Gebiet der Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse für Strömungsmaschinen, wie
Turbolader, Sekundärluftladern od.dgl., mit einem ersten Rotorraum zur Aufnahme eines
Turbinenrotors, einem Lagerungsraum für eine den Turbinenrotor tragende Welle an einem
ihrer Enden, und einem zweiten Rotorraum zur Aufnahme eines am anderen Wellenende
zu befestigenden Kompressorrotors, wobei die beiden Rotorräume jeweils von Zu- bzw.
Abfuhrkanälen für ein Gas umgeben sind.
Hintergrund der Erfindung
[0002] Derartige Gehäuse sind aus zahlreichen Dokumenten bekannt, beispielsweise aus der
CA-1,270,120 oder den US-A-2,860,827, 4,179,247 bzw. 4,659,295. In all diesen Fällen
besteht das Gehäuse aus mehreren - im allgemeinen mindestens drei - Gehäuseteilen.
Beispielsweise ist meist dem Turbinenrotorraum, dem Lagerungsraum und dem Kompressorrotorraum
je ein eigener Gehäuseteil gewidmet, welche Teile dann miteinander verschraubt oder
auf andere Weise miteinander verbunden werden müssen.
[0003] Die mehrteilige Ausführung der Gehäuse hatte im allgemeinen auch einen besonderen
Grund, nämlich um die Wärmeübergänge zu erschweren und die Werkstoffwahl entsprechend
den Erfordernissen treffen zu können.
Kurzfassung der Erfindung
[0004] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die mehrteilige Ausführung nicht
in allen Fällen erforderlich ist und daß es deshalb erwünscht wäre, die Kosten der
Herstellung und der Montage zu senken.
[0005] Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß das den Lagerungsraum umgebende Gehäuse
mindestens zum Teil mit dem wenigstens einen der Rotorräume umgebenden Gehäuse einstückig
ausgebildet ist. Demgemäß kann beispielsweise für jeden der beiden Rotoren ein seinen
Raum umgebendes Gehäuse in Verbindung mit mindestens einem Teil des den Lagerungsraum
umgebenden Gehäuse gegossen werden, so daß am Ende nur die beiden Rotorengehäuseteile
aneinandergefügt werden müssen.
[0006] Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, daß bevorzugt
nur ein einziges technisch hochwertiges Teil an Stelle von deren mehreren hergestellt
(mit gegenseitiger Toleranzanpassung) werden muß. Die Rotorräume können jeweils mit
einem einfachen Flansch abgedeckt werden, so daß die Montage des Gehäuses nur das
Aufmontieren der beiden Flansche erfordert und mithin weniger aufwendig ist.
[0007] Noch günstiger ist es allerdings, wenn alle drei Räume von einem einstückig geformten
Gehäuse umgeben sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[0008] Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung
eines in der Zeichnung schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse für Strömungsmaschinen, bei
dem zur Veranschaulichung bereits eine Lagerung mitsamt Rotoren und Gehäusedeckel
eingesetzt ist und von dem
- Fig. 2
- eine Seitenansicht im Sinne der Linie II-II der Fig. 1 zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
[0009] Ein einheitliches, beispielsweise aus einem Gußmaterial, wie Grauguß oder Guß aus
einem Leichtmetall, hergestelltes Gehäuse 1 umgibt einen Turbinenrotorraum 2 für einen
in Fig. 1 dargestellten Turbinenrotor 2' an einem seiner Enden, einen Kompressorrotorraum
3 für einen darin unterzubringenden Kompressorrotor 3' am gegenüberliegenden Ende
und dazwischen einen Lagerungsraum 4 für eine die beiden Rotoren 2', 3' in bekannter
Weise an je einem Ende tragenden Welle 5. Jedem der Rotorräume 2, 3 ist ein ihn annähernd
ringförmig bzw. spiralig umgebender Kanal, nämlich ein Zufuhrkanal 6 bzw. ein Abfuhrkanal
7 zugeordnet, wobei ein gasförmiges Medium - also beispielsweise im Falle eines Turboladers
Abgas, im Falle eines Sekundärluftladers Luft, in einem anderen Falle vielleicht eine
Flüssigkeit - dem Zufuhrkanal 6 über einen aus Fig. 2 ersichtlichen, vorzugsweise
angeformten Stutzen 8 zugeführt wird. Luft wird dem Kompressorraum 3 über einen axialen
Stutzen 17 an einem am erfindungsgemäßen Gehäuse 1 mittels Schrauben 19 zu befestigenden
Gehäusedeckels 18 zugeführt (siehe Pfeil a') und vom Abfuhrkanal 7 über einen Stutzen
9 abgeführt.
[0010] Es sei erwähnt, daß das erfindungsgemäße Gehäuse 1 auch am anderen Ende von einem
Gehäusedeckel 20 verschlossen werden kann und dazu Gewindebohrungen 21 (nur eine ist
dargestellt) besitzt, welche - ähnlich den Schrauben 19 - Schrauben 22 aufnehmen.
Auch dieser Gehäusedeckel wird dann den Rotorraum 2 begrenzen, ähnlich wie der Gehäusedeckel
18 den Rotorraum 3 begrenzt. In ähnlicher Weise besitzt er einen axialen Stutzen 23,
über den - entsprechend dem eingezeichneten Pfeil a - Fluid abgeführt wird, welches
über den Zufuhrkanal 6 dem Rotor 6' zugeführt wurde.
[0011] Wie besonders aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Gehäuse 1 relativ stark, aber mit einfach
herzustellenden Formen ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung kann es aber durchaus
sein, es zwischen dem Turbinenrotorraum 2 und dem Kompressorrotorraum 3 stärker einzuschnüren
und es allenfalls auch mit Rippen zur Wärmeabgabe zu versehen.
[0012] Wenn auch ein einheitliches, alle drei Räume 2-4 umgebendes Gehäuse aus Fig. 1 ersichtlich
ist, so ist die Erfindung keineswegs darauf beschränkt. Es wäre beispielsweise denkbar,
das Gehäuse 1 aus zwei lösbar miteinander verbindbaren Teilen herzustellen, wie strich-punktiert
mit einer Linie L angedeutet ist. Natürlich kann sich dann wieder ein Toleranzproblem
ergeben, weshalb die völlig einstückige Ausbildung für alle drei Räume 2-4 bevorzugt
ist. Man kann aber die Toleranzprobleme besser beherrschen, wenn dann die beiden Teile
des Gehäuses 1 ineinandergreifende Paßflächen, insbesondere konische Paßflächen 10,
aufweisen, so daß sie ineinandergesteckt und dann nur noch miteinander in an sich
bekannter Weise befestigt werden müssen. Eine solche Unterteilung des Gehäuses 1 kann
natürlich auch in anderer Weise geschehen, beispielsweise indem einer der Rotorräume
2 oder 3 von einem Gehäuse umgeben ist, das auch den gesamten Lagerungsraum umfaßt.
Eine weitere Modifikation könnte darin bestehen, daß die Rotorräume 2, 3 bzw. die
Zu- bzw. Abfuhrfuhrkanäle 6, 7 jeweils gleich groß sind.
[0013] Der Lagerungsraum 4 kann ein herkömmliches, allenfalls auch unterteiltes Gleitlager
aufnehmen, es kann aber auch ein Wälzlager verwendet werden.
[0014] Im Gegensatz zu herkömmlichen Ausgestaltungen, bei denen eine axiale Fixierung mitten
im Lagerungsraum 4 untergebracht war (vgl. U.S. Patent Nr. 4,179,247) ist es in Weiterbildung
der Erfindung bevorzugt, wenn eine Anordnung für eine axiale Fixierung, wie eine Axiallagerung,
jeweils an einem einem jeweiligen Rotorraum 2 bzw. 3 zugekehrten Ende des Lagerungsraumes
4 vorgesehen wird, wo man beispielsweise ohne komplizierte Bearbeitung eine axiale
Fixierung, etwa ein Axiallager, leicht montieren kann bzw. eine entsprechende Anordnung
leichter vorgesehen werden kann. Diese Anordnung auf der rechten Seite der Fig. 1
von einer einen Raum 14 für den Durchtritt der Welle 5 - nämlich jenes Endes der Welle
5, das den Turbinenrotor 2' im Turbinenrotorraum 2 trägt - umgebenden und vorzugsweise
einstückig mit dem Gehäuse 1 mitgefertigten Ringwand 15 gebildet, die so einen Abschluß
des Lagerungsraumes 4 bildet.
[0015] Anderseits ist am anderen Ende des Lagerungsraumes 4 (links in Fig. 1) ein zylindrischer
Raum 16 vorgesehen, in welchen eine axiale Fixierung, beispielsweise ein Axiallager,
untergebracht werden kann. Solche axiale Fixierungen bzw. Axiallager sind dem Fachmanne
bekannt und brauchen deshalb hier nicht im einzelnen erörtert werden. Somit hat der
Lagerungsraum 4 die Form einer Buchse. Auf diese Weise ist es möglich, die Welle samt
vormontierter Lagereinheit (oder zunächst auch nur die Lager alleine) in die vom Lagerungsraum
4 gebildete hohle Buchse einzuschieben, wo es an der Ringwand 15 anschlägt. Die Ringwand
15 selbst mit ihrer Öffnung 14 für den Durchtritt der Welle 5 (d.h. die Öffnung 14
entspricht wenigstens annähernd dem Durchmesser der Welle 5) kann entweder selbst
als Gleitlager ausgebildet sein oder ein solches aufnehmen. Sobald die Lagereinheit,
welche vorzugsweise etwa dieselbe axiale Länge wie der Lagerungsraum 4 hat, in diesen
Raum 4 eingesetzt worden ist, kann dann die axiale Fixierung im Raum 16 erfolgen.
[0016] Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich zahlreiche Modifikationen möglich,
von denen einige bereits oben erwähnt wurden. Ferner wäre es aber auch denkbar, zum
Lagerungsraum 4 von außen hin führende Schmierbohrungen vorzusehen. Auch könnte das
Gehäuse 1 selbst an seinen beiden Enden auch noch radiale, äußere Verbindungsflansche
aufweisen, an denen die Gehäusedeckel 18 und 20 mit den entsprechenden Axialstutzen
17, 23 zum Ausblasen von Fluid, wie des Abgases, (an der rechten Seite der Fig. 1)
bzw. der Zufuhr von Luft (an der linken Seite der Fig. 1) aufschrauben zu können.
In jedem Falle ist aber ersichtlich, daß nicht nur die Gehäusekonstruktion vereinfacht
ist, sondern außerdem auch noch die Montage erleichtert wird. Was die Ausbildung der
Rotoren 2', 3' anlangt, so können diese durchaus herkömmlicher Art sein; diesbezüglich
wird auf die eingangs genannten Dokumente verwiesen.
[0017] An Stelle der oben geschilderten, bevorzugten Art der axialen Fixinnerhalb desierung
könnte - wie an sich, beispielsweise aus dem U.S. Patent Nr. 4,179,247, bekannt -
innerhalb des Lagerungsraumes 4 eine axiale Fixierung vorgesehen werden, etwa indem
man in der buchsenartigen Bohrung des Lagerungsraumes 4 wenigstens eine Ringnut 24
zur Unterbringung einer solchen Fixierung einbringt. Auf diese Weise ist es aber gegebenenfalls
möglich, die Anordnung für eine axiale Fixierung der Lagerung zwischen den beiden
Enden des Lagerungsraumes 4 vorzusehen.
1. Gehäuse (1) für Strömungsmaschinen mit einem
ersten Rotorraum (2) zur Aufnahme eines Turbinenrotors;
einem Lagerungsraum (4) für eine den Turbinenrotor tragende Welle (5) an einem ihrer
Enden; und
einem zweiten Rotorraum (3) zur Aufnahme eines am anderen Wellenende zu befestigenden
Kompressorrotors, wobei
die beiden Rotorräume (2, 3) jeweils von Zu- bzw. Abfuhrkanälen (6, 7) für ein Gas
umgeben sind;
dadurch gekennzeichnet, daß
das den Lagerungsraum (4) umgebende Gehäuse (1) mindestens zum Teil mit dem wenigstens
einen der Rotorräume (2 bzw. 3) umgebenden Gehäuse (1 ) einstückig ausgebildet ist.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Räume (2-4) von einem einstückig geformten Gehäuse (1 ) umgeben sind.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerungsraum (4) als gegenüber dem Durchmesser der Welle (5) vergrößerte Buchse
zur Aufnahme einer Lagerung (13, 13') ausgebildet ist.
4. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1 ) noch mindestens ein Zufuhrstutzen (8 bzw. 9) zur Zufuhr eines Gases
zum zugehörigen Zufuhrkanal (6 bzw. 7) einstückig angeformt ist.
5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem Ende des Lagerungsraumes (4), vorzugsweise an beiden, eine Anordnung
(15, 16) für eine axiale Fixierung der Lagerung vorgesehen ist.
6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerungsraum (4) an einem seiner Enden eine sich radial einwärts zum Raum zur
Unterbringung der Welle (5) erstreckende Ringwand (15) für eine axiale Fixierung,
wie eine Axiallagerung, aufweist.