EP3988767A1 - Radial-flow gas turbine with supporting bearing - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialgasturbine (10) mit einem Turbinenrad (12) und einer Gaszuleitvorrichtung (14) zum Zuleiten eines Gases (16) zum Turbinenrad (12), die eine erste Begrenzungsplatte (20), eine zweite Begrenzungsplatte (22), verstellbare Leitschaufeln (24), die zwischen der ersten Begrenzungsplatte (20) und der zweiten Begrenzungsplatte (22) angeordnet sind, und eine Verstellvorrichtung (26) zum kollektiven Drehen der Leitschaufeln (24) aufweist, wobei die Leitschaufeln (24) jeweils einen Flügel (28) zum Leiten des Gases (16) und eine Verstellachse (44) zum Drehen des Flügels (28) aufweisen und in einem Hauptlager (30) an der ersten Begrenzungsplatte (20) gelagert sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest eine Leitschaufel (24) in einem Stützlager an der zweiten Begrenzungsplatte (22) gelagert ist und mittels einer Axialfeder (36) gegen die zweite Begrenzungsplatte (22) vorgespannt ist.The invention relates to a radial gas turbine (10) with a turbine wheel (12) and a gas supply device (14) for supplying a gas (16) to the turbine wheel (12), which has a first boundary plate (20), a second boundary plate (22), adjustable guide vanes (24) arranged between the first restriction plate (20) and the second restriction plate (22), and an adjusting device (26) for rotating the guide vanes (24) collectively, the guide vanes (24) each having a vane (28) for directing the gas (16) and an adjustment axis (44) for rotating the vane (28) and are mounted in a main bearing (30) on the first restriction plate (20). According to the invention, at least one guide vane (24) is mounted in a support bearing on the second delimiting plate (22) and is prestressed against the second delimiting plate (22) by means of an axial spring (36).

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialgasturbine mit (a) einem Turbinenrad und (b) einer Gaszuleitvorrichtung zum Zuleiten eines Gases zum Turbinenrad, die (i) eine erste Begrenzungsplatte, (ii) eine zweite Begrenzungsplatte, (iii) verstellbare Leitschaufeln, die zwischen der ersten Begrenzungsplatte und der zweiten Begrenzungsplatte angeordnet sind, und (iv) eine Verstellvorrichtung zum kollektiven Drehen der Leitschaufeln aufweist, (c) wobei die Leitschaufeln jeweils (i) einen Flügel zum Leiten des Gases und (ii) eine Verstellachse zum Drehen des Flügels aufweisen und (iii) in einem Hauptlager an der ersten Begrenzungsplatte gelagert sind.The invention relates to a radial gas turbine with (a) a turbine wheel and (b) a gas supply device for supplying a gas to the turbine wheel, which has (i) a first boundary plate, (ii) a second boundary plate, (iii) adjustable guide vanes between the first boundary plate and the second restriction plate, and (iv) a pitch mechanism for collectively rotating the guide vanes, (c) the guide vanes each having (i) a vane for directing the gas and (ii) a pitch axis for rotating the vane, and (iii ) are stored in a main bearing on the first boundary plate.

Derartige Radialgasturbinen sind häufig Bestandteile von Abgasturboladern. Abgasturbolader wiederum werden in Zylindermotoren eingesetzt, beispielsweise in Diesel oder Benzinmotoren, in der Regel in Fahrzeugen. Die Aufgabe der Radialgasturbinen ist es, dem einströmenden Gasstrom, in der Regel dem Abgasstrom, Energie zu entziehen. Oft wird diese Energie zum Verdichten von Ladeluft verwendet. Um die Leistungsabgabe des Turbinenrads steuern oder regeln zu können, sind Gaszuleitvorrichtungen bekannt. Die Leitschaufeln sind mittels der Verstellvorrichtung kollektiv so verstellbar, dass die Anströmung des Turbinenrades variiert werden kann.Such radial gas turbines are often components of exhaust gas turbochargers. In turn, exhaust gas turbochargers are used in cylinder engines, for example in diesel or gasoline engines, usually in vehicles. The task of radial gas turbines is to extract energy from the inflowing gas flow, usually the exhaust gas flow. This energy is often used to compress charge air. In order to be able to control or regulate the power output of the turbine wheel, gas supply devices are known. The guide vanes can be adjusted collectively by means of the adjusting device in such a way that the inflow onto the turbine wheel can be varied.

Nachteilig an bekannten Radialgasturbinen ist, dass sie im Vergleich zum maximal möglichen Wirkungsgrad einen suboptimalen Wirkungsgrad haben. Einer der Gründe dafür ist, dass zwischen den Flügeln und den Begrenzungsplatten vergleichsweise große Spalte vorgesehen werden müssen. Der Grund dafür wiederum ist, dass beim Betrieb der Radialgasturbine auftretende Schwingungen und Querkräfte sowie Temperaturschwankungen mit entsprechenden Bauteilverzügen andernfalls dazu führen könnten, dass die Flügel schwergängig werden und/oder sich verklemmen. Das kann zu erheblichem Verschleiß bis zur Zerstörung der Radialgasturbinen führen.A disadvantage of known radial gas turbines is that they have suboptimal efficiency compared to the maximum possible efficiency. One of the reasons for this is that comparatively large gaps have to be provided between the vanes and the boundary plates. The reason for this, in turn, is that vibrations and transverse forces that occur during operation of the radial gas turbine, as well as temperature fluctuations with corresponding component distortions, could otherwise lead to the blades becoming stiff and/or jamming. This can lead to significant wear and even destruction of the radial gas turbines.

Es ist ein weiterer Nachteil, dass die maximale Temperatur, die das Gas haben kann, bei Dieselmotoren in der Regel bei ca. 800°C liegt. Bei deutlich höheren Temperaturen, die insbesondere bei Benzinmotoren auftreten, verlieren selbst hochfeste Stähle deutlich an Festigkeit. Dazu kommt, dass Bauteile aus Stahl, die relativ zu einem anderen Bauteil bewegbar sein müssen, hohe Reibkoeffizienten zu diesen aufweisen und zum "Verkleben" mit diesen neigen. Beides führt zu hohem Verschleiß oder zur direkten Zerstörung der Radialgasturbine.Another disadvantage is that the maximum temperature that the gas can have is usually around 800°C in diesel engines. At significantly higher temperatures, which occur in particular in petrol engines, even high-strength steels lose significantly in strength. In addition, components made of steel, which must be able to move relative to another component, have high coefficients of friction with them and tend to "stick" to them. Both lead to high wear or direct destruction of the radial gas turbine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.The object of the invention is to reduce the disadvantages of the prior art.

Die Erfindung löst das Problem durch eine gattungsgemäße Radialgasturbine, bei der zumindest eine Leitschaufel in einem Stützlager an der zweiten Begrenzungsplatte gelagert ist und mittels einer Axialfeder gegen die zweite Begrenzungsplatte vorgespannt ist.The invention solves the problem by means of a generic radial gas turbine in which at least one guide vane is mounted in a support bearing on the second boundary plate and is prestressed against the second boundary plate by means of an axial spring.

Vorteilhaft an dieser Radialgasturbine ist, dass die zumindest eine Leitschaufel zweiseitig gelagert ist. Das begrenzt die Kippneigung der Flügel und minimiert die Toleranzketten, sodass kleinere Spalte zwischen den Flügeln und den Begrenzungsplatten eingestellt werden können. Dieses wiederum erhöht den Wirkungsgrad der Radialgasturbine.What is advantageous about this radial gas turbine is that the at least one guide vane is mounted on two sides. This limits the tendency of the wings to tilt and minimizes the tolerance chains, so that smaller gaps between the wings and the limiter plates can be set. This in turn increases the efficiency of the radial gas turbine.

Vorteilhaft ist zudem, dass die zweite Lagerung meist vergleichsweise wenig aufwändig ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Stützlager nicht um ein Wälzlager, das heißt, ein Lager mit Wälzlagerkörpern. Insbesondere ist das Lagersystem, bestehend aus Hauptlager und Stützlager, so ausgebildet, dass eine in axialer Richtung auf das Stützlager wirkende Kraft gleichzeitig eine radial einwärts wirkenden Kraftkomponente aufweist, die auf die Verstellachse im Bereich des Hauptlagers wirkt.It is also advantageous that the second bearing is usually comparatively less complex. In particular, the support bearing is not a roller bearing, that is, a bearing with roller bearing bodies. In particular, the bearing system, consisting of a main bearing and a support bearing, is designed such that a force acting on the support bearing in the axial direction simultaneously has a force component acting radially inward, which acts on the adjustment axis in the area of the main bearing.

In anderen Worten kann die Verstellachse im Stützlager begrenzt taumeln. Ein derartiges Stützlager kann in der Regel vergleichsweise einfach gefertigt werden. Zudem ist ein derartiges Stützlager häufig robust und gegen Bauteilverzüge bei Temperaturschwankungen relativ unempfindlich.In other words, the adjustment axis can wobble to a limited extent in the support bearing. Such a support bearing can usually be manufactured comparatively easily. In addition, such a support bearing is often robust and relatively insensitive to component distortions in the event of temperature fluctuations.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden unter den Begrenzungsplatten diejenigen Elemente verstanden, zwischen denen die Leitschaufeln angeordnet sind. In der Regel sind die Begrenzungsplatten scheibenförmig, das heißt, dass sie in zwei Flächenausdehnungen eine größere Abmessung besitzen, als in einer Ausdehnung senkrecht dazu. Es ist aber beispielsweise möglich, dass die Begrenzungsplatte Vorsprünge aufweist, die größer sein können als die Ausdehnung der Flächenerstreckung.Within the scope of the present description, the boundary plates are understood to mean those elements between which the guide vanes are arranged. As a rule, the boundary plates are disc-shaped, which means that they have a larger dimension in two surface areas than in one area perpendicular to them. However, it is possible, for example, for the delimiting plate to have projections which can be larger than the extension of the surface area.

Unter den Leitschaufeln werden Vorrichtungen verstanden, die einen Flügel aufweisen, der zum Leiten des Gases ausgebildet ist. Die Flügel weisen vorzugsweise eine Tragflächengeometrie auf. Das heißt insbesondere, dass sie ausgebildet sind zum Umleiten des Gases. Insbesondere sind die Flügel zum Variieren einer Anströmrichtung gestaltet, unter der das Gas auf das Turbinenrad strömt.Guide vanes are devices that have a vane that is designed to conduct the gas. The wings preferably have an airfoil geometry. This means in particular that they are designed to divert the gas. In particular, the vanes are designed to vary an inflow direction under which the gas flows onto the turbine wheel.

Die Begrenzungsplatten werden vorzugsweise von Verbindungselementen zusammengehalten und/oder zueinander positioniert. Alternativ ist eine Positionierung der zweiten Begrenzungsplatte über die gelagerten Leitschaufeln und/oder ein indirektes Zusammenhalten der Begrenzungsplatten über an die Gaszuleitvorrichtung angrenzende Bauteile möglich. In diesem Fall ist die Gaszuleitungsvorrichtung zwischen angrenzenden Bauteilen eingespannt.The boundary plates are preferably held together and/or positioned relative to one another by connecting elements. Alternatively, it is possible to position the second delimiting plate via the mounted guide vanes and/or hold the delimiting plates together indirectly via components adjoining the gas supply device. In this case, the gas supply device is clamped between adjacent components.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Stützlager eine konkave Lagerschale und eine Lagerkalotte auf, die in der Lagerschale aufgenommen ist. Bei der Lagerkalotte handelt es sich insbesondere um ein kugelförmiges Gebilde. Unter einer Kalotte wird ein konvex gekrümmter Abschnitt eines Bauteils verstanden. Insbesondere handelt es sich bei der Lagerkalotte um einen kreisförmig berandeten Teil eines Objekts. Die Lagerschale kann an der zweiten Begrenzungsplatte und die Lagerkalotte an der Verstellachse des Flügels oder umgekehrt angeordnet sein.According to a preferred embodiment, the support bearing has a concave bearing shell and a spherical cap that is accommodated in the bearing shell. The spherical cap is in particular a spherical structure. A cap is understood to mean a convexly curved section of a component. In particular, the spherical cap is a part of an object with a circular border. The bearing shell can be arranged on the second delimiting plate and the spherical cap on the adjustment axis of the wing or vice versa.

Besitzt das Stützlager - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen ― ein separates kugelförmiges Element, nämlich eine sogenannte Lagerkugel, so weisen die zweite Begrenzungsplatte sowie die Verstellachse des Flügels jeweils eine Lagerschale auf. Ist eine Lagerkugel vorhanden, ist diese vorzugsweise aus Stahl oder Keramik gefertigt.Does the support bearing - as provided for in a preferred embodiment - a separate spherical element, namely a so-called Bearing ball, the second delimiting plate and the adjustment axis of the wing each have a bearing shell. If there is a bearing ball, it is preferably made of steel or ceramic.

Der Krümmungsradius der Lagerschale ist zumindest so groß wie der Krümmungsradius der Lagerkalotte in dem Punkt, in dem die Lagerschale und die Lagerkalotte in Kontakt miteinander stehen.The radius of curvature of the bearing shell is at least as large as the radius of curvature of the bearing shell at the point at which the bearing shell and the bearing shell are in contact with one another.

Die Lagerkalotte kann vorzugsweise in der Lagerschale taumeln. Besonders bevorzugt bewirkt eine Auslenkung der Verstellachse aus ihrer Soll-Lage eine Rückstellkraft, die beispielsweise über parabelförmige Geometrien bei Lagerschale und Lagerkalotte erreicht werden kann.The spherical cap can preferably wobble in the bearing shell. Particularly preferably, a deflection of the adjustment axis from its desired position causes a restoring force, which can be achieved, for example, via parabolic geometries in the bearing shell and spherical cap.

Günstig ist es, wenn die Axialfeder wellenförmig gebogen ist. Diese Wellenform bezieht sich auf die Radialkomponente. In anderen Worten ist die Axialfeder im Querschnitt wellenförmig gebogen. Die Axialfeder kann beispielsweise eine Tellerfeder sein, die Ausnehmungen aufweisen kann. gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Axialfeder einen Außenring, an dem die einzelnen Wellenelemente angebunden sind und eine rechteckige bzw. trapezförmige Geometrie aufweisen. Dies ermöglicht auch, die Axialfeder in die Bohrung der ersten Begrenzungsplatte einzupressen. Alternativ ist die Anbindung der Wellenelemente auch über einen Innenring möglich, der im Bereich der Verstellachse der Leitschaufel fixiert werden kann.It is favorable if the axial spring is bent in a wave shape. This waveform is related to the radial component. In other words, the axial spring is curved in a wavy shape in cross section. The axial spring can be a plate spring, for example, which can have recesses. according to a preferred embodiment, the axial spring has an outer ring to which the individual shaft elements are connected and have a rectangular or trapezoidal geometry. This also makes it possible to press the axial spring into the bore of the first delimiting plate. Alternatively, the shaft elements can also be connected via an inner ring, which can be fixed in the area of the adjustment axis of the guide vane.

Günstig ist es, wenn die Axialfeder aus Stahl gefertigt ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vorgespannte Axialfeder bei hohen Temperaturen über 800 °C ein begrenztes Setzverhalten aufweist und sich der Gegenkontur anpasst unter Beibehaltung einer restlichen Vorspannkraft, was mit geeigneten Stahlsorten machbar ist. Dadurch wird der Flächenkontakt erhöht und die Flächenpressung verringert, was sich auf den Verschleiß günstig auswirkt. Es ist aber auch möglich, die Axialfeder aus einem anderen Material herzustellen.It is favorable if the axial spring is made of steel. It is particularly advantageous if the prestressed axial spring has a limited setting behavior at high temperatures above 800 °C and adapts to the counter-contour while maintaining a residual prestressing force, which can be done with suitable types of steel. This increases the surface contact and reduces the surface pressure, which has a favorable effect on wear. However, it is also possible to produce the axial spring from a different material.

Günstig ist es, wenn das Hauptlager eine Lagerbuchse aufweist. Bei hohen Temperaturen kann es bei ungünstigen Materialpaarungen leicht zu Lagerschäden kommen. Von daher ist eine Lagerung in einer Lagerbuchse besonders günstig. Diese Lagerbuchse ist vorzugsweise aus Stahl und/oder aus Keramik gefertigt. Das ermöglicht eine Optimierung der Reibpaarung. Bei der Keramik handelt es sich vorzugsweise um Zirkonoxid, da dieses einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie Stahl hat.It is favorable if the main bearing has a bearing bush. At high temperatures, unfavorable material pairings can easily lead to bearing damage come. Therefore, storage in a bearing bush is particularly favorable. This bearing bush is preferably made of steel and/or ceramic. This enables optimization of the friction pairing. The ceramic is preferably zirconium oxide, since this has a similar coefficient of expansion as steel.

Vorzugsweise weißt das Hauptlager ein Scheibenelement auf. Dieses Scheibenelement stützt den Flügel und verhindert ein zu starkes Kippen des Flügels. Vorzugsweise liegt eine Stirnfläche des Scheibenelements - verbunden oder unverbunden - am Flügel an. Es ist möglich, dass die Stirnfläche verbunden oder unverbunden am Flügel anliegt.The main bearing preferably has a disc element. This disk element supports the wing and prevents the wing from tilting too much. Preferably, an end face of the disc element - connected or unconnected - on the wing. It is possible that the end face is connected or not connected to the wing.

Günstig ist es, wenn die Axialfeder zum Drücken des Scheibenelements in Richtung auf den Flügel zu angeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, nicht aber notwendig, dass das Scheibenelement relativ zum Flügel bewegbar ist.It is favorable if the axial spring is arranged to press the disc element in the direction of the wing. In particular, it is possible, but not necessary, for the disc element to be movable relative to the wing.

Günstig ist es, wenn die Axialfeder angeordnet ist zum Ausüben einer Federkraft zwischen der ersten Begrenzungsplatte und dem Stützlager.It is favorable if the axial spring is arranged to exert a spring force between the first delimiting plate and the support bearing.

Besonders günstig ist es, wenn die Axialfeder so ausgebildet ist, dass eine Federkurve, die die Abhängigkeit einer Federkraft von einer Auslenkung der Axialfeder aus einer Nullstellung beschreibt, einen ersten Abschnitt mit einer ersten Federkonstanten und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Federkonstanten hat, wobei die erste Federkonstante kleiner ist als die zweite Federkonstante. Das führt dazu, dass die axialen Toleranzen der Bauteile mittels kleiner Kräfte ausgeglichen werden und die Federkraft im zweiten Abschnitt die gewünschten höheren Kräfte aufweist, sodass eine geeignete Rückstellkraft auf den Flügel entsteht, die den Flügel in Richtung auf die Soll-Lage zurückdrückt. Das wirkt einem Verklemmen der Flügel entgegen.It is particularly favorable if the axial spring is designed in such a way that a spring curve, which describes the dependency of a spring force on a deflection of the axial spring from a zero position, has a first section with a first spring constant and a second section with a second spring constant, with the first spring constant is less than the second spring constant. As a result, the axial tolerances of the components are compensated for by means of small forces and the spring force in the second section has the desired higher forces, so that a suitable restoring force is generated on the wing, which pushes the wing back towards the target position. This counteracts jamming of the wings.

Der erste Abschnitt verläuft insbesondere vom Anfang der Federkurve bis zu dem Punkt, an dem die erste Ableitung der Federkurve nach der Auslenkung einen Wendepunkt hat. Günstig ist es, wenn die Axialfeder so montiert ist, dass sie bei geringer Auslenkung, also dann, wenn die Federkurve im ersten Abschnitt ist, an einer vorgegebenen Anzahl an Stützstellen an einer Axialfederlagerstruktur anliegt. Wird die Auslenkung größer, so liegt die Axialfeder an zumindest einer weiteren Stützstelle an der Axiallagerfederstruktur an, was dazu führt, dass die Federkonstante zunimmt. Die Axialfeder wird in anderen Worten härter.In particular, the first section runs from the beginning of the spring curve to the point at which the first derivative of the spring curve after the deflection has an inflection point. It is favorable if the axial spring is mounted in such a way that it is activated at low deflection, ie when the spring curve is in the first section a predetermined number of support points on an axial spring bearing structure. If the deflection becomes greater, then the axial spring rests against at least one further support point on the axial bearing spring structure, which means that the spring constant increases. In other words, the axial spring becomes harder.

Die erste Federkonstante kann beispielsweise aus der Ausgleichsgeraden im ersten Abschnitt berechnet werden, die zweite Federkonstante aus einer zweiten Ausgleichsgeraden durch den zweiten Abschnitt.The first spring constant can be calculated, for example, from the straight line in the first section, the second spring constant from a second straight line through the second section.

Vorzugsweise weist die Axialfeder einen Außen- oder Innen-Axialfeder-Ring auf und zwei oder mehr Axialfeder-Elemente sind an dem Axialfeder-Ring angeordnet.The axial spring preferably has an outer or inner axial spring ring and two or more axial spring elements are arranged on the axial spring ring.

Vorzugsweise ist das Scheibenelement als Dichtscheibe ausgebildet, die am Flügel anliegt. Diese Dichtscheibe ist insbesondere so ausgebildet, dass sie einen Gasfluss seitlich am Flügel vorbei vermindert.The disk element is preferably designed as a sealing disk which rests against the wing. This sealing washer is designed in particular in such a way that it reduces a gas flow past the side of the wing.

Günstig ist es, wenn das Scheibenelement einen Dichtabschnitt aufweist, der sich in Axial- und in Umfangs-Richtung erstreckt und ein Strömungspfad vom Gas am Flügel vorbei verlängert. In anderen Worten wirkt der Dichtabschnitt des Scheibenelements wie eine Labyrinth-Dichtung. Der Dichtabschnitt verläuft zumindest abschnittsweise und zumindest teilweise in axialer Richtung. Unter dem Merkmal, dass der Dichtabschnitt sich in Umfangs-Richtung erstreckt, wird insbesondere verstanden, dass er in Umfangs-Richtung zumindest überwiegend durchgängig ausgebildet ist. Grundsätzlich ist es möglich, dass der Dichtabschnitt Lücken aufweist, das aber führt in der Regel zu einer geringeren Dichtwirkung, weshalb es günstig ist, wenn das Scheibenelement in Umfangs-Richtung weitgehend durchgängig, insbesondere komplett durchgängig, ist.It is favorable if the disk element has a sealing section which extends in the axial and circumferential direction and lengthens a gas flow path past the wing. In other words, the sealing section of the disk element acts like a labyrinth seal. The sealing section runs at least in sections and at least partially in the axial direction. The feature that the sealing section extends in the circumferential direction means in particular that it is at least predominantly designed to be continuous in the circumferential direction. In principle, it is possible for the sealing section to have gaps, but this generally leads to a lower sealing effect, which is why it is favorable if the disk element is largely continuous, in particular completely continuous, in the circumferential direction.

Das Scheibenelement greift vorzugsweise in eine, insbesondere kreisförmige, Ausnehmung in der ersten Begrenzungsplatte ein. Vorzugsweise hat die Ausnehmung eine Außenkontur, die einer Außenkontur des Scheibenelements im Wesentlichen entspricht. Insbesondere ist die Außenkontur der Dichtscheibe um einen kleinen Betrag kleiner als die Außenkontur der Ausnehmung. Je geringer der Unterschied zwischen der Außenkontur der Ausnehmungen und der Außenkontur der Dichtscheibe, umso größer ist der Strömungswiderstand für Gas, das am Flügel vorbei strömt.The disc element preferably engages in a recess, in particular a circular one, in the first delimiting plate. The recess preferably has an outer contour which essentially corresponds to an outer contour of the disk element. In particular, the outer contour of the sealing disk is smaller by a small amount than the outer contour of the recess. The smaller the difference between the outer contour of the recesses and the outer contour of the sealing disc, the greater the flow resistance for gas that flows past the wing.

Ist die Dichtscheibe zylinderförmig berandet, so ist die Ausnehmung vorzugsweise ebenfalls zylinderförmig berandet. Der Unterschied in den Radien ist vorzugsweise kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5%.If the sealing disc has a cylindrical border, the recess preferably also has a cylindrical border. The difference in the radii is preferably less than 10%, in particular less than 5%.

Vorzugsweise hat die Dichtscheibe einen Dichtscheiben-Außendurchmesser, der zumindest 50% größer ist als der Durchmesser der Verstellachse der Leitschaufel. So wird bei vergleichsweise kleinem Durchmesser der Verstellachse eine gute Abdichtwirkung erreicht.The sealing washer preferably has an outer diameter of the sealing washer which is at least 50% larger than the diameter of the adjustment axis of the guide vane. A good sealing effect is thus achieved with a comparatively small diameter of the adjustment axis.

Günstig ist es, wenn der Dichtscheiben-Außendurchmesser höchstens 20% kleiner ist als ein Ausnehmungs-Innendurchmesser der Ausnehmung. Der Ausnehmungs-Innendurchmesser ist der Durchmesser des Ausgleichskreises durch den Rand der Ausnehmung. Wie oben beschrieben, führt das zu einer guten Dichtwirkung.It is favorable if the outer diameter of the sealing disk is at most 20% smaller than the inner diameter of the recess. The recess inner diameter is the diameter of the compensating circle through the edge of the recess. As described above, this leads to a good sealing effect.

Günstig ist es, wenn ein Drehachsen-Abstand zwischen zwei benachbarten Verstellachsen-Drehachsen höchstens das 1,5-fache, bevorzugt das 1,2-fache oder weniger, des Dichtscheiben-Außendurchmessers beträgt. Das trägt zu einer erhöhten Dichtwirkung bei.It is favorable if a rotation axis distance between two adjacent adjustment axis rotation axes is at most 1.5 times, preferably 1.2 times or less, the outer diameter of the sealing disk. This contributes to an increased sealing effect.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Dichtscheiben-Außendurchmesser auch dann existiert, wenn die Dichtscheibe nicht im streng mathematischen Sinne zylinderförmig berandet ist. In diesem Fall handelt es sich um den Außendurchmesser eines Umkreises. Der Umkreis ist derjenige Kreis minimalen Durchmessers, der um den Querschnitt der Ausnehmungen gelegt werden kann.It should be noted that the outer diameter of the sealing disk also exists if the sealing disk is not cylindrical in the strict mathematical sense. In this case it is the outside diameter of a perimeter. The circumcircle is the minimum diameter circle that can be placed around the cross section of the recesses.

Vorzugsweise weist das Scheibenelement zur Verstellachse des Flügels hin einen Kragen auf, der dem Kippen des Flügels entgegenwirkt. Vorteilhaft ist, wenn der Kragen eine größere axiale Höhe aufweist und so gleichzeitig eine Lagerbuchse bildet. Eine gleichwertige Beschreibung ist, dass die Lagerbuchse einen Lagerbuchsenkragen mit größerer radialer Ausdehnung in Richtung Flügel aufweist, der innerhalb der kreisförmigen Ausnehmung der ersten Begrenzungsplatte angeordnet ist. Mit anderen Worten bildet der Kragen der Lagerbuchse das Scheibenelement bzw. die Dichtscheibe.The disc element preferably has a collar towards the adjustment axis of the wing, which collar counteracts the tilting of the wing. It is advantageous if the collar has a greater axial height and thus forms a bearing bush at the same time. An equivalent description is that the bushing has a bushing collar of greater radial extent towards the vane, located within the circular recess of the first restriction plate is arranged. In other words, the collar of the bearing bush forms the disc element or the sealing disc.

Vorzugsweise ist der Lagerbuchsenkragen der Lagerbuchse innerhalb der kreisförmigen Ausnehmung angeordnet ist.The bearing bushing collar of the bearing bushing is preferably arranged within the circular recess.

Vorzugsweise gilt für zumindest eine Mehrzahl der Leitschaufeln, insbesondere für alle Leitschaufeln, dass der Abstand zwischen Verstellachse der Leitschaufel und Flügel-Abströmkante des Flügels zumindest so groß ist wie der Dichtscheibenradius. In anderen Worten steht die Flügel-Abströmkante über die Dichtscheibe über oder schließt mit dieser ab.It is preferably the case for at least a majority of the guide vanes, in particular for all guide vanes, that the distance between the adjustment axis of the guide vane and the wing trailing edge of the wing is at least as large as the sealing disk radius. In other words, the trailing edge of the wing protrudes beyond the sealing disk or closes with it.

Günstig ist es, wenn das Scheibenelement, insbesondere die Dichtscheibe, eine dem Flügel zugewandte Flügelträgerfläche hat und mit dem Flügel drehfest verbunden ist, wobei die Flügelträgerfläche eine örtliche axiale Vertiefung zum Verhindern einer Kollision mit der Flügel-Abströmkante des benachbarten Flügels aufweist. Der Hintergrund zu diesem bevorzugten Merkmal ist, dass die Flügel-Abströmkante beim Zurückdrehen (Schließdrehung) aus der maximalen Öffnungslage die Dichtscheibe der benachbarten Leitschaufel immer an der gleichen Stelle trifft. An dieser Stelle hat die Dichtscheibe vorzugsweise die Vertiefung und eine Rampe, die in Richtung Schließdrehung ansteigt. Damit wird verhindert, dass, im Falle von Schiefstellungen benachbarter Leitschaufeln und trotz sehr kleiner Spalte kein Aufeinandertreffen von Kanten sondern ein Einfädeln der Flügel-Abströmkante in die benachbarte Dichtscheibe und ein kollisionsfreies gleichmäßiges Ausrichten der benachbarten Leitschaufeln über Rampen erfolgt. Besonders vorteilhaft ist, dass schon bei einem kleinen Schließwinkel nach dem Einfädeln ein perfekt ausgerichtetes System von Leitschaufeln entsteht, das minimale und gleichmäßige Spalte zwischen den Begrenzungsplatten aufweist.It is favorable if the disk element, in particular the sealing disk, has a wing support surface facing the wing and is connected to the wing in a rotationally fixed manner, the wing support surface having a local axial depression to prevent a collision with the wing trailing edge of the adjacent wing. The background to this preferred feature is that the trailing edge of the wing always hits the sealing washer of the adjacent guide vane at the same point when rotating back (closing rotation) from the maximum open position. At this point, the sealing disk preferably has the indentation and a ramp which rises in the direction of the closing rotation. This prevents, in the event of misalignment of adjacent guide vanes and despite a very small gap, that the edges do not meet, but that the trailing edge of the wing threads into the adjacent sealing disk and a collision-free, even alignment of the adjacent guide vanes via ramps takes place. It is particularly advantageous that even with a small closing angle after threading, a perfectly aligned system of guide vanes is created, which has minimal and even gaps between the limiting plates.

Besonders günstig ist, dass ein perfekt ausgerichtetes System von Leitschaufeln mit minimalen Spalten bei geringen, bis mittleren Öffnungswinkeln vorliegt, da diesen Bereichen für den Wirkungsgrad besondere Bedeutung zukommt.It is particularly favorable that there is a perfectly aligned system of guide vanes with minimal gaps at low to medium opening angles, since these areas are of particular importance for efficiency.

Vorzugsweise hat die Dichtscheibe eine im Wesentlichen kreisförmige Außenkontur. Herunter ist insbesondere zu verstehen, dass eine Abweichung von einer idealen kreisförmigen Außenkontur vorzugsweise im Mittel höchstens 10%, insbesondere höchstens 5% beträgt.The sealing washer preferably has an essentially circular outer contour. Under is to be understood in particular that a deviation from an ideal circular outer contour is preferably on average at most 10%, in particular at most 5%.

Um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, ist die Summe der Flügellängen aller Leitschaufeln vorzugsweise größer als der Kreisumfang auf dem die Verstellachsen angeordnet sind. Das hat zur Folge, dass, auch wenn die Dichtscheiben einen maximalen Durchmesser ausweisen und sich ohne Spalte aneinanderreihen, die Enden der Flügel über die Dichtscheiben hinausragen. Dies ist insbesondere im Bereich der Flügel-Anströmkante ungünstig, da Spalte an dieser Stelle für den Wirkungsgrad besonders nachteilig sind.In order to achieve good efficiency, the sum of the wing lengths of all guide vanes is preferably greater than the circumference on which the adjustment axes are arranged. As a result, even if the sealing disks have a maximum diameter and line up without gaps, the ends of the wings protrude beyond the sealing disks. This is particularly unfavorable in the area of the leading edge of the wing, since gaps at this point are particularly disadvantageous for the efficiency.

Vorzugsweise sind (a) die Flügel so ausgebildet, dass die Flügel-Abströmkanten der Flügel beim Schließen der Gaszuleitvorrichtung die benachbarten Dichtscheiben überstreichen und/oder (b) beim Übergang, wenn sich die Flügel-Abströmkanten von der axialen Vertiefung zur ebenen Flügelträgerfläche bewegen, die Leitschaufeln und die Dichtscheiben kollektiv eben ausgerichtet werden.Preferably, (a) the vanes are designed in such a way that the trailing edges of the vanes sweep over the adjacent sealing discs when the gas supply device is closed and/or (b) during the transition, when the trailing edges of the vanes move from the axial depression to the planar vane support surface, the Guide vanes and the sealing washers are collectively leveled.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist (a) eine Erstbegrenzungsplattendicke der ersten Begrenzungsplatte höchstens 30%, insbesondere höchstens 20%, größer als eine Zweitbegrenzungsplattendicke der zweiten Begrenzungsplatte und/oder (b) eine Erstbegrenzungsplattenmasse der ersten Begrenzungsplatte höchstens 50%, insbesondere höchstens 20%, größer als eine Zweitbegrenzungsplattenmasse der zweiten Begrenzungsplatte.According to a preferred embodiment, (a) a first limiting plate thickness of the first limiting plate is at most 30%, in particular at most 20%, larger than a second limiting plate thickness of the second limiting plate and/or (b) a first limiting plate mass of the first limiting plate is at most 50%, in particular at most 20% larger as a second constraint plate mass of the second constraint plate.

Günstig ist es, wenn ein Dichtscheiben-Radius der Dichtscheibe im Bereich einer Flügel-Anströmkante des Flügels größer ist als der durchschnittliche Radius der Dichtscheibe. Wenn in diesem Fall von einem Radius gesprochen wird, so ist damit der Strahl gemeint, der von der Drehachse der Drehscheibe nach radial auswärts verläuft. Insbesondere wird auch dann von einem Radius gesprochen, wenn die Dichtscheibe nicht im strengen Sinne kreisförmig ist. Dadurch, dass der Dichtscheiben-Radius im Bereich der Flügel-Anströmkante des Flügels größer ist als der durchschnittliche Radius, kann die axiale Lücke zwischen dem Flügel und der ersten Begrenzungsplatte minimiert und werden. Insbesondere ist es möglich und bevorzugt, dass der Dichtscheiben-Radius im Bereich der Flügel-Anströmkante zumindest im Wesentlichen einen Abstand der Flügel-Anströmkante von der Dichtscheibe entspricht. In anderen Worten ist die relative Abweichung zwischen beiden höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%. Ideale wäre eine Abweichung von 0%, was aber technisch quasi nicht erreichbar ist. Bei 0% Abweichung entspricht der Dichtscheiben-Radius dem Abstand der Flügel-Anströmkante des Flügels von der Drehachse der Dichtscheibe, und es existiert keine Lücke zwischen dem Flügel und der Dichtscheibe, durch die ein Gas-Leckstrom treten könnte. Dies ist besonders günstig.It is favorable if a sealing disk radius of the sealing disk in the area of a wing leading edge of the wing is larger than the average radius of the sealing disk. When speaking of a radius in this case, it means the ray that runs radially outwards from the axis of rotation of the turntable. In particular, a radius is also spoken of when the sealing washer is not strictly circular. Because the sealing washer radius in the area of the wing leading edge of the wing is larger than the average radius, the axial gap between the wing and the first boundary plate minimized and become. In particular, it is possible and preferred that the sealing disk radius in the region of the leading edge of the wing corresponds at least essentially to a distance between the leading edge of the wing and the sealing disk. In other words, the relative deviation between the two is at most 10%, in particular at most 5%. A deviation of 0% would be ideal, but this is practically unattainable from a technical point of view. At 0% deviation, the seal radius equals the distance of the wing leading edge of the wing from the axis of rotation of the seal, and there is no gap between the wing and the seal for gas leakage to occur. This is particularly cheap.

Unter dem Merkmal, dass der Dichtscheiben-Radius der Dichtscheibe im Bereich der Flügel-Anströmkante größer ist als der durchschnittliche Radius der Dichtscheibe wird insbesondere verstanden, dass dies über einen Winkelbereich von bis zu 25° vorliegt.The feature that the sealing disk radius of the sealing disk in the area of the leading edge of the wing is greater than the average radius of the sealing disk means in particular that this is present over an angular range of up to 25°.

Günstig ist es, wenn der Flügel eine stärker gekrümmte Tragflächenoberseite und eine weniger gekrümmte Tragflächenunterseite aufweist. Die Tragflächenoberseite und die Tragflächenunterseite sind durch die Sehne des Flügels voneinander getrennt. Der Winkelbereich, in den der Dichtscheiben-Radius größer ist als im Durchschnitt, liegt vorzugsweise auf der Seite der Tragflächenoberseite.It is favorable if the wing has a more strongly curved upper side of the wing and a less curved lower side of the wing. The upper surface of the wing and the lower surface of the wing are separated by the chord of the wing. The angular range in which the sealing washer radius is greater than average is preferably on the wing top side.

Vorzugsweise besitzt die Verstellvorrichtung Hebel zum Drehen der Leitschaufeln um ihre jeweilige Verstellachse und besitzt zudem einen Verbindungsring, mittels dem die Hebel spielfrei miteinander verbunden sind. Bei bisherigen Radialgasturbinen, insbesondere bei bestehenden Abgasturboladern, sind die Hebel mit Spiel mit dem Verbindungsring verbunden. Das hat den Nachteil, dass die beim Betrieb der Radialgasturbine auftretenden Schwingungen durch die pulsierenden Gaskräfte zu einem Verschleiß zwischen Verbindungsring und Hebeln führen. Je größer aber das Spiel ist, desto stärker ist der Verschleiß. Es kommt damit mit zunehmenden Einsatzdauer der Radialgasturbine nicht nur zu fortschreitendem Verschleiß, sondern auch zu einer zunehmenden Verschleißgeschwindigkeit, was unerwünscht ist. Dadurch, dass der Verbindungsring spielfrei mit den Hebeln verbunden ist, können Schwingungen der Flügel stark gedämpft oder sogar unterdrückt werden. Das vermindert den Verschleiß.The adjustment device preferably has levers for rotating the guide vanes about their respective adjustment axis and also has a connecting ring, by means of which the levers are connected to one another without play. In previous radial gas turbines, in particular in existing exhaust gas turbochargers, the levers are connected to the connecting ring with play. This has the disadvantage that the vibrations that occur during operation of the radial gas turbine due to the pulsating gas forces lead to wear between the connecting ring and the levers. However, the greater the play, the greater the wear. With increasing service life of the radial gas turbine, there is not only progressive wear, but also an increasing rate of wear, which is undesirable. Because the connecting ring is connected to the levers without play, Vibrations of the wings are greatly dampened or even suppressed. This reduces wear.

Erfindungsgemäß ist zudem eine gattungsgemäße Radialgasturbine, die (a) Hebel zum Drehen der Leitschaufeln um die Verstellachse und (b) einen Verbindungsring, mittels dem die Hebel spielfrei miteinander verbunden sind, aufweist. Die oben und im Folgenden genannten bevorzugten Ausführungsformen gelten für diesen und den weiter oben genannten Aspekt der Erfindung.According to the invention is also a radial gas turbine of the generic type, which has (a) levers for rotating the guide vanes about the adjustment axis and (b) a connecting ring, by means of which the levers are connected to one another without play. The preferred embodiments mentioned above and below apply to this and the above-mentioned aspect of the invention.

Günstig ist es, wenn der Verbindungsring Federabschnitte aufweist, zwischen denen die Hebel spielfrei geklemmt sind. Das erlaubt es, den Verbindungsring trotz fertigungsbedingter Toleranzen spielfrei mit den Hebeln zu verbinden.It is favorable if the connecting ring has spring sections between which the levers are clamped without play. This allows the connection ring to be connected to the levers without play, despite production-related tolerances.

Günstig ist es, wenn die Federabschnitte mit einem Verbindungssteg und/oder einem Ringkörper des Verbindungsrings verbunden sind, insbesondere einstückig verbunden sind. Ein derartiger Verbindungsring ist kostengünstig herstellbar. Eine bevorzugte Bauform weist Federelemente auf, die in Umfangsrichtung, d.h. in Betätigungsrichtung, eine größere Steifigkeit als in radialer Richtung haben. Die höhere Federkonstante in Umfangsrichtung als in radialer Richtung eliminiert die auftretenden Schwingungen und die kleinere Federkonstante der Federelemente in radialer Richtung liefert die gewünschte Nachgiebigkeit, wenn der Angriffspunkt zwischen Hebel und Federelement bei Betätigung ausgehend von der zentralen Position nach unten bzw. nach oben wandert.It is favorable if the spring sections are connected to a connecting web and/or an annular body of the connecting ring, in particular are connected in one piece. Such a connecting ring can be produced inexpensively. A preferred design has spring elements that are more rigid in the circumferential direction, i.e. in the direction of actuation, than in the radial direction. The higher spring constant in the circumferential direction than in the radial direction eliminates the vibrations that occur and the lower spring constant of the spring elements in the radial direction provides the desired flexibility when the point of application between the lever and spring element moves downwards or upwards from the central position when actuated.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verbindungsring an den Enden offen und dort schlaufenförmig ausgebildet. Das erleichtert die Montage. Günstig ist es dann nämlich, wenn die Gaszuleitvorrichtung ein Betätigungselement aufweist, das zwei stiftförmige Elemente hat und mit diesen formschlüssig in die Schlaufen eingreift. Es ist dann zur Montage lediglich notwendig, die stiftförmigen Elemente formschlüssig in die Schlaufen einzubringen.According to a preferred embodiment, the connecting ring is open at the ends and is designed in the form of a loop there. This makes assembly easier. It is advantageous if the gas supply device has an actuating element that has two pin-shaped elements and engages with them in a form-fitting manner in the loops. It is then only necessary for assembly to introduce the pin-shaped elements into the loops in a form-fitting manner.

Besonders günstig ist es, wenn das Betätigungselement mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet ist. Das Betätigungselement kann einen Halter und stiftförmige Abschnitte aufweisen. Die stiftförmigen Abschnitte sind vorzugsweise mit dem Halter form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Die stiftförmigen Abschnitte können einstückig als U-Teil ausgebildet sein. Der Halter kann ein Halter-Langloch aufweisen, in den das U-Teil form-/ und/oder kraftschlüssig eingreift.It is particularly favorable if the actuating element is designed in several parts, in particular in two parts. The actuating element can have a holder and pin-shaped sections. The pin-shaped sections are preferably with the holder positively and/or non-positively connected. The pin-shaped sections can be designed in one piece as a U-part. The holder can have a holder slot into which the U-part engages in a positive and/or non-positive manner.

Das Betätigungselement kann einen Halter und ein U-Teil aufweisen, an dem die stiftförmigen Abschnitte ausgebildet sind und das formschlüssig mit dem Halter verbunden ist. Ein derartiges Betätigungselement ist besonders leicht zu fertigen und zu montieren.The actuating element can have a holder and a U-part on which the pin-shaped sections are formed and which is positively connected to the holder. Such an actuator is particularly easy to manufacture and assemble.

Günstig ist es, wenn die Abmaße bzw. Dicke und insbesondere die Masse der ersten Begrenzungsplatte höchstens 30%, insbesondere höchstens 20%, größer ist als die der zweiten Begrenzungsplatte. Bei bekannten Radialgasturbinen ist die erste Begrenzungsplatte deutlich stärker ausgebildet als die zweite Begrenzungsplatte, da in der ersten Begrenzungsplatte das einseitige Lager der Leitschaufeln angeordnet ist, das technisch bedingt eine größere axiale Länge aufweist. Das aber hat den Nachteil, dass es zu unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen zwischen den Begrenzungsplatten beim Aufheizen und Abkühlen kommt, was zu einem Versatz der Begrenzungsplatten führt und ein Verklemmen der Leitschaufeln befördert. Bei der erfindungsgemäßen Radialgasturbine wird das durch das Stützlager vermieden, die es ermöglicht, das Hauptlager in axialer Richtung kompakt auszuführen.It is favorable if the dimensions or thickness and in particular the mass of the first delimiting plate is at most 30%, in particular at most 20%, greater than that of the second delimiting plate. In known radial gas turbines, the first delimiting plate is designed to be significantly stronger than the second delimiting plate, since the one-sided bearing of the guide vanes is arranged in the first delimiting plate and, for technical reasons, has a greater axial length. However, this has the disadvantage that different thermal expansions occur between the delimiting plates during heating and cooling, which leads to an offset of the delimiting plates and promotes jamming of the guide vanes. In the radial gas turbine according to the invention, this is avoided by the support bearing, which makes it possible to design the main bearing to be compact in the axial direction.

Erfindungsgemäß ist zudem ein Abgasturbolader mit einer erfindungsgemäßen Abgasturbine. Ebenfalls erfindungsgemäß ist ein Landfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, mit einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader.Also according to the invention is an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine according to the invention. Also according to the invention is a land vehicle, in particular a passenger car or a truck, with an exhaust gas turbocharger according to the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Figur 1a

eine erfindungsgemäße Radialgasturbine als Teil eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,

Figur 1b

eine Explosionsansicht der Gaszuleitvorrichtung der Radialgasturbine gemäß Figur 1a,

Figur 2a

einen schematischen Querschnitt durch eine Leitschaufel mit einem Stützlager und einer Axialfeder,

Figur 2b

eine detailliertere Querschnittsansicht durch eine Leitschaufel einer erfindungsgemäßen Radialgasturbine, in der eine Axialfeder, ein Scheibenelement und eine Lagerkugel zu sehen ist,

Figur 2c

eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialfeder mit Außenring und rechteckförmigen Federelementen in zwei Ansichten und

Figur 2d

eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialfeder mit Außenring und trapezförmigen Federelementen in der Draufsicht und

Figur 3a

einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Gaszuleitvorrichtung einer erfindungsgemäßen Radialgasturbine,

Figur 3b

eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gaszuleitvorrichtung einer erfindungsgemäßen Radialgasturbine,

Figur 3c

eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gaszuleitvorrichtung einer erfindungsgemäßen Radialgasturbine,

Figur 3d

Leitschaufel mit integrierter Dichtscheibe,

Figur 4a

eine schematische Querschnittsansicht auf eine Ebene senkrecht zur Verstellachse mit einer ersten Verdrehposition der Flügel,

Figur 4b

eine Leitschaufel und eine Dichtscheibe mit Verdrehsicherung,

Figur 4c

eine schematische Querschnittsansicht auf eine Ebene senkrecht zur Verstellachse mit einer zweiten Verdrehposition der Flügel

Figur 5a

einen Verbindungsring einer erfindungsgemäßen Radialgasturbine und

Figur 5b

eine dreidimensionale Ansicht eines Betätigungselements einer Gaszuleitvorrichtung einer erfindungsgemäßen Radialgasturbine und

Figur 5c

eine weitere Bauform eines Verbindungsringes.

The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawings. while showing

Figure 1a

a radial gas turbine according to the invention as part of an exhaust gas turbocharger according to the invention,

Figure 1b

an exploded view of the gas supply device of the radial gas turbine according to FIG Figure 1a ,

Figure 2a

a schematic cross section through a vane with a support bearing and an axial spring,

Figure 2b

a more detailed cross-sectional view through a vane of a radial gas turbine according to the invention, in which an axial spring, a disk element and a bearing ball can be seen,

Figure 2c

an embodiment of the axial spring according to the invention with an outer ring and rectangular spring elements in two views and

Figure 2d

an embodiment of the axial spring according to the invention with an outer ring and trapezoidal spring elements in plan view and

Figure 3a

a cross section through a further embodiment of a gas supply device of a radial gas turbine according to the invention,

Figure 3b

a further embodiment of a gas supply device according to the invention of a radial gas turbine according to the invention,

Figure 3c

a further embodiment of a gas supply device according to the invention of a radial gas turbine according to the invention,

Figure 3d

guide vane with integrated sealing washer,

Figure 4a

a schematic cross-sectional view on a plane perpendicular to Adjustment axis with a first twisting position of the wings,

Figure 4b

a guide vane and a sealing washer with anti-twist device,

Figure 4c

a schematic cross-sectional view on a plane perpendicular to the adjustment axis with a second twisted position of the wings

Figure 5a

a connecting ring of a radial gas turbine according to the invention and

Figure 5b

a three-dimensional view of an actuating element of a gas supply device of a radial gas turbine according to the invention and

Figure 5c

another type of connecting ring.

Figur 1a zeigt eine teilweise geschnittene seitliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Radialgasturbine 10 mit einem Turbinenrad 12 und einer Gaszuleitvorrichtung 14. Mittels der Gaszuleitvorrichtung 14 kann Gas 16 aus einem Zuführkanal 18 zu verschiedenen Anströmwinkeln auf das Turbinenrad 12 geleitet werden. Die Gaszuleitvorrichtung besitzt eine erste Begrenzungsplatte 20, eine zweite Begrenzungsplatte 22 sowie eine Mehrzahl an Leitschaufeln 24.i (i = 1, 2, ..., I: Anzahl an Leitschaufeln). Die Leitschaufeln 24.i sind mittels einer Verstellvorrichtung 26 kollektiv um eine jeweilige Verstellachse Ai drehbar. Figure 1a shows a partially sectioned side view of a radial gas turbine 10 according to the invention with a turbine wheel 12 and a gas supply device 14. The gas supply device 14 can be used to direct gas 16 from a supply channel 18 to the turbine wheel 12 at different angles of attack. The gas supply device has a first restriction plate 20, a second restriction plate 22 and a plurality of guide vanes 24.i (i=1, 2, ..., I: number of guide vanes). The guide vanes 24.i can be rotated collectively about a respective adjustment axis Ai by means of an adjustment device 26.

Jede Leitschaufel 24.i besitzt einen Flügel 28.i (vgl. Figur 1b) zum Leiten des Gases 16.Each vane 24.i has a wing 28.i (cf. Figure 1b ) for conducting the gas 16.

Die Leitschaufeln 24.i sind in einem jeweiligen Hauptlager 30.i an der ersten Begrenzungsplatte 20 gelagert. Die erste Begrenzungsplatte 20 ist auf einer turbinenwelligen Seite bezüglich einer Turbinenwelle 32 angeordnet, wohingegen die zweite Begrenzungsplatte 22 einen größeren Abstand von der Turbinenwelle 32 hat.The guide vanes 24.i are mounted on the first delimiting plate 20 in a respective main bearing 30.i. The first restricting plate 20 is arranged on a turbine shaft side with respect to a turbine shaft 32 , whereas the second restricting plate 22 has a greater distance from the turbine shaft 32 .

Im Detailbild links ist zu erkennen, dass die Leitschaufeln 24.i, im vorliegenden Fall die Leitschaufel 24.4, in einem jeweiligen Stützlager 34.i gelagert ist.In the detailed image on the left it can be seen that the guide vanes 24.i, in the present case the guide vane 24.4, is mounted in a respective support bearing 34.i.

Figur 1b zeigt eine teilweise Explosionsansicht der Gaszuleitvorrichtung 14 mit Verbindungselementen 23 und Lagerkalotten 40. Die Verbindungselemente positionieren die Begrenzungsplatten 20 und 22 zueinander, weisen eine Schulter auf und fungieren als Abstandshalter. Abstandshalter sind günstig aber nicht notwendig. Das Zusammenhalten der Begrenzungsplatten 20 und 22 kann wie bei der in Figur 1b gezeigten Bauart über die Verbindungselemente direkt erfolgen, beispielsweise über eine Nietung oder indirekt über angrenzende Bauteile. Figure 1b shows a partially exploded view of the gas supply device 14 with connecting elements 23 and spherical bearings 40. The connecting elements position the limiting plates 20 and 22 relative to one another, have a shoulder and act as spacers. Spacers are cheap but not necessary. The boundary plates 20 and 22 can be held together as in Figure 1b Type shown take place directly via the connecting elements, for example via a rivet or indirectly via adjacent components.

Sind die Begrenzungsplatten 20, 22 nicht wie im vorliegenden Fall scheibenförmig, so werden die Massen der Begrenzungsplatten zur Größenoptimierung herangezogen, wobei analog gilt, dass die Massenabweichung vorzugsweise nicht mehr als 30% beträgt.If the delimiting plates 20, 22 are not disc-shaped, as in the present case, the masses of the delimiting plates are used to optimize the size, it also being the case that the mass deviation is preferably not more than 30%.

Figur 2a zeigt eine schematische Ansicht der Gaszuleitvorrichtung 14, in der das Stützlager 34 ebenfalls schematisch eingezeichnet ist. Mittels einer Axialfeder ist die Leitschaufel 24 gegen die zweite Begrenzungsplatte 22 vorgespannt. Figure 2a shows a schematic view of the gas supply device 14, in which the support bearing 34 is also shown schematically. The guide vane 24 is prestressed against the second delimiting plate 22 by means of an axial spring.

Figur 2b zeigt eine weitere schematische Querschnittsansicht durch einen Teil der Gaszuleitvorrichtung 14 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Es ist zu erkennen, dass das Stützlager 34 (Bezugszeichen ohne Zählsuffix beziehen sich auf alle entsprechenden Objekte) eine konkave Lagerschale 38 und eine Lagerkalotte 40 umfasst, wobei die Lagerkalotte 40 im vorliegenden Fall an einer Lagerkugel 42 ausgebildet ist. Die Lagerkugel 42 kann fest mit einer Verstellachse 44 der Leitschaufel verbunden sein. Alternativ ist sie in einer zweiten Lagerschale 46 aufgenommen, die an der Verstellachse 44 ausgebildet ist. Figure 2b shows a further schematic cross-sectional view through a part of the gas supply device 14 according to a further embodiment. It can be seen that the support bearing 34 (reference numerals without a suffix refer to all corresponding objects) comprises a concave bearing shell 38 and a bearing cap 40 , with the bearing cap 40 being formed on a bearing ball 42 in the present case. The bearing ball 42 can be firmly connected to an adjustment axis 44 of the vane. Alternatively, it is accommodated in a second bearing shell 46 which is formed on the adjustment axis 44 .

Figur 2b zeigt zudem, dass das Hauptlager 30 ein Scheibenelement 48 besitzt, dessen Stirnfläche 50 an dem Flügel 28 anliegt und den inneren Bereich des Hauptlagers 30 thermisch gegenüber dem extrem heißen Gasstrom 16 abschirmt, was die Funktionsfähigkeit der Axialfeder schützt. Insbesondere liefert ein beispielsweise aus Keramik gefertigtes Scheibenelement 48 hervorragende Abschirmeffekte. Die Begrenzungsplatten werden durch ein Verbindungselement 23 positioniert und zusammengehalten, sodass die Axialfeder 36 die Lagerkugel 42 in die Lagerschale 38 drückt. Das Verbindungselement 23 weist Schultern als Abstandshalter auf, was günstig aber nicht notwendig ist. Es ist zu erkennen, dass das Scheibenelement eine Rampe 52 besitzt, sodass die Axialfeder 36 eine radial einwärts wirkende Zentrierkraft auf die Verstellachse 44 ausübt, wenn diese aus ihrer Soll-Lage ausgelenkt wird. Figure 2b also shows that the main bearing 30 has a disk element 48, the end face 50 of which bears against the vane 28 and thermally shields the inner region of the main bearing 30 from the extremely hot gas flow 16, which protects the functionality of the axial spring. In particular, a disc element 48 made of ceramic, for example, provides excellent shielding effects. The limiting plates are positioned and held together by a connecting element 23 so that the axial spring 36 presses the bearing ball 42 into the bearing shell 38 . The connecting element 23 has shoulders as spacers, which is cheap but not necessary. It can be seen that the disc element has a ramp 52 so that the axial spring 36 exerts a radially inward centering force on the adjustment axis 44 when the latter is deflected from its desired position.

Figur 2b zeigt darüber hinaus, dass die Kontur der Axialfeder 36 und die Kontur des Scheibenelementes 48 im Bereich der Rampe angeglichen ist, was insbesondere durch ein begrenztes Setzverhalten der Axialfeder begünstigt wird. Figure 2b also shows that the contour of the axial spring 36 and the contour of the disk element 48 are matched in the area of the ramp, which is particularly favored by a limited setting behavior of the axial spring.

Figur 2c zeigt die Axialfeder 36 in einer bevorzugten Bauart, die einen geschlossenen Axialfeder-Ring 37.1 als Außenring aufweist, an dem rechteckige wellenförmige Axialfeder-Elemente 37.2 angeordnet sind. Figure 2c shows the axial spring 36 in a preferred design, which has a closed axial spring ring 37.1 as the outer ring, on which rectangular wave-shaped axial spring elements 37.2 are arranged.

Figur 2d zeigt die Axialfeder 36 in der gleichen bevorzugten Bauart wie in Figur 2c, bei der die Axialfeder-Elemente 37.2 eine Trapezform hat, die eine härtere Federcharakteristik aufweist. Figure 2d shows the axial spring 36 in the same preferred design as in FIG Figure 2c , in which the axial spring elements 37.2 have a trapezoidal shape, which has a harder spring characteristic.

Figur 3a zeigt einen weiteren Teil einer Gaszuleitvorrichtung 14, bei der das Scheibenelement 48 ohne Rampe ausgeführt ist und eine Gegenscheibe 49 mit Kragen aufweist. Es ist zu erkennen, dass die Axialfeder 36 in Umfangsrichtung an den Kragen des Scheibenelementes 48 und der Gegenscheibe 49 anliegt, was zu der Erhöhung der Federrate führt. Besonders günstig ist hier die thermische Abschirmung der Axialfeder, wenn Scheibenelement (48) und Gegenscheibe (49) aus gut isolierenden Materialien, beispielsweise aus Keramik, gefertigt sind Figure 3a shows another part of a gas supply device 14, in which the disk element 48 is designed without a ramp and has a counter disk 49 with a collar. It can be seen that the axial spring 36 bears against the collar of the disk element 48 and the counter disk 49 in the circumferential direction, which leads to the increase in the spring rate. The thermal shielding of the axial spring is particularly favorable here if the disk element (48) and the counter disk (49) are made of well-insulating materials, for example ceramics

Figur 3b zeigt einen weiteren Teil einer Gaszuleitvorrichtung 14, bei der das Scheibenelement 48 als Dichtscheibe ausgebildet ist. Im vorliegenden Fall besitzt diese Dichtscheibe einen Dichtabschnitt 54, der sich in axialer Richtung erstreckt. Die Dichtscheibe ist in einer Ausnehmung 56 aufgenommen, die vorzugsweise kreisförmig berandet ist. In anderen Worten ist ein Querschnitt bezüglich einer Ebene senkrecht zur Verstellachse 44 kreisförmig. Der Ausnehmungs-Innendurchmesser D₅₆ ist größer als der Dichtscheiben-Außendurchmesser D₄₈. Vorzugsweise gilt D₄₈ > D_{56 *} 0,8. Figure 3b shows another part of a gas supply device 14, in which the disk element 48 is designed as a sealing disk. In the present case, this sealing disk has a sealing section 54 which extends in the axial direction. The sealing disc is accommodated in a recess 56, which preferably has a circular border. In other words, a cross section with respect to a plane perpendicular to the adjustment axis 44 is circular. The inner diameter of the recess D ₅₆ is greater than the outer diameter of the sealing disk D ₄₈ . Preferably D ₄₈ > D _{56 *} 0.8.

Figur 3b zeigt zudem, dass das Hauptlager 30 eine Lagerbuchse 58 mit ausgeprägtem Kragen besitzt. Im vorliegenden Fall drückt die Axialfeder 36 die Lagerbuchse über den Kragen gegen das Scheibenelement in Form der Dichtscheibe 48, die ihrerseits gegen den Flügel 28 drückt. Wie Figur 3b zeigt, kann die Axialfeder 36 als Tellerfeder ausgebildet sein. Figure 3b also shows that the main bearing 30 has a bearing bushing 58 with a pronounced collar. In the present case, the axial spring 36 presses the bearing bush against the disk element in the form of the sealing disk 48 via the collar, which in turn presses against the vane 28 . As Figure 3b shows, the axial spring 36 can be designed as a disk spring.

Figur 3c zeigt den analogen Aufbau aus Fig. 3b, wobei die Dichtscheibe 48 in die Leitschaufel 24 integriert ist, d.h. Leitschaufel 24 und Dichtscheibe 48 bilden ein Teil, wobei die integrierte Dichtscheibe einen Absatz aufweist, der in die Ausnehmung 56 hineinragt. Figure 3c shows the analog structure Figure 3b , wherein the sealing washer 48 is integrated into the vane 24, ie the vane 24 and sealing washer 48 form one part, the integrated sealing washer having a shoulder which protrudes into the recess 56.

Figur 3d zeigt eine Leitschaufel 24 mit integrierter Dichtscheibe 48 als einteiliges Bauteil gemäß Figur 3c. Figure 3d shows a guide vane 24 with an integrated sealing disk 48 as a one-piece component according to FIG Figure 3c .

Figur 4a zeigt eine schematische Schnittansicht bezüglich einer Ebene senkrecht zur Verstellachse 44.1. Die Dichtscheiben 48 sind unter Berücksichtigung eines minimalen Abstandes bündig angeordnet, d.h. der mögliche durchgehende Radius der Dichtscheiben weist einen maximalen Wert auf. Ausgehend von der Flügel-Anströmkante in Öffnungsrichtung ist ein Kreissegment erkennbar, das einen größeren Radius r als den durchgehenden Radius r_d aufweist und die Flügel-Anströmkante vollständig abdeckt, d.h. der Radius r entspricht dem Abstand zwischen Spitze der Flügel-Anströmkante und dem Mittelpunkt der Verstellachse 44 der Leitschaufel 24. Die Dichtscheiben 48 sind in Ausnehmungen 56 der ersten Begrenzungsplatte 20 angeordnet, wobei die Ausnehmung analog zur Dichtscheibe ebenfalls örtlich einen größeren Radius als den durchgehenden Radius aufweist. Das Kreissegment der Ausnehmung 56 mit dem größeren Radius ist so bemessen, dass über den zulässigen Verdrehwinkel α keine Kollision zwischen Dichtscheibe und Ausnehmung eintritt. Der Dichtscheibenradius r kann von einem Drehwinkel α abhängig sein, das ist aber nicht notwendig. Figure 4a shows a schematic sectional view in relation to a plane perpendicular to the adjustment axis 44.1. The sealing disks 48 are arranged flush, taking into account a minimum distance, ie the possible continuous radius of the sealing disks has a maximum value. Starting from the wing leading edge in the opening direction, a circle segment can be seen that has a larger radius r than the continuous radius rd and completely covers the wing leading edge, _i.e. the radius r corresponds to the distance between the tip of the wing leading edge and the center of the Adjustment axis 44 of guide vane 24. The sealing disks 48 are arranged in recesses 56 in the first delimiting plate 20, the recess similar to the sealing disk also locally having a larger radius than the continuous radius. The circular segment of the recess 56 with the larger radius is dimensioned in such a way that no collision between the sealing disk and the recess occurs over the permissible angle of rotation α. The sealing disk radius r can depend on a rotation angle α, but this is not necessary.

Fig 4a zeigt die Stellung der Leitschaufeln, bei der die Flügel-Abströmkanten 62 unmittelbar vor einer Überlappung mit der Dichtscheibe 48 positioniert sind. Verändert sich der Drehwinkel α in Schließrichtung, so beginnt die Flügel-Abströmkante 62.i die benachbarte Dichtscheibe 48.i-1 zu überstreichen. Um beim Übergang ein Verkanten zwischen Flügel und Dichtscheibe zu vermeiden, besitz die Dichtscheibe 48 örtlich eine Vertiefung 64, die mit einem kontinuierlichen Übergang als eine Art Flügelträgerfläche 66 ausgebildet ist. Figure 4a 12 shows the position of the vanes with the blade trailing edges 62 positioned just prior to an overlap with the sealing washer 48. FIG. If the angle of rotation α changes in the closing direction, the trailing edge 62.i of the wing begins to sweep over the adjacent sealing disk 48.i-1. To at In order to avoid tilting between the wing and the sealing disk in the transition, the sealing disk 48 locally has a recess 64 which is designed with a continuous transition as a type of wing support surface 66 .

Figur 4a zeigt, dass die Dichtscheibe 48 eine im Wesentlichen kreisförmige Außenkontur hat. Entsprechend hat die Ausnehmung 56 in der ersten Begrenzungsplatte 20 ebenfalls eine im Wesentlichen kreisförmige Innenkontur. Figure 4a shows that the sealing disk 48 has a substantially circular outer contour. Correspondingly, the recess 56 in the first delimiting plate 20 also has an essentially circular inner contour.

Figur 4b zeigt beispielhaft eine Möglichkeit, die Dichtscheibe 48 drehfest mit dem Flügel zu verbinden, was günstig ist, um die unter Figur 4a beschriebene vorteilhafte Funktionalität der Dichtscheibe im Zusammenspiel mit dem Flügel darzustellen, d.h., dass die Flügel-Abströmkante 62 immer an der gleichen Stelle mit der benachbarten Dichtscheibe in Kontakt kommt. Die Dichtscheibe 48 weist auf der dem Flügel zugewandten Seite einen Zapfen auf, der in eine Zapfenbohrung 70 des Flügels 28 eingreift. Die umgekehrte Bauart mit einem Zapfen auf der Flügelseite oder die Verwendung eines separaten Bauteils in Form eines Pins ist ebenfalls denkbar, der dann jeweils in Bohrungen des Flügels und der Dichtscheibe eingreift. Figure 4b shows an example of a way to connect the sealing disk 48 in a rotationally fixed manner to the wing, which is favorable for the under Figure 4a described advantageous functionality of the sealing disk in interaction with the wing, ie that the wing trailing edge 62 always comes into contact with the adjacent sealing disk at the same point. The sealing disk 48 has a pin on the side facing the wing, which engages in a pin bore 70 of the wing 28 . The reverse design with a pin on the wing side or the use of a separate component in the form of a pin is also conceivable, which then engages in bores in the wing and the sealing disk.

Figur 4c zeigt die Stellung der Leitschaufeln, bei der alle Flügel 28 und Dichtscheiben 48 miteinander im Eingriff sind und sich kollektiv ausrichten, was hinsichtlich gleichmäßiger und enger Spalte besonders günstig ist. Weiter kann man erkennen, dass diese günstige Position bei halb-offen bis geschlossen vorliegt, was für den Wirkungsgrad besonders vorteilhaft ist. Figure 4c Figure 12 shows the position of the vanes where all vanes 28 and washers 48 are engaged and collectively aligned, which is particularly beneficial for uniform and narrow gaps. It can also be seen that this favorable position is half-open to closed, which is particularly advantageous for efficiency.

Figur 5a zeigt, dass die Verstellvorrichtung 26 für jede Leitschaufel 24. i einen Hebel 76.i besitzt, mittels dem die Leitschaufel 24.i um die jeweilige Verstellachse 44.i drehbar ist. Mittels eines Verbindungsrings 78 sind die Hebel 76.i spielfrei miteinander verbunden. Jeder Hebel 76.i ist zwischen jeweils zwei Federabschnitten 80a.i, 80b.i federnd spielfrei geklemmt. Alle Federabschnitte 80a.i, 80b.i sind an einem Verbindungssteg 82, vorzugsweise an zwei Verbindungsstegen, einstückig ausgebildet. Es möglich, nicht aber notwendig, dass die Federabschnitte einstückig am Verbindungsring ausgebildet sind, auch andere Möglichkeiten der Befestigung, beispielsweise Einfügen, sind möglich. Figure 5a shows that the adjustment device 26 has a lever 76.i for each guide vane 24.i, by means of which the guide vane 24.i can be rotated about the respective adjustment axis 44.i. The levers 76.i are connected to one another without play by means of a connecting ring 78. Each lever 76.i is clamped resiliently without play between two spring sections 80a.i, 80b.i. All spring sections 80a.i, 80b.i are integrally formed on a connecting web 82, preferably on two connecting webs. It is possible, but not necessary, for the spring sections to be formed in one piece on the connecting ring; other fastening options, for example insertion, are also possible.

Figur 5a zeigt zudem ein Betätigungselement 84, mittels dem bei Drehung um seine Betätigungsachse die Bewegung über den Verbindungsring 78 in Umfangsrichtung auf alle Hebel 76.i simultan übertragen wird und so alle Hebel gleichzeitig betätigt werden können. Die Betätigungsachse, die vorliegend zum Teile-Umfang des nicht dargestellten Aktuators gehört, greift in eine Achsbohrung 85 des Betätigungselementes 84 ein und ist hier, beispielsweise durch Schweißung, drehfest verbunden. Denkbar ist auch, dass die Betätigungssachse Bestandteil des Betätigungselementes 84 ist. Weiter ist erkennbar, dass das Betätigungselement 84 in die Enden des Verbindungsrings 78 eingreift, die zu diesem Zweck als Schlaufen 92 ausgebildet sind. Erkennbar ist der Verbindungsring 78 an den Enden nicht fest verbunden, was fertigungstechnisch von Vorteil sein kann. Eine feste Verbindung der Enden des Verbindungsrings ist aber ebenfalls möglich, was eine höhere Steifigkeit mit sich bringt. Figure 5a also shows an actuating element 84, by means of which, when rotated about its actuating axis, the movement via the connecting ring 78 in the circumferential direction is transmitted simultaneously to all levers 76.i and all levers can thus be actuated simultaneously. The actuating axis, which in the present case belongs to the scope of parts of the actuator (not shown), engages in an axis bore 85 of the actuating element 84 and is connected here in a rotationally fixed manner, for example by welding. It is also conceivable that the actuation axis is part of the actuation element 84 . It can also be seen that the actuating element 84 engages in the ends of the connecting ring 78, which are designed as loops 92 for this purpose. As can be seen, the connecting ring 78 is not firmly connected at the ends, which can be advantageous in terms of manufacturing technology. However, a fixed connection of the ends of the connecting ring is also possible, which results in greater rigidity.

Figur 5b zeigt das Betätigungselement 84, das vorzugsweise einen Halter 86 mit zwei stiftförmigen Elementen 90 und eine Achsbohrung 85 für die Aufnahme der Betätigungsachse aufweist. Besonders günstig ist es, die zwei stiftförmigen Elemente einteilig als U-Teil 88 auszuführen, an dem ein erster Abschnitt 90.1 und ein zweiter Abschnitt 90.2 ausgebildet sind. Das U-Teil 88 wird in einem Langloch 87 des Halters 86, vorzugsweise formschlüssig, aufgenommen, beispielsweise durch einen Presssitz. Andere Verbindungsmöglichkeiten sind ebenfalls denkbar. Die Abschnitte 90.1, 90.2 greifen in Schlaufen 92.1, 92.2 und bewirken so ein formschlüssiges Schließen des Verbindungsrings 82. Figure 5b shows the actuating element 84, which preferably has a holder 86 with two pin-shaped elements 90 and an axle bore 85 for receiving the actuating axle. It is particularly favorable to design the two pin-shaped elements in one piece as a U-part 88 on which a first section 90.1 and a second section 90.2 are formed. The U-part 88 is accommodated in a slot 87 of the holder 86, preferably in a form-fitting manner, for example by means of a press fit. Other connection options are also conceivable. Sections 90.1, 90.2 engage in loops 92.1, 92.2 and thus cause the connecting ring 82 to close with a positive fit.

Figur 5c zeigt eine besonders vorteilhafte Bauform des Verbindungsrings 78, bei dem die Federabschnitte 80 die gewünschten unterschiedlichen Federkonstanten in Umfangsrichtung und in radialer Richtung aufweisen, dergestalt, dass die Federabschnitte 80 in Umfangsrichtung eine höhere Federkonstante aufweisen als in radialer Richtung. Figure 5c shows a particularly advantageous design of the connecting ring 78, in which the spring sections 80 have the desired different spring constants in the circumferential direction and in the radial direction, such that the spring sections 80 have a higher spring constant in the circumferential direction than in the radial direction.

Figur 1b zeigt, dass die erste Begrenzungsplatte 20 eine Erstbegrenzungsplattendicke d₂₀ hat. Die zweite Begrenzungsplatte 22 hat eine Zweitbegrenzungsplattendicke d₂₂. Sind die Begrenzungsplatten 20, 22 nicht wie im vorliegenden Fall scheibenförmig, so wird zur Bestimmung der Dicken d₂₀, d₂₂ ein Ausgleichszylinder herangezogen, in dem 90% der Masse der jeweiligen Begrenzungsplatte 20 bzw. 22 aufgenommen ist. Die Plattendicken d₂₀, d₂₂ weichen vorzugsweise um höchstens 30% voneinander ab. Bezugszeichenliste 64 Vertiefung 66 Flügelträgerfläche 10 Radialgasturbine 68 Zapfen 12 Turbinenrad 70 Zapfenbohrung 14 Gaszuleitvorrichtung 76 Hebel 16 Gas 78 Verbindungsring 18 Zuführkanal, Turbinengehäuse 80 Federabschnitt 20 erste Begrenzungsplatte 82 Verbindungssteg 22 zweite Begrenzungsplatte 84 Betätigungselement 23 Verbindungselement 85 Achsbohrung 24 Leitschaufel 86 Halter 26 Verstellvorrichtung 87 Halter-Langloch 28 Flügel 88 U-Teil 30 Hauptlager 90 Abschnitt 32 Turbinenwelle 92 Schlaufe 34 Stützlager i Laufindex 36 Axialfeder I Zahl der Leitschaufeln 37 Axialfeder-Komponenten D₅₆ Ausnehmungs-Innendurchmesser 37.1 Axialfeder-Ring 37.2 Axialfeder-Element D₄₈ Dichtscheiben-Außendurchmesser 38 Lagerschale 40 Lagerkalotte r Dichtsceibenradius 42 Lagerkugel α Drehwinkel 44 Verstellachse W Winkel intervall 46 zweite Lagerschale α_end Endwinkel 48 Scheibenelement, Dichtscheibe r_d durchgehender Dichtscheibenradius 49 Gegenscheibe d₂₀ Erstbegrenzungsplattendicke 50 Stirnfläche d₂₂ Zweitbegrenzungsplattendicke 52 Rampe 54 Dichtabschnitt 56 Ausnehmung 58 Lagerbuchse 60 Flügel-Anström kante 62 Flügel-Abström kante Figure 1b 12 shows that the first constraint plate 20 has a first constraint plate thickness d ₂₀ . The second constraint plate 22 has a second constraint plate thickness d ₂₂ . If the boundary plates 20, 22 are not disc-shaped, as in the present case, then a compensating cylinder is used to determine the thicknesses d ₂₀ , d ₂₂ used, in which 90% of the mass of the respective boundary plate 20 or 22 is added. The plate thicknesses d ₂₀ , d ₂₂ preferably deviate from one another by at most 30%. <b>Reference List</b> 64 deepening 66 wing support surface 10 centrifugal gas turbine 68 cones 12 turbine wheel 70 spigot hole 14 gas supply device 76 lever 16 gas 78 connecting ring 18 Feed duct, turbine housing 80 spring section 20 first boundary plate 82 connecting bar 22 second boundary plate 84 actuator 23 fastener 85 axle bore 24 vane 86 holder 26 adjusting device 87 Bracket slot 28 wing 88 U part 30 main camp 90 section 32 turbine shaft 92 loop 34 support bearing i running index 36 axial spring I number of vanes 37 Axial Spring Components D ₅₆ Recess Inner Diameter 37.1 axial spring ring 37.2 axial spring element _D48 Sealing washer outside diameter 38 bearing shell 40 bearing shell right sealing washer radius 42 bearing ball a angle of rotation 44 adjustment axis W angle interval 46 second bearing shell α _end end angle 48 disc element, sealing disc _rd continuous sealing disk radius 49 counter washer d ₂₀ First Limiting Plate Thickness 50 face d ₂₂ Secondary Limiting Plate Thickness 52 ramp 54 sealing section 56 recess 58 bearing bush 60 wing leading edge 62 wing trailing edge

Claims (15)

Radialgasturbine (10) mit (a) einem Turbinenrad (12) und (b) einer Gaszuleitvorrichtung (14) zum Zuleiten eines Gases (16) zum Turbinenrad (12), die (i) eine erste Begrenzungsplatte (20), (ii) eine zweite Begrenzungsplatte (22), (iii) verstellbare Leitschaufeln (24), die zwischen der ersten Begrenzungsplatte (20) und der zweiten Begrenzungsplatte (22) angeordnet sind, und (iv) eine Verstellvorrichtung (26) zum kollektiven Drehen der Leitschaufeln (24) aufweist, (c) wobei die Leitschaufeln (24) jeweils (i) einen Flügel (28) zum Leiten des Gases (16) und (ii) eine Verstellachse (44) zum Drehen des Flügels (28) aufweisen und (iii) in einem Hauptlager (30) an der ersten Begrenzungsplatte (20) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass (d) zumindest eine Leitschaufel (24) (i) in einem Stützlager (34) an der zweiten Begrenzungsplatte (22) gelagert ist und (ii) mittels einer Axialfeder (36) gegen die zweite Begrenzungsplatte (22) vorgespannt ist. Radial gas turbine (10) with (a) a turbine wheel (12) and (b) a gas supply device (14) for supplying a gas (16) to the turbine wheel (12), the (i) a first boundary plate (20), (ii) a second boundary plate (22), (iii) adjustable vanes (24) positioned between the first (20) and second (22) restriction plates, and (iv) an adjusting device (26) for rotating the guide vanes (24) collectively having, (c) the vanes (24) each (i) a vane (28) for directing the gas (16) and (ii) have an adjustment axis (44) for rotating the wing (28) and (iii) are mounted in a main bearing (30) on the first delimiting plate (20), characterized in that (d) at least one guide vane (24) (i) is mounted in a support bearing (34) on the second boundary plate (22) and (ii) is biased against the second delimiting plate (22) by means of an axial spring (36). Radialgasturbine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das Stützlager (34) eine konkave Lagerschale (38) und eine in der Lagerschale aufgenommene Lagerkalotte (40), insbesondere eine Lagerkugel (42), ist, und (b) das Hauptlager (30) eine Axialfeder (36) zum Drücken der Lagerkalotte (40) in die Lagerschale (38) aufweist. Radial gas turbine (10) according to claim 1, characterized in that (a) the support bearing (34) is a concave bearing shell (38) and a spherical bearing (40), in particular a bearing ball (42), accommodated in the bearing shell, and (b) the main bearing (30) has an axial spring (36) for pressing the spherical cap (40) into the bearing shell (38). Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das Stützlager (34) zwei Lagerschalen (38) und eine in beiden Lagerschalen (38) aufgenommene Lagerkugel (42) aufweist, und (b) eine Lagerschale (38) an der zweiten Begrenzungsplatte (22) und eine Lagerschale (38) an der Verstellachse (44) der Leitschaufel (24) angeordnet ist. Radial gas turbine (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that (a) the support bearing (34) has two bearing shells (38) and a bearing ball (42) accommodated in both bearing shells (38), and (b) a bearing shell (38) is arranged on the second delimiting plate (22) and a bearing shell (38) on the adjustment axis (44) of the guide vane (24). Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Lagerschale (38) und die Lagerkalotte (40) eine achssymmetrische Parabelform aufweisen, und (b) die Achsen der Lagerschale (38) und der Lagerkalotte (40) so ausgebildet sind, dass sie sich bei axialem Druck zueinander ausrichten. Radial gas turbine (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that (a) the bearing shell (38) and the spherical cap (40) have an axisymmetric parabolic shape, and (b) the axes of the bearing shell (38) and the spherical bearing (40) are designed in such a way that they align with one another under axial pressure. Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptlager (30) (a) eine Lagerbuchse (58) aufweist und/oder (b) ein Scheibenelement (48) aufweist, wobei eine Stirnfläche (50) des Scheibenelements (48) an dem Flügel (28) anliegt und wobei die Axialfeder (36) angeordnet ist zum Drücken des Scheibenelements (48) in Richtung auf den Flügel (28). Radial gas turbine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the main bearing (30) (a) has a bearing bush (58) and/or (b) has a disk element (48), wherein an end face (50) of the disk member (48) abuts the wing (28) and the axial spring (36) being arranged to urge the disc member (48) towards the vane (28). Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptlager (30) (a) ein Scheibenelement (48) mit einer Rampe (52) auf der der Axialfeder (36) zugewandten Seite aufweist, und (b) die Axialfeder (36) an der Rampe (52) mit Flächenkontakt anliegt. Radial gas turbine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the main bearing (30) (a) a disk element (48) with a ramp (52) on the side facing the axial spring (36), and (b) the axial spring (36) bears against the ramp (52) with surface contact. Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptlager (30) (a) ein Scheibenelement (48) mit einer bogenförmigen Rampe (52) und eine Axialfeder (36) mit wellenförmigen Axialfeder-Elementen (37.2) aufweist, und (b) die Kontur der Rampe (52) und die Kontur der Axialfeder-Elemente (37.2) bei eingespannter Axialfeder (36) einen Flächenkontakt mit axialer und radialer Kraftkomponente erzeugen. Radial gas turbine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the main bearing (30) (a) has a disc element (48) with an arcuate ramp (52) and an axial spring (36) with wave-shaped axial spring elements (37.2), and (b) the contour of the ramp (52) and the contour of the axial spring elements (37.2) produce a surface contact with axial and radial force components when the axial spring (36) is clamped. Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptlager (30) (a) ein an dem Flügel (28) anliegendes Scheibenelement (48) und eine an der ersten Begrenzungsplatte (20) anliegende Gegenscheibe (49) aufweist und (b) eine zwischen dem Scheibenelement (48) und der Gegenscheibe (49) eingespannte Axialfeder (36) aufweist, wobei die Axialfeder (36) axial gegen das Stützlager (34) drückt. Radial gas turbine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the main bearing (30) (a) has a disk element (48) resting on the wing (28) and a counter disk (49) resting on the first delimiting plate (20), and (b) has an axial spring (36) clamped between the disk element (48) and the counter disk (49), the axial spring (36) pressing axially against the support bearing (34). Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die an der zweiten Begrenzungsplatte (22) angeordneten Lagerschalen (38) und/oder Lagerkalotten (40) mit den an den Leitschaufeln (24) angeordneten Lagerschalen (38) und/oder Lagerkalotten (40) im Eingriff sind, und (b) die Axialfedern (36) der Hauptlager (30) über die Stützlager (34) gegen die zweite Begrenzungsplatte (22) drücken, und (c) die zweite Begrenzungsplatte sich direkt oder indirekt am Turbinengehäuse (18) abstützt und zu den Leitschaufeln (24) mittels der Stützlager (34) positioniert ist. Radial gas turbine (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that (a) the bearing shells (38) and/or bearing caps (40) arranged on the second delimiting plate (22) engage with the bearing shells (38) and/or bearing caps (40) arranged on the guide vanes (24), and (b) pressing the axial springs (36) of the main bearings (30) against the second limiter plate (22) via the support bearings (34), and (c) the second limiting plate is supported directly or indirectly on the turbine housing (18) and is positioned relative to the guide vanes (24) by means of the support bearings (34). Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Axialfeder (36) in radialer Richtung wellenförmig gebogen ist, (b) angeordnet ist zum Ausüben einer Federkraft zwischen der ersten Begrenzungsplatte (20) und dem Stützlager (34) und dass (c) eine Federkurve, die die Abhängigkeit einer Federkraft von einer Auslenkung der Axialfeder (36) beschreibt (i) einen ersten Abschnitt (90.1) mit einer ersten Federkonstante und (ii) einen zweiten Abschnitt (90.2) mit einer zweiten Federkonstante hat, (iii) wobei die erste Federkonstante kleiner ist als die zweite Federkonstante. Radial gas turbine (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that (a) the axial spring (36) is bent in a wavy shape in the radial direction, (b) is arranged to exert a spring force between the first limiting plate (20) and the support bearing (34) and that (c) a spring curve that describes the dependency of a spring force on a deflection of the axial spring (36). (i) a first section (90.1) having a first spring constant and (ii) has a second section (90.2) with a second spring constant, (iii) wherein the first spring constant is less than the second spring constant. Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (48) (a) als Dichtscheibe (48) ausgebildet ist, die am Flügel (28) anliegt, (b) einen Dichtabschnitt (54) aufweist, der sich in axialer und Umfangs-Richtung erstreckt und einen Strömungspfad von Gas (16) am Flügel (28) vorbei verlängert und (c) in eine, insbesondere kreisförmige, Ausnehmung (56) in der ersten Begrenzungsplatte (20) eingreift. Radial gas turbine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the disk element (48) (a) is designed as a sealing disk (48) which bears against the wing (28), (b) having a sealing portion (54) extending axially and circumferentially and extending a flow path of gas (16) past the vane (28), and (c) engages in a recess (56), in particular a circular one, in the first delimiting plate (20). Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für eine Mehrzahl der Leitschaufeln (24) gilt, dass (a) der Abstand zwischen Verstellachse (44) der Leitschaufel (24) und Flügel-Abströmkante (62) des Flügels (28) zumindest so groß ist wie der Dichtscheibenradius (r), (b) das Scheibenelement (48), insbesondere die Dichtscheibe (48), eine dem Flügel (28) zugewandte Flügelträgerfläche (66) hat und mit dem Flügel (28) drehfest verbunden ist und die Flügelträgerfläche (66) eine örtlich axiale Vertiefung (64) zum Verhindern einer Kollision mit der Flügel-Abströmkante (62) des benachbarten Flügels (28) aufweist, (c) die Flügel-Abströmkanten (62) der Flügel beim Schließen der Gaszuleitvorrichtung (14) die benachbarten Dichtscheiben (48) überstreichen und/oder (d) beim Übergang, wenn sich die Flügel-Abströmkanten (62) von der axialen Vertiefung zur ebenen Flügelträgerfläche (66) bewegen, die Leitschaufeln (24) und die Dichtscheiben (48) kollektiv eben ausgerichtet werden. Radial gas turbine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that at least for a majority of the guide vanes (24) applies that (a) the distance between the adjustment axis (44) of the guide vane (24) and the trailing edge (62) of the wing (28) is at least as large as the sealing disk radius (r), (b) the disc element (48), in particular the sealing disc (48), has a wing carrier surface (66) facing the wing (28) and is connected to the wing (28) in a rotationally fixed manner and the wing carrier surface (66) has a local axial depression (64 ) for preventing collision with the wing trailing edge (62) of the adjacent wing (28), (c) the wing trailing edges (62) of the wing sweep over the adjacent sealing discs (48) when the gas supply device (14) is closed and/or (d) in transition, as the blade trailing edges (62) move from the axial recess to the planar blade support surface (66), the vanes (24) and sealing washers (48) are collectively planarized. Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Dichtscheibe (48) eine im Wesentlichen kreisförmige Außenkontur hat und (b) ein Dichtscheiben-Radius der Dichtscheibe (48) im Bereich einer Flügel-Anströmkante (60) des Flügels (28) größer ist als der durchgehende Radius der Dichtscheibe (48). Radial gas turbine (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that (a) the sealing disk (48) has a substantially circular outer contour and (b) a sealing disk radius of the sealing disk (48) in the area of a wing leading edge (60) of the wing (28) is larger than the continuous radius of the sealing disk (48). Radialgasturbine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (26) (a) Hebel (76) zum Drehen der Leitschaufeln (24) um die Verstellachse (44) und (b) einen Verbindungsring (78), mittels dem die Hebel (76) spielfrei miteinander verbunden sind, aufweist.Radial gas turbine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device (26) (a) levers (76) for rotating the guide vanes (24) about the adjustment axis (44) and (b) a connecting ring (78) by means of which the levers (76) are connected to one another without play, having. Radialgasturbine (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass (a) der Verbindungsring (78) Federabschnitte (80) aufweist, zwischen denen die Hebel (76) spielfrei geklemmt sind, und dass (b) die Federabschnitte (80) mit Verbindungsstegen (82), insbesondere einstückig, verbunden sind, (c) der Verbindungsring (78) Federabschnitte (80) aufweist, die in Umfangsrichtung eine größere Federkonstante aufweisen als in radialer Richtung, (d) der Verbindungsring (78) an den Enden offen und schlaufenförmig ausgebildet ist und dass (e) die Gaszuleitvorrichtung (14) ein Betätigungselement (84) aufweist, das zwei stiftförmige Abschnitte (90) hat und mit diesen formschlüssig in die Schlaufen (92) eingreift. Radial gas turbine (10) according to claim 14, characterized in that (a) the connecting ring (78) has spring sections (80) between which the levers (76) are clamped without play, and that (b) the spring sections (80) are connected to connecting webs (82), in particular in one piece, (c) the connecting ring (78) has spring sections (80) which have a greater spring constant in the circumferential direction than in the radial direction, (d) the connecting ring (78) is open and loop-shaped at the ends and that (e) the gas supply device (14) has an actuating element (84) which has two pin-shaped sections (90) and engages with these in a form-fitting manner in the loops (92).

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