WO2003100221A1 - Abgasturbine für einen turbolader - Google Patents

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Volker Döring
Hans-Dieter Hensel
Peter Schick
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Daimlerchrysler Ag
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbine according to the preamble of claim 1.
  • the guide vane On its free end face, the guide vane has a second cover plate, which in a retracted position of the guide vane, in which the guide vane is located in an annular gap between the turbine housing and an inner guide of the guide vane, covers the annular gap and prevents exhaust gases from being controlled in an uncontrolled manner via the annular gap escape.
  • the axial slide closes the annular gap except for the play necessary for adjustment.
  • the guide vane is axially delimited by two cover plates.
  • An axial slide is integrally formed on a cover disk, which is guided at its free end by axially directed sliding pins in recesses in a link. The sliding pins protrude through the backdrop.
  • a sliding sleeve acts to adjust the axial slide the free end faces of the sliding pins.
  • the cover disks and the area of the axial slide adjoining the inner cover disk close the annular gap.
  • the annular gap is closed by the inner cover plate and the adjacent area of the axial slide except for the play required for adjustment.
  • the object of the invention is to be able to adjust the guide vane more easily, without jamming and permanently. This object is achieved according to the invention by the features of the claim.
  • the sliding pins are integrally connected to the sliding sleeve, e.g. by brazing, welding or gluing.
  • the adhesive When gluing, the adhesive must withstand the high operating temperatures, or the connection point must be moved to a zone that has correspondingly low operating temperatures.
  • the sliding pins are preferably welded to the sliding sleeve on their free end faces by laser. The resulting welding zone is so small that the adjacent components neither warp nor change significantly in their structure. Since the axial slide and the sliding sleeve are inseparably connected to one another, they act like a component, so that tighter tolerances can be maintained without further effort. Furthermore, a permanent, jam-free function is ensured, especially if the actuating forces are transmitted via several sliding pins distributed over the circumference. Finally, the design according to the invention takes up very little space.
  • the sliding sleeve has an inner centering edge on a butt joint with the sliding pins, which axially overlaps the sliding pins.
  • the centering edge facilitates assembly on the one hand and keeps the axial slide and the sliding sleeve in before the material connection an aligned position and, on the other hand, the centering edge prevents liquid material from getting onto the inside of the axial slide or the sliding sleeve when the parts are firmly connected, which is difficult to inspect after the connection.
  • the single figure shows a partial longitudinal section through a turbine housing of an exhaust gas turbine without an impeller with a guide vane in a pushed back position.
  • a double-flow, spiral inlet duct 13 is provided, which opens into an annular space 8. This is followed in the radial direction inwards by a radial impeller of the exhaust gas turbine, not shown in detail, through which the exhaust gases flow into an axially directed outlet duct 14.
  • an annular axial slide 2 is provided which carries a guide vane 9 with guide vanes 10. The front ends of the guide vanes 10 are connected to one another by cover disks 11 and 12, of which the inner cover disk 12 is formed in one piece with the axial slide 2.
  • the cover plate 12 forms with the adjoining area of the axial slide 2 a ring with a rectangular cross section, which is guided in the annular gap 3 with little play and prevents significant amounts of exhaust gas from escaping through the annular gap 3 when the guide vane 9 is pushed into a disengaged position and is located in the annular space 8.
  • the contour 19 of the cover plate 11 facing the annular space 8 is flush with the contour 18 of the inlet duct 13, so that the flow is not disturbed in fired operation. Furthermore, the Cover plate 11 from the annular gap 3 additionally.
  • the area of the guide vane 9 provided with the guide vanes 10 corresponds to the axial extent of the annular space 8.
  • a plurality of axially directed sliding pins 6 are formed, distributed over the circumference, with which the axial slide 2 engages through corresponding recesses 15 of a link 7 and is guided in the latter transversely to the circumferential direction with play , Since sealing is no longer required at this point, the game can be generously dimensioned for cost-effective production. This also avoids jamming of the axial slide 2 in the link 7, which is expediently an integral part of the inner guide 4.
  • the free end faces of the sliding pin 6 are integrally bonded in a butt joint 16, e.g. by brazing, welding or the like , preferably by laser welding, connected to the sliding sleeve 5.
  • the axial slide 2 and the sliding sleeve 5 are mounted on the inner guide 4. They are aligned with one another and held by an inner centering edge 17 until they are firmly connected to one another.
  • the centering edge 17 also protects the radial area to the butt joint 16 between the axial slide 2 and the sliding sleeve 5 on the one hand and the inner guide 4 on the other hand against material particles which could escape at the butt joint 16 during welding.
  • the sliding sleeve 5 is adjusted as required in the adjustment direction 21 from the retracted position shown in a disengaged position in which the guide screen 9 is located in the annular space 8.
  • the cover plate 11 is located in a recess 20 and closes toward the guide vanes 10 approximately flush with the contour 18 of the inlet channel 13, so that the cover plate 11 does not disturb the flow through the annular space 8 and the exhaust gases exclusively through the guide vanes 10 are deflected, which completely cover the axial extent 16 of the annular space 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasturbine für einen Turbolader, deren Laufrad drehbar in einem Turbinengehäuse mit einem spiralförmigen Einlasskanal (13) gelagert ist, an den sich ein das Laufrad umgebender Ringraum (8) anschliesst, wobei nahe dem äusseren Umfang des Laufrades in einem axial versetzten Ringspalt (3) zwischen dem Turbinengehäuse und einer Innenführung (4) ein Leitgitter (9) vorgesehen ist, das an seiner dem Ringraum abgewandten Stirnseite mit axial gerichteten Gleitzapfen (6) fest verbunden ist, die durch Bohrungen einer gehäusefesten Kulisse (7) greifen, und das mittels einer Schiebehülse (5), die auf die Enden der Gleitzapfen (6) wirkt, axial in den Ringraum geschoben werden kann, wobei das Leitgitter (9) Leitschaufeln (10) zwischen zwei stirnseitigen Deckscheiben (11, 12) aufweist, von denen in einer Position des Leitgitters (9) im Ringspalt (3) die dem Ringraum zugewandte Deckscheibe (11) den Ringspalt abdeckt, während bei einer Position des Leitgitters im Ringraum der Ringspalt von der anderen Deckscheibe (12) geschlossen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Gleitzapfen (6) nach der Montage des Axialschiebers (2) und der Schiebehülse (5) auf der Innenführung mit der Schiebehülse (5) stoffschlüssig verbunden werden.

Description

Abgasturbine
Die Erfindung betrifft eine Abgasturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 196 45 388 AI ist eine Abgasturbine bekannt, bei der ein Leitgitter zwischen einem spiralförmigen Einlaßkanal und einem radialen Laufrad axial in einen Ringraum eingerückt werden kann. Hierzu dient ein Axialschieber, der an einer Stirnseite am Leitgitter angeformt ist und gleichzeitig als Deckscheibe für das Leitgitter dient. Er wird über einen radial gerichteten Gleitzapfen axial verstellt, der in einer als Kulisse dienenden axialen Längsnut eines Turbinengehäuses geführt ist. An seiner freien Stirnseite weist das Leitgitter eine zweite Deckscheibe auf, die in einer zurückgeschobenen Position des Leitgitters, in der sich das Leitgitter in einem Ringspalt zwischen dem Turbinengehäuse und einer Innenführung des Leitgitters befindet, den Ringspalt abdeckt und verhindert, dass Abgase unkontrolliert über den Ringspalt entweichen. In der ausgefahrenen Position, in der sich das Leitgitter im Ringraum befindet, verschließt der Axialschieber den Ringspalt bis auf ein zum Verstellen notwendiges Spiel .
Aus der DE 100 28 751 AI ist ferner eine gattungsmäßige Abgasturbine bekannt, deren Leitgitter axial von zwei Deckscheiben begrenzt wird. An einer Deckscheibe ist ein Axialschieber angeformt, der an seinem freien Ende durch axial gerichtete Gleitzapfen in Ausnehmungen einer Kulisse geführt ist. Die Gleitzapfen ragen durch die Kulisse hindurch. Zum Verstellen des AxialSchiebers wirkt eine Schiebehülse auf die freien Stirnflächen der Gleitzapfen. In der zurückgeschobenen Position des Leitgitters schließen die Deckscheiben und der sich an der inneren Deckscheibe anschließende Bereich des AxialSchiebers den Ringspalt. In der ausgefahrenen Position wird der Ringspalt durch die innere Deckscheibe und den angrenzenden Bereich des Axialschiebers bis auf das zum Verstellen erforderliche Spiel verschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Leitgitter einfacher, klemmfrei und dauerhaft verstellen zu können. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs gelöst .
Bei der Erfindung werden nach der Montage des AxialSchiebers und der Schiebehülse auf der Innenführung die Gleitzapfen mit der Schiebehülse stoffschlüssig verbunden, z.B. durch Hartlöten, Schweißen oder Kleben. Beim Kleben uss der Kleber den hohen Betriebstemperaturen standhalten, oder die Verbindungsstelle muss in eine Zone verlegt werden, die entsprechend niedrige Betriebstemperaturen aufweist . Vorzugsweise werden die Gleitzapfen an ihren freien Stirnflächen durch Laser mit der Schiebehülse verschweißt . Die dabei entstehende Schweißzone ist so klein, dass die angrenzenden Bauteile sich weder verziehen noch in ihrem Gefüge nennenswert verändern. Da der Axial- Schieber und die Schiebehülse untrennbar miteinander verbunden sind, wirken sie wie ein Bauteil, so dass ohne weiteren Aufwand engere Toleranzen eingehalten werden können. Ferner ist eine dauerhafte, klemmfreie Funktion sichergestellt, zumal wenn die Stellkräfte über mehrere auf den Umfang verteilte Gleitzapfen übertragen werden. Schließlich beansprucht die erfindungsgemäße Gestaltung sehr wenig Bauraum.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schiebehülse an einer Stoßfuge mit den Gleitzapfen einen inneren Zentrierrand aufweist, der die Gleitzapfen axial überlappt. Der Zentrierrand erleichtert einerseits die Montage und hält den Axial- Schieber und die Schiebehülse vor dem stoffschlüssigen Verbinden in einer ausgerichteten Lage und andererseits verhindert der Zentrierrand, dass flüssiger Werkstoff beim stoffschlüssigen Verbinden der Teile auf die Innenseite des AxialSchiebers bzw. der Schiebehülse gelangt, die nach der Verbindung schlecht zu inspizieren ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt .
Die einzige Figur zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch ein Turbinengehäuse einer Abgasturbine ohne Laufrad mit einem Leitgitter in einer zurück geschobenen Position.
In einem Turbinengehäuse 1 ist ein doppelflutiger, spiralförmiger Einlasskanal 13 vorgesehen, der in einen Ringraum 8 mündet. An diesen schließt sich in radialer Richtung nach innen ein nicht näher dargestelltes radiales Laufrad der Abgasturbine an, durch das die Abgase in einen axial gerichteten Auslasskanal 14 strömen. In einem Ringspalt 3 zwischen dem Turbinengehäuse 1 und einer Innenführung 4 ist ein ringförmiger Axialschieber 2 vorgesehen, der ein Leitgitter 9 mit Leitschaufeln 10 trägt. Die stirnseitigen Enden der Leitschaufeln 10 sind durch Deckscheiben 11 und 12 miteinander verbunden, von denen die innere Deckscheibe 12 mit dem Axialschieber 2 einstückig ausgebildet ist. Die Deckscheibe 12 bildet mit dem angrenzenden Bereich des AxialSchiebers 2 einen im Querschnitt rechteckigen Ring, der im Ringspalt 3 mit einem geringen Spiel geführt ist und verhindert, dass nennenswerte Abgasmengen durch den Ringspalt 3 entweichen, wenn das Leitgitter 9 in eine ausgerückte Position geschoben ist und sich im Ringraum 8 befindet .
In der dargestellten zurückgezogenen Position des Axialschiebers 2 schließt die dem Ringraum 8 zugewandte Kontur 19 der Deckscheibe 11 mit der Kontur 18 des Einlasskanals 13 bündig ab, so dass die Strömung im befeuerten Betrieb nicht gestört wird. Ferner dichtet die Deckplatte 11 den Ringspalt 3 zusätzlich ab. Der mit den Leitschaufeln 10 versehene Bereich des Leitgitters 9 entspricht der axialen Erstreckung des Ringraums 8.
An dem Ende des Axialschiebers 2, das dem Leitgitter 9 abgewandt ist, sind mehrere auf den Umfang verteilte, axial gerichtete Gleitzapfen 6 angeformt, mit denen der Axialschieber 2 durch entsprechende Ausnehmungen 15 einer Kulisse 7 greift und in dieser quer zur Umfangsrichtung mit Spiel geführt ist. Da an dieser Stelle keine Abdichtung mehr erforderlich ist, kann das Spiel für eine kostengünstige Fertigung reichlich bemessen werden. Außerdem wird dadurch ein Klemmen des Axialschiebers 2 in der Kulisse 7 vermieden, die zweckmäßigerweise integraler Bestandteil der Innenführung 4 ist . Die freien Stirnflächen der Gleitzapfen 6 werden in einer Stoßfuge 16 stoffschlüssig, z.B. durch Hartlöten, Schweißen oder dgl . , vorzugsweise durch Laserschweißen, mit der Schiebehülse 5 verbunden. Dies geschieht zweckmäßigerweise, wenn der AxialSchieber 2 und die Schiebehülse 5 auf der Innenführung 4 montiert sind. Dabei werden sie durch einen inneren Zentrierrand 17 zueinander ausgerichtet und gehalten, bis sie fest miteinander verbunden sind. Der Zentrierrand 17 schützt außerdem den zur Stoßfuge 16 radialen inneren Bereich zwischen dem Axialschieber 2 und der Schiebehülse 5 einerseits und der Innenführung 4 anderseits gegenüber Stoffpartikel, die beim Schweißen an der Stoßfuge 16 austreten könnten.
Die Schiebehülse 5 wird nach Bedarf in Verstellrichtung 21 von der dargestellten zurück gezogenen Position in eine ausgerückte Position verstellt, in der sich das Leitgitter 9 im Ringraum 8 befindet. In dieser Position befindet sich die Deckscheibe 11 in einer Ausnehmung 20 und schließt zu den Leitschaufeln 10 hin etwa bündig mit der Kontur 18 des Einlasskanals 13 ab, so dass die Deckscheibe 11 die Strömung durch den Ringraum 8 nicht stört und die Abgase ausschließlich durch die Leitschaufeln 10 umgelenkt werden, die die axiale Erstreckung 16 des Ringraums 8 vollständig überdecken.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasturbine für einen Turbolader, deren Laufrad drehbar in einem Turbinengehäuse mit einem spiralförmigen Einlaßkanal gelagert ist, an den sich ein das Laufrad umgebender
Ringraum anschließt, wobei nahe dem äußeren Umfang des Laufrades in einem axial versetzten Ringspalt zwischen dem Turbinengehäuse und einer Innenführung ein Leitgitter vorgesehen ist, das an seiner dem Ringraum abgewandten Stirnseite mit axial gerichteten Gleitzapfen fest verbunden ist, die durch Bohrungen einer gehäusefesten Kulisse greifen, und das mittels einer Schiebehülse, die auf die Enden der Gleitzapfen wirkt, axial in den Ringraum geschoben werden kann, wobei das Leitgitter Leitschaufeln zwischen zwei stirnseitigen Deckscheiben aufweist, von denen in einer Position des Leitgitters im Ringspalt die dem Ringraum zugewandte Deckscheibe den Ringspalt abdeckt, während bei einer Position des Leitgitters im Ringraum der Ringspalt von der anderen Deckscheibe geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitzapfen (6) nach der Montage des Axial- Schiebers (2) und der Schiebehülse (5) auf der Innenführung (4) mit der Schiebehülse (5) stoffschlüssig verbunden werden.
2. Abgasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitzapfen (6) an ihren freien Stirnflächen durch Laser mit der Schiebehülse (5) verschweißt werden.
3. Abgasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebehülse (5) an einer Stoßfuge (16) mit den Gleitzapfen (6) ei- nen inneren Zentrierrand (17) aufweist, der die Gleitzapfen (6) axial überlappt .
4. Abgasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gleitzapfen (6) über den Umfang des AxialSchiebers (2) verteilt angeordnet sind.
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