EP1672177B1 - Turbolader - Google Patents

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EP1672177B1
EP1672177B1 EP04029586A EP04029586A EP1672177B1 EP 1672177 B1 EP1672177 B1 EP 1672177B1 EP 04029586 A EP04029586 A EP 04029586A EP 04029586 A EP04029586 A EP 04029586A EP 1672177 B1 EP1672177 B1 EP 1672177B1
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EP
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layer
turbine
turbocharger according
housing
turbocharger
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Dirk Frankenstein
Ralf Böning
Hartmut Weiss
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BorgWarner Inc
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    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/231—Preventing heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position

Definitions

  • the invention relates to a turbocharger according to the preamble of claim 1.
  • a turbocharger is from the WO 2004/048755 A known.
  • Another turbocharger is from the EP 1 398 463 A1 known.
  • a heat shield is provided around its shaft on the turbine side, which serves to protect the bearing housing from damage due to excessive temperatures due to the flowing through the turbine exhaust gases of the engine.
  • the known heat shield consists of a single-layer component, the thermal insulation properties, however, are in need of improvement.
  • turbocharger specified in the preamble of claim 1, which ensures a means of disc spring axial fixation of the cartridge of the variable turbine geometry in Turbinenradsupplementary and on the other hand by means of heat shield allows improved thermal insulation in the direction of the bearing housing ,
  • the disc spring of the turbocharger according to the invention is formed of at least two, but optionally several layers of material and includes both the function of Vorspannkrafter Wegung and the improvement of the shielding function by increasing the thermal resistance. This makes it possible to ensure the function, in particular also of the exhaust gas temperatures.
  • one of the material layers is pot-shaped or pot-like, with a raised peripheral edge, while the other material layer is preferably formed as a flat disk.
  • u. U. advantageously be dispensed liquid cooling of the bearing housing.
  • the material layers can form both an integral part as well as two separate parts which rest on one another in the assembled state.
  • the material layers consist of the same material or that different materials are chosen.
  • Fig. 1 is a portion of a turbocharger 1 according to the invention shown, since this representation is sufficient for explaining the principles of the invention.
  • the turbocharger 1 all commonly provided construction elements, which, as I said in Fig. 1 however, are omitted for simplicity of illustration.
  • a turbine housing 2 of a turbine shown which is arranged adjacent to a bearing housing 3.
  • This bearing housing 3 is arranged between the turbine housing 2 and a compressor housing (not shown) of a likewise not shown compressor wheel.
  • the bearing housing 3 has the storage for a shaft which in Fig. 1 symbolized by the dash-dotted center line W, since Fig. 1 only the upper portion of the turbocharger 1 according to the invention reproduces.
  • the shaft W carries the turbine and the compressor wheel and is mounted in the bearing housing 3 via a suitable bearing arrangement.
  • a disc spring 4 according to the invention is clamped, which is formed in multiple layers.
  • two material layers 5 and 6 are provided, which are described below with reference to Fig. 2 and 3 be explained in more detail.
  • Fig.1 illustrates the arrangement of the disc spring 4 between the turbine housing 2 and the bearing housing 3, wherein due to the stepped structure of the disc spring 4, two support areas 10, 11 result, with which the disc spring, as in detail the Fig. 1 can be removed, is supported on the corresponding parts of the turbine housing 2 and the cartridge of the variable turbine geometry and the bearing housing 3.
  • Fig. 2 a first embodiment of the disc spring 4 according to the invention is shown.
  • the two layers of material 5 and 6 are integrally connected to each other in this embodiment, so that there is a uniform part.
  • Fig. 2 illustrates that the material layer 5, which applies the axial biasing force, a pot-like configuration with a circumferential raised edge 13 has.
  • the material layer 5 has a central recess 9, which is arranged coaxially to a central recess 8 of the material layer 6, which serves as a heat shield for the material layer 5, but has an equal or larger diameter.
  • an air gap 7 is provided, which further improves the thermal insulation properties.
  • Fig. 3 an alternative embodiment of the disc spring is shown, which is designated in this figure by the reference numeral 4 'in their entirety. All other corresponding parts have the same reference numerals as in Fig. 2 Mistake.
  • Fig.2 and 3 illustrates the material layer 6 in both cases, a flat disc.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Turbo lader ist aus der WO 2004/048 755 A bekannt.
  • Ein weiterer Turbolader ist aus der EP 1 398 463 A1 bekannt. Bei diesem Turbolader ist um dessen Welle herum auf der Turbinenseite ein Hitzeschild vorgesehen, der dazu dient, das Lagergehäuse vor Beschädigungen durch überhöhte Temperaturen aufgrund der durch die Turbine strömenden Abgase des Verbrennungsmotors zu schützen. Der bekannte Hitzeschild besteht aus einem einlagigen Bauteil, dessen Wärmedämmeigenschaften jedoch verbesserungsbedürftig sind.
  • In der EP 0 160 460 B1 ist eine weitere Anordnung dargestellt, wobei hier eine Scheibenfeder zum Einsatz kommt, die eine axiale Vorspannkraft auf den axial zu fixierenden Schaufellagerring ausübt. Die Funktion der Wärmedämmung ist aufgrund der Turbinenradferne an dieser Stelle nicht gefordert.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der zum einen mittels Scheibenfeder eine axiale Fixierung der Kartusche der variablen Turbinengeometrie in Turbinenradnähe gewährleistet und zum anderen mittels Hitzeschild eine verbesserte Wärmedämmung in Richtung des Lagergehäuses ermöglicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die Scheibenfeder des erfindungsgemäßen Turboladers ist aus zumindest zwei, gegebenenfalls jedoch mehreren Materiallagen ausgebildet und beinhaltet sowohl die Funktion der Vorspannkrafterzeugung als auch die Verbesserung der Abschirmfunktion durch Erhöhung des Wärmewiderstandes. Dadurch ist es möglich, die Funktion, insbesondere auch Der ernonten Abgastemperaturen, sicherzustellen.
  • Erfindungsgemäss ist eine der Materiallagen topfartig bzw. topfähnlich mit einem erhöhten umlaufenden Rand ausgebildet, während die andere Materiallage vorzugsweise als ebene Scheibe ausgebildet ist.
  • Zusätzlich kann u. U. vorteilhafterweise auf eine Flüssigkeitskühlung des Lagergehäuses verzichtet werden.
  • Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Durch das Vorsehen mehrerer Materiallagen wird es möglich, zur weiteren Verbesserung der Vorspannkraft- und/oder der Wärmedämmeigenschaften zwischen den Materiallagen einen Luftspalt vorzusehen.
  • Die Materiallagen können sowohl ein einstückiges Teil bilden wie auch zwei separate Teile, die im Montagezustand aufeinander aufliegen.
  • Ferner ist es grundsätzlich möglich, dass die Materiallagen aus demselben Material bestehen oder dass unterschiedliche Materialien gewählt werden.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
    • Fig. 1
    einen Teil eines erfindungsgemäßen Turboladers mit einer erfindungsgemäßen Scheibenfeder,
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungs- form der erfindungsgemäßen Scheibenfeder, und
    Fig. 3
    eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibenfeder.
  • In Fig. 1 ist ein Teilbereich eines erfindungsgemäßen Turboladers 1 dargestellt, da diese Darstellung für die Erläuterung der erfindungsgemäßen Prinzipien ausreichend ist. Natürlich weist der Turbolader 1 sämtliche üblicherweise vorgesehenen Konstruktionselemente auf, die, wie gesagt, in Fig. 1 jedoch zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen sind.
  • Somit ist in Fig. 1 ein Turbinengehäuse 2 einer Turbine dargestellt, das benachbart zu einem Lagergehäuse 3 angeordnet ist. Dieses Lagergehäuse 3 ist zwischen dem Turbinengehäuse 2 und einem Verdichtergehäuse (nicht dargestellt) eines ebenfalls nicht gezeichneten Verdichterrades angeordnet. Das Lagergehäuse 3 weist die Lagerung für eine Welle auf, die in Fig. 1 durch die strichpunktierte Mittellinie W symbolisiert ist, da Fig. 1 nur den oberen Teilbereich des erfindungsgemäßen Turboladers 1 wiedergibt.
  • Die Welle W trägt die Turbine und das Verdichterrad und ist über eine geeignete Lageranordnung im Lagergehäuse 3 gelagert.
  • Zwischen dem Lagergehäuse 3 und einer Kartusche K, die von einer VTG Scheibe 12 mit axialem Anschlag 14 und einem Schaufellagerring 15 gebildet wird und die in dem Turbinengehäuse 2 axial verschieblich angeordnet ist, ist eine erfindungsgemäße Scheibenfeder 4 eingespannt, die mehrlagig ausgebildet ist. Im Beispielsfalle sind hier zwei Materiallagen 5 und 6 vorgesehen, die nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert werden.
  • Fig.1 verdeutlicht die Anordnung der Scheibenfeder 4 zwischen dem Turbinengehäuse 2 und dem Lagergehäuse 3, wobei sich aufgrund des abgestuften Aufbaues der Scheibenfeder 4 zwei Abstützbereiche 10, 11 ergeben, mit denen sich die Scheibenfeder, wie im Einzelnen der Fig. 1 entnehmbar ist, an den entsprechenden Teilen des Turbinengehäuses 2 bzw. der Kartusche der variablen Turbinengeometrie und des Lagergehäuses 3 abstützt.
  • In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibenfeder 4 dargestellt. Die beiden Materiallagen 5 und 6 sind bei dieser Ausführungsform einstückig miteinander verbunden, so dass sich ein einheitliches Teil ergibt. Fig. 2 verdeutlicht, dass die Materiallage 5, die die axiale Vorspannkraft aufbringt, eine topfähnliche Ausgestaltung mit einem umlaufenden erhöhten Rand 13 aufweist. Ferner weist die Materiallage 5 eine Mittelausnehmung 9 auf, die koaxial zu einer Mittelausnehmung 8 der Materiallage 6, die als Hitzeschild für die Materiallage 5 dient, angeordnet ist, jedoch einen gleich großen oder größeren Durchmesser hat. Zwischen den Materiallagen 5 und 6 ist ein Luftspalt 7 vorgesehen, der die Wärmedämmeigenschaften weiter verbessert.
  • In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform der Scheibenfeder dargestellt, die in dieser Figur mit der Bezugsziffer 4' in ihrer Gesamtheit bezeichnet ist. Alle übrigen einander entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 versehen.
  • Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind hier die Materiallagen 5 und 6 separate getrennte Teile, die in Fig. 3 im Montagezustand, also in aufeinander aufliegender Stellung dargestellt sind. Ansonsten kann auf die Beschreibung zu Fig. 2 verwiesen werden.
  • Wie die Zusammenschau der Fig.2 und 3 verdeutlicht, ist die Materiallage 6 in beiden Fällen eine ebene Scheibe.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Turbolader/Abgasturbolader
    2
    Turbinengehäuse
    3
    Lagergehäuse
    4, 4'
    Scheibenfeder
    5, 6
    Materiallagen (5: Scheibenfederlage für Vorspannung; 6: Wärmeschutzlage für Lage 5 ohne Anla- ge/Berührung am Lagergehäuse)
    7
    Luftspalt
    8, 9
    Mittelausnehmungen
    10, 11
    Anlagebereiche
    12
    VTG Scheibe
    13
    Erhöhter umlaufender Rand
    14
    Axialer Anschlag
    15
    Schaufellagerring
    16
    Zentrierung der Kartusche K am Turbinengehäuse 2
    W
    Welle
    K
    Kartusche der variablen Turbinengeometrie

Claims (8)

  1. Turbolader (1)
    - mit einem Turbinengehäuse (2) eines Turbinenrades;
    - mit einer im Turbinengehäuse (2) angeordneten Kartusche (K) für die variable Turbinengeometrie;
    - mit einem Lagergehäuse (3), das zwischen dem Turbinengehäuse (2) und einem Verdichtergehäuse eines Verdichterrades angeordnet und in dem eine Lageranordnung für eine Welle (W) angeordnet ist, die das Turbinenrad und das Verdichterrad trägt; und
    - mit einer Scheibenfeder (4; 4'), die zwischen der Kartusche (K) und dem Lagergehäuse (3) angeordnet ist und die aus zumindest zwei Materiallagen (5, 6) aufgebaut ist, von denen eine Materiallage (6) als Wärmeschutzlage für die andere eine Scheibenfederlage bildende Materiallage (5) dient,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Scheibenfederlage (5) mit einem umlaufenden erhöhten Rand (13) topfartig ausgebildet ist, und
    - dass die Wärmeschutzlage (6) als ebene Scheibe ausgebildet ist, auf der die Scheibenfederlage (5) im Montagezustand mit ihrem umlaufenden erhöhten Rand (13) aufliegt.
  2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Materiallagen (5, 6) ein Luftspalt (7) angeordnet ist.
  3. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materiallage (5) die Kartusche (K) axial im Turbinengehäuse (2) fixiert.
  4. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materiallagen (5, 6) einstückig miteinander verbunden sind.
  5. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materiallagen (5, 6) separate Teile sind.
  6. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materiallagen (5, 6) aus demselben Material bestehen.
  7. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materiallagen (5, 6) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
  8. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materiallage (6) eine Wärmedämmung für die Materiallage (5) darstellt.
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