DE102019101868A1 - Turbolader - Google Patents
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Abstract
Turbolader, mit einer Turbine (2) zur Entspannung eines ersten Mediums, wobei die Turbine (2) ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor (5) aufweist, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine (2) bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor (5) über eine Welle (8) gekoppelten Verdichterrotor aufweist, mit einem zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse angeordneten Lagergehäuse (9), in welchem die Welle (8) über ein der Turbine (2) zugewandtes Lager (18) gelagert ist, mit einer Abschlussscheibe (22), die sich an einer der Turbine (2) zugewandten Seite eines Lagerrings oder einer Lagerbuchse (19) des der Turbine (2) zugewandten Lagers (18) an den Lagerring oder die Lagerbuchse (19) anschließt. In die Abschlussscheibe (22) ist an einer dem Lagerring oder der Lagerbuchse (19) des der Turbine (2) zugewandten Lagers (18) zugewandten Axialfläche (23) ein in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse (19) offener Verwirbelungsraum (24) einbracht, der Öl, welches aus einem Schmierspalt (20) des Lagers (18) austritt, auffängt und ableitet.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Turbolader.
- Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann bekannt. Ein Turbolader verfügt über eine Turbine, in der ein erstes Medium entspannt wird. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter, in dem ein zweites Medium verdichtet wird, und zwar unter Nutzung der in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnenen Energie. Die Turbine des Turboladers verfügt über ein Turbinengehäuse sowie einen Turbinenrotor. Der Verdichter des Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Zwischen dem Turbinengehäuse der Turbine und dem Verdichtergehäuse des Verdichters ist ein Lagergehäuse positioniert, wobei das Lagergehäuse einerseits mit dem Turbinengehäuse und andererseits mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist. Im Lagergehäuse ist eine Welle gelagert, über die der Turbinenrotor mit dem Verdichterrotor gekoppelt ist.
- Aus der
DE 10 2010 038 527 A1 ist ein Turbolader mit einem Verdichter, einer Turbine und einem Lagergehäuse bekannt. In dem Lagergehäuse ist eine Welle, über die der Turbinenrotor mit dem Verdichterrotor gekoppelt ist, gelagert, und zwar über eine Mehrzahl von Gleitlagern. Ein Gleitlager, welches der Lagerung der Welle in dem Lagergehäuse dient, ist der Turbine zugewandt. Ein weiteres Gleitlager, welches der Lagerung der Welle im Lagergehäuse dient, ist dem Verdichter zugewandt. An das der Turbine zugewandte Lager schließt sich eine Abschlussscheibe an, welche dann, wenn das Gleitlager einen schwimmenden Lagerring bzw. eine schwimmende Lagerbuchse aufweist, die axiale Verschiebung des Lagerrings bzw. der Lagerbuchse in Richtung auf die Turbine beschränkt, und welche dann, wenn die Lagerbuchse bzw. der Lagerring festgesetzt ist, dem Festhalten der Lagerbuchse bzw. des Lagerrings dient. - Eine wesentliche Anforderung im Hinblick auf die Betriebssicherheit eines Turboladers besteht in der Öldichtigkeit der Lagerung der Welle, insbesondere zum Turbinenrad der Turbine hin. Speziell auf der heißen Turbinenseite besteht die Gefahr, dass aus dem Lagergehäuse austretendes Öl sich entzünden kann. Aus diesem Grund sind Wellendichtungen für die Lagerung der Welle im Lagergehäuse für die Betriebssicherheit von Turboladern wesentliche Komponenten.
- Es besteht also Bedarf an einem Turbolader, bei dem mit einfachen Mitteln sicher und zuverlässig eine Öldichtigkeit für die Lagerung der Welle im Lagergehäuse insbesondere angrenzend an die Turbine bereitgestellt werden kann. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Turbolader zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist in die Abschlussscheibe an einer dem Lagerring oder der Lagerbuchse des der Turbine zugewandten Lagers zugewandten Axialfläche ein in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse offener Verwirbelungsraum eingebracht, der Öl, welches aus einem Schmierspalt des Lagers austritt, auffängt und ableitet. Im Sinne der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Abschlussscheibe, die sich an den Lagerring oder die Lagerbuchse des der Turbine zugewandten Lagers der Welle angrenzend zur Turbine anschließt, einen Verwirbelungsraum aufweist, der in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse offen ist. Öl, welches aus dem Schmierspalt des Lagers austritt, kann in den in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse offenen Verwirbelungsraum eintreten und dort aufgefangen und beruhigt werden. Der Verwirbelungsraum leitet aufgefangenes und beruhigtes Öl ab, und zwar in Richtung auf einen Ölablauf im Bereich des Lagergehäuses. Hiermit kann eine Öldichtigkeit für die Lagerung der Welle im Lagergehäuse insbesondere angrenzend an die Turbine gewährleistet werden. Die Betriebssicherheit des Turboladers kann so mit einfachen Mitteln erhöht werden.
- Nach einer Weiterbildungen der Erfindung ist der in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse offene Verwirbelungsraum der Abschlussscheibe an einer vom Lagerring oder der Lagerbuchse abgewandten Seite durch eine geschlossene Axialwand und an einer radial äußeren Seite durch eine geschlossene Radialwand begrenzt. Der in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse offene Verwirbelungsraum der Abschlussscheibe ist an einer an einer radial inneren, der Welle zugewandten Seite durch einen Steg begrenzt, der sich ausgehend von der Axialwand, die den offenen Verwirbelungsraum an der vom Lagerring oder der Lagerbuchse abgewandten Seite begrenzt ist, in axialer Richtung auf die dem Lagerring oder der Lagerbuchse zugewandte Axialfläche erstreckt und mit Abstand vor dieser Axialfläche endet. Eine solche Konturierung des in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse offenen Verwirbelungsraums der Abschlussscheibe ist besonders bevorzugt, um aus dem Schmierspalt des Lagers austretendes Öl sicher aufzufangen und zu beruhigen.
- Vorzugsweise ist der offene Verwirbelungsraum derart konturiert, dass eine Verlängerung einer dem Verwirbelungsraum zugewandten Fase des Lagerrings oder der Lagerbuchse die geschlossene Axialwand schneidet. Auch diese Details dienen dem sicheren Auffangen und beruhigen desjenigen Öls, welches aus dem Schmierspalt des Lagers austritt.
- Der Steg, der den Verwirbelungsraum radial innen begrenzt, definiert einen Dichtspalt zur Welle, dessen axiale Länge vorzugsweise zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,7-fachen der axialen Dicke des Abschlussscheibe und/oder dessen radiale Breite vorzugsweise zwischen dem 2-fachen und 20-fachen des radialen Lagerspiels zwischen dem Lagerring oder der Lagerbuchse und der Welle beträgt. Diese Details der Abschlussscheibe, nämlich des den Verwirbelungsraum radial innen abschnittsweise begrenzenden Stegs sind von Vorteil, um das Öl, welches den Schmierspalt verlässt, sicher aufzufangen.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 einen Querschnitt durch einen Turbolader, -
2 ein Detail eines erfindungsgemäßen Turboladers, -
3 ein Detail der2 , und -
4 ein weiteres Detail eines erfindungsgemäßen Turboladers. -
1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Turboladers1 . Ein Turbolader1 verfügt über eine Turbine2 zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas einer Brennkraftmaschine. Ferner verfügt ein Turbolader1 über einen Verdichter3 zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere von Ladeluft, und zwar unter Nutzung von in der Turbine2 bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie. - Die Turbine
2 verfügt dabei über ein Turbinengehäuse4 und einen Turbinenrotor5 . Der Verdichter3 verfügt über ein Verdichtergehäuse6 und einen Verdichterrotor7 . Der Verdichterrotor7 ist mit dem Turbinenrotor5 über eine Welle8 gekoppelt, die in einem Lagergehäuse9 gelagert ist, wobei das Lagergehäuse9 zwischen dem Turbinengehäuse4 und dem Verdichtergehäuse5 positioniert und sowohl mit dem Turbinengehäuse4 und dem Verdichtergehäuse5 verbunden ist. - Das Turbinengehäuse
4 der Turbine2 umfasst ein Zuströmgehäuse11 und ein Abströmgehäuse12 . Über das Zuströmgehäuse11 kann das im Bereich der Turbine2 zu entspannende erste Medium dem Turbinenrotor5 zugeführt werden. Über das Abströmgehäuse12 strömt im Bereich des Turbinenrotors5 entspanntes erstes Medium von der Turbine2 weg. - Das Turbinengehäuse
4 umfasst neben dem Zuströmgehäuse11 und dem Abströmgehäuse12 ein Einsatzstück13 , wobei das Einsatzstück13 insbesondere im Bereich des Zuströmgehäuses11 verläuft, und zwar benachbart zum Turbinenrotor5 radial außen angrenzend an Laufschaufeln14 des Turbinenrotors5 . - Das Turbinengehäuse
4 umfasst weiterhin einen Düsenring15 . Der Düsenring15 wird auch als Turbinenleitapparat bezeichnet. - Ferner zeigt
1 im Verbindungbereich von Zuströmgehäuse11 und Lagergehäuse9 einen Dichtdeckel16 . Der Dichtdeckel16 wird auch als Lagergehäusedeckel oder Hitzeschild bezeichnet. - Das Zuströmgehäuse
11 der Turbine2 ist mit dem Lagergehäuse9 über eine Befestigungseinrichtung17 verbunden, die vorzugsweise als Spannpratze ausgebildet ist. In diesem Verbindungsbereich zwischen Lagergehäuse9 und Zuströmgehäuse11 der Turbine wird ein radial äußerer Abschnitt des Dichtdeckels15 geklemmt. Vorzugsweise wird in diesem Verbindungsbereich auch der Düsenring mit einem Abschnitt geklemmt. - Wie bereits ausgeführt, sind der Turbinenrotor
5 und der Verdichterrotor7 über die Welle8 gekoppelt, die in dem Lagergehäuse9 gelagert ist. Zur Lagerung der Welle8 im Lagergehäuse9 dienen Lager, nämlich ein der Turbine2 zugewandtes Lager und ein dem Verdichter3 zugewandtes Lager, um die Welle8 entlang ihrer Axialerstreckung über diese Lager an mindestens zwei Axialpositionen zu lagern.2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Turbolader im Bereich eines Lagers18 , welches der Lagerung der Welle8 im Lagergehäuse9 an einer der Turbine2 bzw. dem Turbinenrad5 der Turbine2 zugewandten Seite der Welle8 bzw. des Lagergehäuses9 dient. - Bei diesem der Turbine bzw. dem Turbinenrad
5 zugewandten Lager18 handelt es sich um ein Radialgleitlager, welches einen Lagerring oder eine Lagerbuchse19 umfasst. Zwischen dem Lagerring bzw. der Lagerbuchse19 und der Welle8 ist ein Schmierspalt20 ausgebildet, der über eine Bohrung21 im Lagergehäuse9 mit Öl versorgt werden kann. - An den Lagerring oder die Lagerbuchse
19 des Lagers18 schließt sich auf der der Turbine2 bzw. dem Turbinenrad5 zugewandten Seite eine Abschlussscheibe22 an. Dann, wenn der Lagerring19 oder die Lagerbuchse des Lagers18 in dem Lagergehäuse9 schwimmend aufgenommen ist, begrenzt die Abschlussscheibe22 die axiale Beweglichkeit des Lagerrings oder der Lagerbuchse19 . Im Falle eines festgesetzten Lagerrings oder einer festgesetzten Lagerbuchse19 hält die Abschlussscheibe22 den Lagerring oder die Lagerbuchse19 in Axialrichtung fest. - Aus dem Schmierspalt
20 zwischen dem Lagerring19 oder der Lagerbuchse und der Welle8 kann im Betrieb Öl austreten, und zwar auch in Richtung auf das Turbinenrad5 . Um die Öldichtigkeit für die Lagerung der Welle8 im Lagergehäuse9 insbesondere angrenzend an die Turbine2 zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß in die Abschlussscheibe22 , die einstückig bzw. einteilig ausgeführt ist, an einer dem Lagerring oder der Lagerbuchse19 zugewandten Axialfläche23 ein in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse19 offener Verwirbelungsraum24 ausgebildet. In diesen Verwirbelungsraum24 kann Öl, welches aus dem Schmierspalt20 im Bereich einer den Verwirbelungsraum24 zugewandten Fase25 des Lagerrings oder der Lagerbuchse19 austritt, aufgefangen und im Verwirbelungsraum24 beruhigt werden. - Der Verwirbelungsraum
24 läuft in Umfangsrichtung um und weist an einer Umfangsposition eine Ölablauföffnung26 auf, über die dann das im Verwirbelungsraum24 aufgefangene und beruhigte Öl in Richtung auf einen Ölablauf des Lagergehäuses9 abgeleitet werden kann. Diese Ölablauföffnung26 weist einen Öffnungswinkel β in Umfangsrichtung zwischen 5° und 90° auf. - Wie bereits ausgeführt, ist der Verwirbelungsraum
24 in Richtung auf den Lagerring1 oder die Lagerbuchse19 des Lagers18 offen. Dieser in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse19 offene Verwirbelungsraum24 ist an einer vom Lagerring oder der Lagerbuchse19 abgewandten Seite durch eine geschlossene Axialwand27 und radial außen durch eine geschlossene Radialwand28 begrenzt. Ausgehend von der Axialwand27 , die den Verwirbelungsraum24 an der vom Lagerring oder der Lagerbuchse19 des Lagers18 abgewandten Seite begrenzt, erstreckt sich in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse19 ein Steg29 , welcher den Verwirbelungsraum24 radial innen angrenzend an die Welle8 abschnittsweise begrenzt und welcher mit Abstand vor der dem Lagerring oder der Lagerbuchse19 zugewandten Axialfläche23 der Abschlussscheibe22 endet. Der Steg29 verfügt demnach über eine axiale Länge, die geringer ist als die axiale Dicke bzw. Breite der Abschlussscheibe22 . - Der Steg
29 , der ein Dichtspalt30 zur Welle8 hin definiert, weist eine axiale Länge auf, die zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,7-fachen der axialen Dicke oder axialen Breite der Abschlussscheibe22 beträgt. - Die radiale Breite des Dichtspalts
30 zwischen dem Steg29 der Abschlussscheibe22 und der Welle8 beträgt zwischen dem 2-fachen und dem 20-fachen des radialen Lagerspiels zwischen dem Lagerring19 des Lagers18 und der Welle8 . Um das aus dem Schmierspalt20 des Lagers18 austretende Öl im Bereich des Verwirbelungsraums24 , der in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse19 offen ausgebildet ist, optimal aufzufangen, ist der Verwirbelungsraum24 insbesondere derart konturiert, dass eine Verlängerung derjenigen Fase25 des Lagerrings oder der Lagerbuchse19 , die in Richtung auf den Verwirbelungsraum24 divergiert, die geschlossene Axialwand27 schneidet, die den Verwirbelungsraum24 an der vom Lagerring oder der Lagerbuchse19 abgewandten Seite begrenzt. - In
3 ist diese Verlängerung der Fase25 in gestrichelter Linienführung gezeigt. Die Verlängerung der Fase25 schneidet dabei die geschlossene Axialwand27 insbesondere im Übergangsbereich zur geschlossenen Radialwand28 , welche den Verwirbelungsraum24 radial außen begrenzt. - Mit der Erfindung wird also vorgeschlagen, dass in den Abschlussdeckel
22 , der zwischen dem Turbinenrad5 und dem Lager18 angeordnet ist, welches die Welle8 an der der Turbine2 zugewandten Seite im Lagergehäuse9 lagert, ein in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse19 des Lagers18 offener Verwirbelungsraum24 eingebracht ist. Öl, welches aus dem Schmierspalt20 zwischen dem Lagerring oder der Lagerbuchse19 des Lagers18 und der Welle8 austritt, gelangt in den Bereich des Verwirbelungsraums24 , wird dort aufgefangen und beruhigt und über den in Umfangsrichtung umlaufenden Verwirbelungsraum24 in Richtung auf die Ölablauföffnung26 der Abschlussscheibe22 geführt. So kann das aufgefangene Öl definiert abgeführt werden. - Der Verwirbelungsraum
24 ist radial innen durch den Steg29 begrenzt, radial außen durch die Radialwand28 und an der von dem Lagerring oder der Lagerbuchse19 abgewandten Seite durch die Axialwand27 . Vorzugsweise schneidet eine Verlängerung der Fase25 des Lagerrings oder der Lagerbuchse19 diese Axialwand27 . Angrenzend an den Lagerring oder die Lagerbuchse19 ist der Verwirbelungsraum24 offen. - Im Bereich desjenigen Lagers, welches die Welle
8 an der den Verdichter3 zugewandten Seite lagert, kann ebenfalls eine Abschlussscheibe, wie oben beschrieben, angeordnet sein. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Turbolader
- 2
- Turbine
- 3
- Verdichter
- 4
- Turbinengehäuse
- 5
- Turbinenrotor
- 6
- Verdichtergehäuse
- 7
- Verdichterrotor
- 8
- Welle
- 9
- Lagergehäuse
- 10
- Schalldämpfer
- 11
- Zuströmgehäuse
- 12
- Abströmgehäuse
- 13
- Einsatzstück
- 14
- Laufschaufel
- 15
- Düsenring
- 16
- Dichtdeckel
- 17
- Befestigungseinrichtung
- 18
- Lager
- 19
- Lagerring/Lagerbuchse
- 20
- Schmierspalt
- 21
- Bohrung
- 22
- Abschlussscheibe
- 23
- Axialfläche
- 24
- Verwirbelungsraum
- 25
- Fase
- 26
- Ölablauföffnung
- 27
- Axialwand
- 28
- Radialwand
- 29
- Steg
- 30
- Radialspalt
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010038527 A1 [0003]
Claims (10)
- Turbolader (1), mit einer Turbine (2) zur Entspannung eines ersten Mediums, wobei die Turbine (2) ein Turbinengehäuse (4) und einen Turbinenrotor (5) aufweist, mit einem Verdichter (3) zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine (2) bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei der Verdichter (3) ein Verdichtergehäuse (6) und einen mit dem Turbinenrotor (5) über eine Welle (8) gekoppelten Verdichterrotor (7) aufweist, mit einem zwischen dem Turbinengehäuse (4) und dem Verdichtergehäuse (6) angeordneten Lagergehäuse (9), in welchem die Welle (8) über ein der Turbine (2) zugewandtes Lager (18) gelagert ist, mit einer Abschlussscheibe (22), die sich an einer der Turbine (2) zugewandten Seite eines Lagerrings oder einer Lagerbuchse (19) des der Turbine (2) zugewandten Lagers (18) an den Lagerring oder die Lagerbuchse (19) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass in die Abschlussscheibe (22) an einer dem Lagerring oder der Lagerbuchse (19) des der Turbine (2) zugewandten Lagers (18) zugewandten Axialfläche (23) ein in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse (19) offener Verwirbelungsraum (24) einbracht ist, der Öl, welches aus einem Schmierspalt (20) des Lagers (18) austritt, auffängt und ableitet.
- Turbolader nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussscheibe (22) einstückig ausgebildet ist. - Turbolader nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verwirbelungsraum (24) in Umfangsrichtung umläuft und an einer Umfangsposition eine Ölablauföffnung (26) aufweist. - Turbolader nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ölablauföffnung (26) einen Öffnungswinkel in Umfangsrichtung zwischen 5° und 90° aufweist. - Turbolader nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass der in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse (19) offene Verwirbelungsraum (24) der Abschlussscheibe (22) an einer vom Lagerring oder der Lagerbuchse (19) abgewandten Seite durch eine geschlossene Axialwand (27) und an einer radial äußeren Seite durch eine geschlossene Radialwand (28) begrenzt ist. - Turbolader nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der offene Verwirbelungsraum (24) derart konturiert ist, dass eine Verlängerung einer dem Verwirbelungsraum (24) zugewandten Fase (25) des Lagerrings oder der Lagerbuchse (19) die geschlossene Axialwand (27) schneidet. - Turbolader nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung der dem Verwirbelungsraum (24) zugewandten Fase (25) des Lagerrings (19) oder der Lagerbuchse (19) die geschlossene Axialwand (27) im Übergangsbereich zur geschlossenen Radialwand (28) schneidet. - Turbolader nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass der in Richtung auf den Lagerring oder die Lagerbuchse (19) offene Verwirbelungsraum (24) der Abschlussscheibe (22) an einer radial inneren, der Welle (8) zugewandten Seite durch einen Steg (29) begrenzt ist. - Turbolader nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steg (29) ausgehend von der Axialwand (27), die den offenen Verwirbelungsraum (27) an der vom Lagerring oder der Lagerbuchse (19) abgewandten Seite begrenzt ist, in Richtung auf die dem Lagerring oder der Lagerbuchse (19) zugewandte Axialfläche (23) erstreckt und mit Abstand vor dieser Axialfläche (23) endet. - Turbolader nach
Anspruch 8 oder9 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (29) einen Dichtspalt (30) zur Welle (8) definiert, dessen axiale Länge zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,7-fachen der axialen Dicke des Abschlussscheibe (22) und/oder dessen radiale Breite zwischen dem 2-fachen und 20-fachen des radialen Lagerspiels zwischen dem Lagerring (19) oder der Lagerbuchse und der Welle (8) beträgt.
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