung der Containment-Sicherheit. Insgesamt kann die Lebensdauer des Turbinenzuströmgehäuses4 und damit der Turbine1 erhöht werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Turbine
- 2
- Lagergehäuse
- 3
- Turbinengehäuse
- 4
- Turbinenzuströmgehäuse
- 5
- Einsatzstück
- 6
- Turbinenrotor
- 7
- Welle
- 8
- Seite
- 9
- Spannpratzenverbindung
- 10
- Spannpratze
- 11
- Befestigungsschraube
- 12
- Abschnitt
- 13
- Abschnitt
- 14
- Seite
- 15
- Wand
- 16
- Wand
- 17
- Wasserkanal
- 17a
- Teilkanal
- 17b
- Teilkanal
- 18
- Führungskanal
- 19
- Trennwand
- 20
- Kernlochbohrung
- 21
- Durchbruch
- 22
- Abschnitt
- 23
- Abschnitt
Claims (8)
- Turbolader, mit einer Turbine (1) zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine (1) bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei die Turbine (1) ein Turbinengehäuse (3) mit einem Turbinenzuströmgehäuse (4) und einen Turbinenrotor (6) aufweist, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor (6) über eine Welle (7) gekoppelten Verdichterrotor aufweist, wobei das Turbinengehäuse (3) und das Verdichtergehäuse jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (2), in welchem die Welle (7) gelagert ist, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenzuströmgehäuse (4) derart spiralartig, einstückig und doppelwandig ausgebildet, dass zwischen einer äußeren Wand (15) des Turbinenzuströmgehäuses (4) und einer inneren Wand (16) des Turbinenzuströmgehäuses (4) ein Wasserkanal (17) zur Führung von Kühlwasser ausgebildet ist, und dass sich an die den Wasserkanal (17) begrenzende, innere Wand (16) des Turbinenzuströmgehäuses (4) an einer vom Wasserkanal (17) abgewandten Seite der inneren Wand (16) ein Führungskanal (18) des zu entspannenden ersten Mediums unmittelbar anschließt.
- Turbolader nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wasserkanals (17) eine in Umfangsrichtung gesehen umlaufende, sich zwischen der äußeren Wand (15) und der inneren Wand (16) ersteckende Trennwand (19) ausgebildet ist, die von in die äußere Wand (15) eingebrachten, sich in Radialrichtung erstreckenden Kernlochbohrungen (20) unterbrochen ist. - Turbolader nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (19) den Wasserkanal (17) in zwei Teilkanäle (17a, 17b) unterteilt, die über die sich in die Trennwand (19) hinein erstreckenden Kernlochbohrungen (20) miteinander gekoppelt sind. - Turbolader nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass jede der sich in Radialrichtung erstreckenden Kernlochbohrungen (20) sich in die Trennwand (19) hinein erstreckt, sodass die Trennwand (19) im Bereich jeder dieser Kernlochbohrungen (20) unterbrochen ist. - Turbolader nach einem der
Ansprüche 2 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (19) zusammen mit der äußeren Wand (15) und der inneren Wand (16) Bestandteil des spiralartigen, einstückigen und doppelwandigen Turbinenzuströmgehäuses (4) ist. - Turbolader nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenzuströmgehäuse (4) an einer ersten axialen Seite (8) mit einen ersten Abschnitt (12) an das Lagergehäuse (2) und an einer zweiten axialen Seite (14) mit einem zweiten Abschnitt (22) an ein Einsatzstück (5) angrenzt, wobei der Wasserkanal (17) an der ersten axialen Seite (8) in Radialrichtung gesehen mit Abstand vom ersten Abschnitt (12) endet. - Turbolader nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wasserkanal (17) an der zweiten axialen Seite (14) in Radialrichtung gesehen bis in den zweiten Abschnitt (22) hinein erstreckt. - Turbolader nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine eine Radialturbine ist.
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