DE102020004255A1 - Turbine wheel for a turbine of an exhaust gas turbocharger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Turbinenrad (10) für eine Turbine eines Abgasturboladers, mit einer Nabe (14) und mit wenigstens drei in Umfangsrichtung (18) des Turbinenrads (10) paarweise unmittelbar benachbarten und voneinander beabstandeten Turbinenschaufeln (16a-c), wobei die wenigstens drei Turbinenschaufeln (16a-c) paarweise voneinander unterschiedliche, in Umfangsrichtung (18) des Turbinenrads (10) verlaufende Winkelabstände (α, β) zueinander aufweisen.The invention relates to a turbine wheel (10) for a turbine of an exhaust gas turbocharger, with a hub (14) and with at least three turbine blades (16a-c) which are directly adjacent and spaced apart from one another in pairs in the circumferential direction (18) of the turbine wheel (10), the at least three turbine blades (16a-c) in pairs have different angular distances (α, β) from one another running in the circumferential direction (18) of the turbine wheel (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Turbinenrad für eine Turbine eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a turbine wheel for a turbine of an exhaust gas turbocharger according to the preamble of
Ein solches Turbinenrad für eine Turbine eines Abgasturboladers ist aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Das Turbinenrad weist eine Nabe und wenigstens drei in Umfangsrichtung des Turbinenrads aufeinanderfolgende und voneinander beabstandete Turbinenschaufeln auf, welche paarweise unmittelbar benachbart sind.Such a turbine wheel for a turbine of an exhaust gas turbocharger is already well known from the general state of the art and in particular from series vehicle construction. The turbine wheel has a hub and at least three turbine blades which follow one another in the circumferential direction of the turbine wheel and are spaced apart from one another and are directly adjacent in pairs.
Des Weiteren offenbart die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Turbinenrad der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten realisiert werden kann.The object of the present invention is to further develop a turbine wheel of the type mentioned at the outset in such a way that a particularly advantageous noise behavior can be achieved.
Diese Aufgabe wird durch ein Turbinenrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This problem is solved by a turbine wheel with the features of
Um ein Turbinenrad der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens drei Turbinenschaufeln paarweise voneinander unterschiedliche, in Umfangsrichtung des Turbinenrads beziehungsweise der Nabe verlaufende Winkelabstände zueinander aufweisen. In order to further develop a turbine wheel of the type specified in the preamble of
Hierdurch können übermäßige und unerwünschte Geräusche insbesondere während eines Betriebs der Turbine vermieden werden, sodass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Turbine beziehungsweise des Abgasturboladers insgesamt dargestellt werden kann.As a result, excessive and undesired noises can be avoided, in particular during operation of the turbine, so that a particularly advantageous noise behavior of the turbine or of the exhaust gas turbocharger can be achieved overall.
Unter dem Merkmal, dass die Turbinenschaufeln in Umfangsrichtung des Turbinenrads beziehungsweise der Nabe paarweise unmittelbar benachbart sind, ist insbesondere zu verstehen, dass eine erste der Turbinenschaufeln und eine zweite der Turbinenschaufeln in Umfangsrichtung des Turbinenrads unmittelbar benachbart sind, und die zweite Turbinenschaufel und die dritte Turbinenschaufel sind in Umfangsrichtung des Turbinenrads beziehungsweise der Nabe unmittelbar benachbart. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass in Umfangsrichtung des Turbinenrads beziehungsweise der Nabe zwischen der ersten und zweiten Turbinenschaufel beziehungsweise zwischen der zweiten und der dritten Turbinenschaufel keine andere, weitere Turbinenschaufel des Turbinenrads angeordnet ist. Des Weiteren ist unter dem Merkmal, dass die Turbinenschaufeln paarweise voneinander unterschiedliche, in Umfangsrichtung des Turbinenrads verlaufende Winkelabstände zueinander aufweisen, insbesondere folgendes zu verstehen: Die erste Turbinenschaufel und die zweite Turbinenschaufel weisen einen in Umfangsrichtung des Turbinenrads verlaufenden, ersten Winkelabstand zueinander auf, wobei die zweite Turbinenschaufel und die dritte Turbinenschaufel einen in Umfangsrichtung des Turbinenrads beziehungsweise der Nabe verlaufenden, zweiten Winkelabstand zueinander aufweisen. Dabei ist der erste Winkelabstand größer oder kleiner als der zweite Winkelabstand. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sind die Turbinenschaufeln in Umfangsrichtung des Turbinenrads ungleich voneinander beabstandet. Dadurch ist die sogenannte Schaufelfrequenz nicht gleich für alle Turbinenschaufeln, sodass die Entstehung von unerwünschten Geräuschen vermieden werden kann. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde:The feature that the turbine blades are directly adjacent in pairs in the circumferential direction of the turbine wheel or hub means, in particular, that a first turbine blade and a second turbine blade are directly adjacent in the circumferential direction of the turbine wheel, and the second turbine blade and the third turbine blade are immediately adjacent in the circumferential direction of the turbine wheel or the hub. This means in particular that no other, further turbine blade of the turbine wheel is arranged in the circumferential direction of the turbine wheel or the hub between the first and second turbine blade or between the second and third turbine blade. Furthermore, the feature that the turbine blades have different angular distances from one another in pairs running in the circumferential direction of the turbine wheel is to be understood in particular as follows: The first turbine blade and the second turbine blade have a first angular distance from one another running in the circumferential direction of the turbine wheel, with the the second turbine blade and the third turbine blade have a second angular spacing from one another running in the circumferential direction of the turbine wheel or hub. The first angular distance is larger or smaller than the second angular distance. In other words, the turbine blades are unequally spaced apart from one another in the circumferential direction of the turbine wheel. As a result, the so-called blade frequency is not the same for all turbine blades, so that unwanted noise can be avoided. The invention is based in particular on the following findings:
Üblicherweise weisen Turbinenräder für Turbinen von Abgasturboladern Turbinenschaufeln auf, welche in Umfangsrichtung des jeweiligen Turbinenrads paarweise gleich voneinander beabstandet sind. Hieraus resultiert während eines Betriebs des jeweiligen, herkömmlichen Abgasturboladers ein Geräusch, welches üblicherweise genau eine Frequenz aufweist. Dieses Geräusch kann beispielsweise von Insassen eines mit dem Abgasturbolader ausgestatteten Kraftfahrzeugs akustisch wahrgenommen und als unangenehm empfunden werden. Demgegenüber erzeugt das erfindungsgemäße Turbinenrad während des Betriebs des Abgasturboladers ein Geräusch, welches mehrere Frequenzen anstatt nur einer fixen Frequenz hat. Dadurch kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen das Geräuschverhalten verbessert werden, sodass beispielsweise ein besonders vorteilhaftes, auch als NVH-Verhalten bezeichnetes Geräuschverhalten eines mit dem das erfindungsgemäße Turbinenrad umfassenden Abgasturbolader ausgestatteten Kraftfahrzeugs realisiert werden kann (NVH - Noise Vibration Harshness). Es wurde gefunden, dass das Geräusch, welches von dem erfindungsgemäßen Turbinenrad erzeugt wird. nicht oder nicht übermäßig von Insassen des Kraftfahrzeugs wahrgenommen und nicht als unangenehm empfunden wird, da es sozusagen über mehrere Frequenzen verteilt ist.Turbine wheels for turbines of exhaust gas turbochargers usually have turbine blades which are spaced apart from one another in pairs in the circumferential direction of the respective turbine wheel. This results in a noise during operation of the respective conventional exhaust gas turbocharger, which usually has exactly one frequency. This noise can be perceived acoustically, for example, by the occupants of a motor vehicle equipped with the exhaust gas turbocharger and found to be unpleasant. In contrast, the turbine wheel according to the invention generates a noise during operation of the exhaust gas turbocharger, which has several frequencies instead of just one fixed frequency. As a result, the noise behavior can be improved compared to conventional solutions, so that, for example, a particularly advantageous noise behavior, also referred to as NVH behavior, can be realized in a motor vehicle equipped with the exhaust gas turbocharger comprising the turbine wheel according to the invention (NVH—Noise Vibration Harshness). It has been found that the noise generated by the turbine wheel according to the invention. is not perceived or not excessively perceived by the occupants of the motor vehicle and is not perceived as unpleasant because it is distributed over several frequencies, so to speak.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the single figure can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the frame to abandon the invention.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Turbinenrads für eine Turbine eines Abgasturboladers.In the only figure, the drawing shows a schematic front view of a turbine wheel according to the invention for a turbine of an exhaust gas turbocharger.
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Vorderansicht ein Turbinenrad 10 für eine Turbine eines Abgasturboladers. Beispielsweise ist der Abgasturbolader Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, welches insbesondere als Kraftwagen und ganz insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet sein kann. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Antriebsstrang und somit den Abgasturbolader aufweist. Beispielsweise umfasst der Antriebsstrang auch eine auch als Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Die Turbine des Abgasturboladers ist in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, wobei der Abgastrakt von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Somit kann das Abgas die Turbine durchströmen. Die Turbine weist ein Turbinengehäuse auf, in welchem das Turbinenrad 10 um eine Drehachse 12 drehbar aufgenommen ist. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine kann das Turbinengehäuse durchströmen und dadurch das Turbinenrad 10 antreiben, wodurch das Turbinenrad 10 um die Drehachse 12 relativ zu dem Turbinengehäuse gedreht wird.The only figure shows a
Die Verbrennungskraftmaschine weist auch einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt auf, mittels welchem die Luft in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine geleitet wird. Dabei umfasst der Abgasturbolader beispielsweise einen in dem Ansaugtrakt angeordneten Verdichter, mittels welchem die den Ansaugtrakt durchströmende Luft verdichtet wird. Der Verdichter umfasst ein Verdichtergehäuse und ein drehbar in dem Verdichtergehäuse angeordnetes Verdichterrad, mittels welchem die Luft verdichtet wird. Dabei ist das Verdichterrad, insbesondere über eine Welle, von dem Turbinenrad 10 antreibbar.The internal combustion engine also has an intake tract through which air can flow, by means of which the air is conducted into at least one combustion chamber of the internal combustion engine. In this case, the exhaust gas turbocharger comprises, for example, a compressor which is arranged in the intake tract and by means of which the air flowing through the intake tract is compressed. The compressor comprises a compressor housing and a compressor wheel which is arranged rotatably in the compressor housing and by means of which the air is compressed. The compressor wheel can be driven by the
Aus der Fig. ist erkennbar, dass das Turbinenrad 10 eine auch als Laufradnabe bezeichnete Nabe 14 aufweist, welche beispielsweise an sich beziehungsweise für sich alleine betrachtet zumindest in einem in axialer Richtung des Turbinenrads 10 verlaufenden Längenbereich außenumfangsseitig zumindest im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, das heißt die Form eines geraden Kreiszylinders aufweist. Außerdem umfasst das Turbinenrad 10 mehrere Turbinenschaufeln 15, welche auch als Laufradschaufeln oder Turbinenradschaufeln bezeichnet werden. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Turbinenschaufeln 15 in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 und somit in Umfangsrichtung der Nabe 14 aufeinanderfolgen und voneinander beabstandet sind. Dabei ist die Umfangsrichtung, welche sich um die Drehachse 12 herum erstreckt, in der Fig. durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulicht. Aus der Fig. ist ferner erkennbar, dass vier der Turbinenschaufeln 15 mit 16a-d bezeichnet sind, wobei diese vier Turbinenschaufeln 16a-d in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 paarweise unmittelbar benachbart sind. Dies bedeutet, dass die Turbinenschaufel 16b in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 direkt beziehungsweise unmittelbar auf die Turbinenschaufel 16a folgt, sodass zwischen den Turbinenschaufeln 16a-b keine andere, weitere Turbinenschaufel des Turbinenrads 10 angeordnet ist. Ferner folgt in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 die Turbinenschaufel 16c unmittelbar und somit direkt auf die Turbinenschaufel 16b, und die Turbinenschaufel 16d folgt unmittelbar beziehungsweise direkt in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 auf die Turbinenschaufel 16c.It can be seen from the figure that the
Um nun ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten des Turbinenrads 10 und somit der Turbine, des Abgasturboladers und des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren zu können, weisen die Turbinenschaufeln 16a-d paarweise voneinander unterschiedliche, in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 verlaufende Winkelabstände a, β und δ zueinander auf. Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Turbinenschaufeln 16a, b in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 um den einfach auch als erster Winkel bezeichneten Winkelabstand α voneinander beabstandet, während die Turbinenschaufeln 16b, c in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 um den einfach auch als zweiter Winkel bezeichneten Winkelabstand β und die Turbinenschaufeln 16c, d um den auch als dritter Winkel bezeichneten Winkelabstand δ voneinander beabstandet sind. Dabei ist der Winkelabstand α größer als der Winkelabstand β, und der Winkelabstand β ist größer als der Winkelabstand δ. Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkelabstand α 44,6 Grad, der Winkelabstand β 32,7 Grad und der Winkelabstand δ 25,4 Grad. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass die Turbinenschaufeln 15, insbesondere die Turbinenschaufeln 16a-d, baugleich beziehungsweise identisch sind. Insbesondere sind die Turbinenschaufeln 16a-d, insbesondere die Turbinenschaufeln 15, in die gleiche, in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 verlaufende Richtung gekrümmt, wobei die Turbinenschaufeln 15, insbesondere die Turbinenschaufeln 16a-d, vorwärts- oder rückwärtsgekrümmt sein können.In order to be able to implement a particularly advantageous noise behavior of the
Das Turbinenrad 10 ist als ein Radialturbinenrad ausgebildet. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die zuvor genannte Turbine als eine Radialturbine ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass während eines Betriebs der Turbine das zuvor genannte Abgas der Verbrennungskraftmaschine das Turbinenrad 10 in radialer Richtung des Turbinenrads 10 anströmt und in axialer Richtung des Turbinenrads 10 von dem Turbinenrad 10 abströmt.The
Des Weiteren ist besonders gut aus der Fig. erkennbar, dass sich die jeweiligen Winkelabstände α, β und δ auf jeweilige Endpunkte E der Turbinenschaufeln 16a-d beziehen. Der jeweilige Endpunkt ist dabei ein Ende, an dem die jeweilige Turbinenschaufel 16a-d auf einer einem Radrücken des Turbinenrads 10 in axialer Richtung des Turbinenrads 10 abgewandten Seite in radialer Richtung nach außen hin endet. Beispielsweise ist der jeweilige Endpunkt E ein jeweiliger Endpunkt einer jeweiligen, als Abströmkante 20 ausgebildeten Endkante der jeweiligen Turbinenschaufel 16a-d, wobei das Abgas die jeweilige Turbinenschaufel 16a-d über die Abströmkante 20 abströmt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt endet beispielsweise die jeweilige Abströmkante 20 in radialer Richtung des Turbinenrads 10 nach außen hin an dem jeweiligen Endpunkt E. Insbesondere ist aus der Fig. erkennbar, dass die Endpunkte E auf einem gemeinsamen, in der Fig. gestrichelt dargestellten und gedachten Kreis liegen, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse 12 liegt, wobei der Kreis einen Durchmesser D aufweist, welcher vorliegend beispielsweise 45 Millimeter beträgt.Furthermore, it can be seen particularly well from the figure that the respective angular distances α, β and δ relate to respective end points E of the turbine blades 16a-d. The respective end point is an end at which the respective turbine blade 16a-d ends in the radial direction outwards on a side facing away from a wheel back of the
Alternativ oder zusätzlich können sich die Winkelabstände α, β und δ auf jeweilige Schaufelfüße 22 der Turbinenschaufeln 16a-d beziehen. Über die Schaufelfüße 22 sind die Turbinenschaufeln 16a-d mit der Nabe 14 verbunden, insbesondere einstückig mit der Nabe 14 ausgebildet. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt gehen beispielsweise die Turbinenschaufeln 16a-d über ihre Schaufelfüße 22 in die Nabe 14 über. Somit ist es denkbar, dass die Turbinenschaufeln 16a-d zumindest nabenseitig die paarweise voneinander unterschiedlichen, in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 verlaufenden Winkelabstände α, β und δ aufweisen. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Schaufelfüße 22 und somit beispielsweise jeweilige, insbesondere zumindest im Wesentlichen linienförmige Verbindungsbereiche, in denen die Turbinenschaufeln 16a-d mit der Nabe 14 verbunden sind beziehungsweise in radialer Richtung nach außen hin ausgehend von der Nabe 14 beginnen, um die Winkelabstände α, β und δ voneinander beabstandet sind.Alternatively or additionally, the angular distances α, β and δ can relate to
Durch die voneinander unterschiedlichen beziehungsweise variierenden Winkelabstände α, β und δ kommt es beispielsweise während des Betriebs der Turbine, wobei sich während des Betriebs der Turbine das Turbinenrad 10 um die Drehachse 12 relativ zum Turbinengehäuse dreht, zu einem Geräusch, welches nicht nur eine einzige Frequenz, sondern mehrere, voneinander unterschiedliche Frequenzen aufweist. Somit ist das Geräusch nicht oder nur sehr geringfügig von Insassen des Kraftfahrzeugs wahrnehmbar und wird von den Insassen nicht als unangenehm empfunden. Damit kann ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten (NVH-Verhalten) des Kraftfahrzeugs insgesamt realisiert werden.Due to the different or varying angular distances α, β and δ, a noise occurs, for example during operation of the turbine, with
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Turbinenradturbine wheel
- 1212
- Drehachseaxis of rotation
- 1414
- Nabehub
- 1515
- Turbinenschaufelnturbine blades
- 16a-d16a-d
- Turbinenschaufelturbine blade
- 1818
- Doppelpfeildouble arrow
- 2020
- Abströmkantetrailing edge
- 2222
- Schaufelfußblade root
- EE
- Endpunktend point
- DD
- Durchmesserdiameter
- αa
- Winkelabstandangular distance
- ββ
- Winkelabstandangular distance
- δδ
- Winkelabstandangular distance
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 4140987 A1 [0003]DE 4140987 A1 [0003]
- DE 202017000272 U1 [0003]DE 202017000272 U1 [0003]
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DE202017000272U1 (en) | 2017-01-18 | 2017-02-22 | WIK - ELEKTROGERÄTE Entwicklungs- und Service-GmbH & Co. KG | hairdryer |
-
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Legal Events
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Owner name: MERCEDES-BENZ GROUP AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, STUTTGART, DE |
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