Turbolader und Schaufellagerring hierfür

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader 1 mit variabler Turbinengeometrie VTG mit einem Turbinengehäuse 2 mit einem Zuführkanal 9 für Abgase, mit einem Turbinenrotor 4, der drehbar im Turbinengehäuse 2 gelagert ist, mit einem Leitgitter 18 variabler Turbinengeometrie, das den Turbinenrotor 4 radial außen umgibt und einen Schaufellagerring 6 aufweist, der mit Abstandshaltern 16 zur Aufrechterhaltung eines Freiraumes 13 für Leitschaufeln 7 des Leitgitters 18 versehen ist, und mit einer Befestigungseinrichtung 19; 19' zur Fixierung des Schaufellagerrings 6 am Turbinengehäuse 2, wobei die Befestigungseinrichtung 19; 19' einstückig an zumindestens einem der Abstandshalter 16 angeformt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Schaufellagerring hierfür gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.

[0002] Ein derartiger Turbolader bzw. ein derartiger Schaufellagerring ist aus der EP 1 394 364 A1 bekannt.

[0003] Bei dieser Turboladerkonstruktion wird der Schaufellagerring mit Abstandshaltern zur Aufrechterhaltung eines Freiraumes für die Leitschaufeln eines Leitgitters versehen. Um den Schaufellagerring am Turbinengehäuse fixieren zu können, sind die Abstandshalter des Schaufellagerrings jeweils mit einer Bohrung für Verbindungsbolzen versehen. Im Montagezustand durchsetzen die Verbindungsbolzen die Bohrungen und greifen in einen benachbart zum Schaufellagerring angeordneten Lagerring des Turbinengehäuses ein.

[0004] Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. einen Schaufellagerring gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11 zu schaffen, die eine Vereinfachung der Montage durch Reduzierung der zu montierenden Einzelteile ermöglichen.

[0005] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 11.

[0006] Durch die erfindungsgemäße einstückige Ausbildung der Befestigungseinrichtung zur Fixierung des Schaufellagerrings an den Abstandshaltern desselben ist es möglich, sowohl auf die Anbringung von Bohrungen in den Abstandshaltern als auch das Vorsehen und Montieren von separaten Verbindungsbolzen zu verzichten.

[0007] Vielmehr kann im Zuge der Anordnung des Schaufellagerrings dessen Fixierung durch Ineingriffbringen von Passflächen der Befestigungseinrichtung des Schaufellagerringes und entsprechender Gegenflächen am Turbinengehäuse erreicht werden.

[0008] Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

[0009] Als eine Alternative für die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung ist eine Art Bajonettverschluss möglich, der durch eine Nut gebildet wird, die an zumindest einem der Abstandshalter des Schaufellagerrings angeordnet ist und im Montagezustand mit einem passend ausgebildeten und angeordneten Steg des Turbinengehäuses zusammenwirkt.

[0010] Eine alternative bevorzugte Ausführungsform sieht als Befestigungseinrichtung eine radial ausgerichtete Zentrierfläche vor, die im Montagezustand eine Presspassung mit einer geeignet angeordneten und ausgebildeten Gegenfläche des Turbinengehäuses bildet. Radiale Ausrichtung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zentrierfläche radial nach innen bezogen auf die Rotationsachse des Turbinenrotors weist, wobei die Gegenfläche des Turbinengehäuses dementsprechend radial nach außen weist.

[0011] Bei der Ausbildung der Befestigungseinrichtung als Presspassung ist es ferner möglich, eine zusätzliche axiale Sicherung des Schaufellagerrings durch ein Zusammenwirken mit einer Scheibenanordnung zu bewirken, die zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse des Turboladers angeordnet ist. Diese Scheibenanordnung kann bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch eine auf der Seite des Lagergehäuses angeordnete Tellerfeder und einem Hitzeschild gebildet werden, der dem Turbinengehäuse zugewandt ist.

[0012] Für Anwendungen im Niedertemperaturbereich, bei dem das Turbinengehäuse aus einem Werkstoff ausgebildet ist, der eine geringe Temperaturbeständigkeit hat, ist es möglich, zwischen dem Schaufellagerring und dem Turbinengehäuse eine Einlegescheibe aus besonders temperaturfestem Material zum Schutz der Leitschaufeln anzuordnen.

[0013] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

[0014] Es zeigt:

Fig. 1

eine teilweise im Schnitt dargestellte Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Turboladers,

Fig. 2

eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaufellagerrings,

Fig. 3

eine Teilansicht des Schaufellagerrings gemäß Fig. 2,

Fig. 4

eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Turboladers zur Verdeutlichung des Montagezustandes des Schaufellagerrings gemäß der Fig. 2 und 3,

Fig. 5 und 6

der Fig. 4 entsprechende Darstellungen des erfindungsgemäßen Turboladers zur Verdeutlichung einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaufellagerrings, und

Fig. 7

eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung eines Teiles des erfindungsgemäßen Turboladers zur Verdeutlichung einer weiteren Ausführungsform.

[0015] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Turbolader 1 dargestellt, der ein Turbinengehäuse 2 und ein damit über ein Lagergehäuse 28 verbundenes Kompressorgehäuse 3 aufweist. Die Gehäuse 2, 3 und 28 sind entlang einer Rotationsachse R angeordnet. Das Turbinengehäuse ist teilweise im Schnitt gezeigt, um die Anordnung eines Schaufellagerrings 6 und ein von diesem gebildetes radial äußeres Leitgitter 18 zu verdeutlichen, das eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Leitschaufeln 7 mit Schwenkachsen 8 aufweist. Hierdurch werden Düsenquerschnitte gebildet, die je nach der Lage der Leitschaufeln 7 größer oder kleiner sind und den in der Mitte an der Rotationsachse R gelegenen Turbinenrotor 4 mehr oder weniger mit dem über einen Zuführkanal 9 zugeführten und über einen Zentralstutzen 10 abgeführten Abgas eines Motors beaufschlagen, um über den Turbinenrotor 4 einen auf derselben Welle sitzenden Kompressorrotor 17 anzutreiben.

[0016] Um die Bewegung bzw. die Lage der Leitschaufeln 7 zu steuern, ist eine Betätigungseinrichtung 11 vorgesehen. Diese kann an sich beliebig ausgebildet sein, jedoch weist eine bevorzugte Ausführungsform ein Steuergehäuse 12 auf, das die Steuerbewegung eines an ihr befestigten Stößelgliedes 14 steuert, um dessen Bewegung auf einen hinter dem Schaufellagerring 6 gelegenen Verstellring 5 in eine leichte Drehbewegung desselben umzusetzen. Zwischen dem Schaufellagerring 6 und einem ringförmigen Teil 15 des Turbinengehäuses 2 wird ein Freiraum 13 für die Leitschaufeln 7 gebildet. Um diesen Freiraum 13 sichern zu können, weist der Schaufellagerring 6 einstückig angeformte Abstandshalter 16 auf, die im Detail in Fig. 2 und 3 dargestellt sind. Im Beispielsfalle sind drei Abstandshalter 16 in einem Winkelabstand von jeweils 120° am Umfang des Schaufellagerrings 6 angeordnet. Vom Prinzip her ist es möglich, mehr oder weniger derartige Abstandshalter 16 vorzusehen, jedoch ergibt die Ausbildung gemäß Fig. 2 eine besonders vorteilhafte geometrische Anordnung.

[0017] In den Fig. 2 bis 4 ist eine Ausführungsform des Schaufellagerrings 6 dargestellt, der eine Befestigungseinrichtung 19 zur Fixierung des Schaufellagerrings 6 am Turbinengehäuse 2 aufweist, die einstückig an zumindestens einem der Abstandshalter 16 angeordnet ist. Bei der in diesen Figuren dargestellten Ausführungsform weist die Befestigungseinrichtung 19 eine Nut 20 auf, die zwischen einem, vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten, Hauptteil 22 des Abstandshalters 16 und einem Zentrierabsatz 23 angeordnet ist. Wie sich aus der Detailansicht der Fig. 3 ergibt, geht der Hauptteil 22 aufgrund der einstückigen Ausbildung in den Schaufellagerring 6 über und der Zentrierabsatz 23 ist am freien Ende des Abstandshalters 16 angeordnet. Durch das Anbringen der Nut 20 zwischen dem Hauptteil 22 und dem Zentrierabsatz 23 ergibt sich die aus Fig. 3 im Einzelnen ersichtliche Hakenform. Wie Fig. 3 ferner verdeutlicht, ist der Zentrierabsatz 23 gegenüber dem Hauptkörper 22 mit einem Absatz versehen, so dass sich benachbart zur Nut 20 eine axiale Anlagefläche 24 sowie eine radial ausgerichtete Zentrierfläche bzw. ein Zentrierdurchmesser ergeben.

[0018] Im in Fig. 4 dargestellten Montagezustand greift ein Steg 21 des Turbinengehäuses 2 in die Nut 20 ein und bildet damit eine bajonettähnliche Verschlusseinrichtung zur Fixierung des Schaufellagerrings 6 am Turbinengehäuse 2.

[0019] Hierzu und zur Ausbildung des Schaufellagerrings gemäß der Ausführungsformen der Fig. 2 bis 4 wird neben der schriftlichen Beschreibung explizit auf die zeichnerische Darstellung der genannten Figuren verwiesen.

[0020] In den Fig. 5 und 6 ist eine alternative Ausbildung des erfindungsgemäßen Turboladers 1 bzw. des erfindungsgemäßen Schaufellagerrings 6 dargestellt.

[0021] Diese Ausführungsform weist eine Befestigungseinrichtung 19' auf, die anstatt einer Nut an zumindestens einem der Abstandshalter 16 und einem korrespondierenden Steg am Turbinengehäuse 2 eine radial ausgerichtete Zentrierfläche 26 an zumindestens einem der Abstandshalter 16 aufweist, die im in den Fig. 5 und 6 dargestellten Montagezustand mit einer Gegenfläche 27 des Turbinengehäuses 2 zusammenwirkt. Durch dieses Zusammenwirken wird eine Presspassung in radialer Richtung erreicht, die vom Prinzip her dazu ausreicht, den Schaufellagerring 6 am Turbinengehäuse 2 zu fixieren.

[0022] Um die Fixierung zu unterstützen ist bei den in den Fig. 5 und 6 besonders bevorzugten Ausführungsform ferner ein Vorsprung 29 vorgesehen, der an einer Innenumfangsfläche 30 des Schaufellagerrings 6 angeordnet ist, was sich im Einzelnen aus den Fig. 5 und 6 ergibt.

[0023] Der Vorsprung 29 weist hierbei radial nach innen, also in Richtung auf die Rotationsachse R, und ist an dem axialen Ende 31 des Schaufellagerrings 6 angeordnet, das den Abstandshaltern 16 benachbart ist. Dieser Vorsprung 29, der einen radial umlaufenden Bund bildet, wirkt mit einer Scheibenanordnung 32 zusammen, was vor allem aus der vergrößerten Darstellung der Fig. 6 ersichtlich ist.

[0024] Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Scheibenanordnung 32 eine konisch ausgebildete Tellerfeder 33 und einen Hitzeschild 34 auf, der auf Seiten des Turbinengehäuses 2 angeordnet ist.

[0025] Dadurch, dass die Scheibenanordnung 32 an ihrem radial äußeren Ende auf dem Vorsprung 29 aufliegt, ist es möglich, bei der Montage eine axiale Kraft F (siehe Fig. 5) aufzubringen, die eine zusätzliche axiale Verspannung des Schaufellagerrings 6 möglich macht. In Fig. 7 ist eine Anordnung dargestellt, die derjenigen der Fig. 5 und 6 weitestgehend entspricht, so dass auf die voranstehende Erläuterung Bezug genommen werden kann.

[0026] Es handelt sich bei der Fig. 7 jedoch um eine Ausführungsform des Turboladers 1, die für einen Niedertemperatureinsatz vorgesehen ist, bei der dementsprechend das Material des Turbinengehäuses 2 geringere Temperaturfestigkeit haben kann.

[0027] Um jedoch die Leitschaufeln 7 schützen zu können, ist eine hochtemperaturfeste Einlegescheibe 35 zwischen dem Schaufellagerring 6 und dem Turbinengehäuse 2 vorgesehen, was sich im Einzelnen aus der Darstellung der Fig. 7 ergibt.

Bezugszeichenliste

[0028] 

1

Turbolader

2

Tubinengehäuse

3

Kompressorgehäuse

4

Turbinenrotor

5

Verstellring

6

Schaufellagerring

7

Leitschaufeln

8

Schwenkachsen

9

Zuführkanal

10

Axialstutzen

11

Betätigungseinrichtung

12

Steuergehäuse

13

Freiraum für Leitschaufeln 7

14

Stößelglied

15

ringförmiger Teil des Turbinengehäuses 2

16

Abstandshalter/Distanznocken

17

Kompressorrotor

18

Leitgitter

19

Befestigungseinrichtung

20

Nut

21

Steg

22

Hauptteil

23

Zentrierabsatz

24

axiale Anlagefläche

25

Zentrierfläche bzw. Zentrierdurchmesser des Abstandshalters

26

Zentrierfläche

27

Gegenfläche

28

Lagergehäuse

29

Vorsprung

30

Innenumfangsfläche

31

axiales Ende

32

Scheibenanordnung

33

Tellerfeder

34

Hitzeschild

35

Einlegescheibe

R

Rotationsachse

F

axiale Vorspannkraft

Ansprüche

1. Turbolader (1) mit variabler Turbinengeometrie (VTG)

- mit einem Turbinengehäuse (2) mit einem Zuführkanal (9) für Abgase;

- mit einem Turbinenrotor (4), der drehbar im Turbinengehäuse (2) gelagert ist;

- mit einem Leitgitter (18) variabler Turbinengeometrie, das den Turbinenrotor (4) radial außen umgibt und einen Schaufellagerring (6) aufweist, der mit Abstandshaltern (16) zur Aufrechterhaltung eines Freiraumes (13) für Leitschaufeln (7) des Leitgitters (18) versehen ist; und

- mit einer Befestigungseinrichtung (19; 19') zur Fixierung des Schaufellagerrings (6) am Turbinengehäuse (2),

dadurch gekennzeichnet,

- dass die Befestigungseinrichtung (19; 19') einstückig an zumindestens einem der Abstandshalter (16) angeformt ist.

2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (19) eine Nut (20) aufweist, in die im Montagezustand des Schaufellagerrings (6) ein Steg (21) des Turbinengehäuses (2) einsetzbar ist.

3. Turbolader nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Nut zwischen einem am Schaufellagerring (6) einstückig angeformten Hauptteil (22) des Abstandshalters (16) und einem am freien Ende des Abstandshalters (16) angeordneten Zentrierabsatz (23) angeordnet ist.

4. Turbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptteil (22) eine axiale Anlagefläche (24) benachbart zur Nut (20) aufweist.

5. Turbolader nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierabsatz (23) eine radial ausgebildete Zentrierfläche (25) benachbart zur Nut (20) aufweist.

6. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (19') als radial ausgerichtete Zentrierfläche (26) ausgebildet ist, die im Montagezustand des Schaufellagerrings (6) eine Presspassung mit einer Gegenfläche (27) des Turbinengehäuses (2) bildet.

7. Turbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufellagerring (6) einen radial nach innen vorstehenden Vorsprung (29) an seiner Innenumfangsfläche (30) aufweist.

8. Turbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (29) an dem den Abstandshaltern (16) benachbarten axialen Ende (31) des Schaufellagerrings (6) angeordnet ist.

9. Turbolader nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (29) im Montagezustand des Schaufellagerrings (6) mit einer Scheibenanordnung (32), vorzugsweise bestehend aus einer Tellerfeder (33) und einem dem Turbinengehäuse (2) zugewandten Hitzeschild (34), zur Bildung einer axialen Verspannung des Schaufellagerrings (6) zwischen Lagergehäuse (28) und Turbinengehäuse (2) zusammenwirkt.

10. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turbinengehäuse (2) und dem Schaufellagerring (6) eine Einlegescheibe (35) angeordnet ist.

11. Schaufellagerring (6) für einen Turbolader (1) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch wenigstens eines der Merkmale der Ansprüche 1 bis 10.

Zeichnung