CH715845A2 - Turbolader mit einer Verschalung und Brennkraftmaschine. - Google Patents

Turbolader mit einer Verschalung und Brennkraftmaschine. Download PDF

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CH715845A2 CH00079/20A CH792020A CH715845A2 CH 715845 A2 CH715845 A2 CH 715845A2 CH 00079/20 A CH00079/20 A CH 00079/20A CH 792020 A CH792020 A CH 792020A CH 715845 A2 CH715845 A2 CH 715845A2
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Abstract

Turbolader (14), mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei ein Turbinengehäuse (16) der Turbine und ein Verdichtergehäuse des Verdichters jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (17) verbunden sind, mit einer Verschalung (18), die das Turbinengehäuse (16) radial außen und axial außen zumindest abschnittsweise umgibt, und/oder mit einer Verschalung (18), die das Verdichtergehäuse radial außen und axial außen zumindest abschnittsweise umgibt. Die jeweilige Verschalung (18) ist lose ohne direkte Verbindung zum Turbinengehäuse (16) um das Turbinengehäuse (16) oder lose ohne direkte Verbindung zum Verdichtergehäuse um das Verdichtergehäuse herum positioniert ist, wobei die jeweilige Verschalung (18) mit einer Baugruppe verbunden ist, die im Betrieb des Turboladers ein der jeweiligen Verschalung (18) entsprechendes Temperaturniveau aufweist.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einer Verschalung und eine Brennkraftmaschine.
[0002] Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann bekannt. Ein Turbolader verfügt über eine Turbine, in welcher ein erstes Medium entspannt wird. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter, in welchem 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.
[0003] Im Betrieb eines Turboladers besteht die Gefahr, dass ein Rotor, so zum Beispiel der Turbinenrotor, des Turboladers bricht und Bruchstücke des Rotors das entsprechende Gehäuse, also das Turbinengehäuse, durchschlagen. Dabei besteht dann die Gefahr, dass die Bruchstücke des Turboladers in die Umgebung gelangen. Um diesem Problem des Berstens eines Rotors des Turboladers Rechnung zu tragen, wird bei aus der Praxis bekannten Turboladern das jeweilige Gehäuse derart ausgelegt, dass ein Schadensfall des jeweiligen Gehäuses nicht zu erwarten ist und selbst bei Brechen des jeweiligen Rotors Bruchstücke desselben das jeweilige Gehäuse nicht durchschlagen können. Hierdurch wird jedoch das Gewicht des Turboladers erhöht.
[0004] Um das Gewicht des Turboladers nicht unnötig zu erhöhen und darüber hinaus auch bereits im Feld eingesetzte Turbolader vor einem Durchschlagen von Bruchstücken eines Rotors in die Umgebung zu schützen, ist es aus der Praxis bereits bekannt, einen Turbolader mit einer Verschalung auszurüsten, welche das jeweilige zu verschalende Gehäuse, also das Turbinengehäuse oder Verdichtergehäuse, des Turboladers radial außen sowie axial außen zumindest abschnittweise umgibt.
[0005] Bei aus der Praxis bekannten Turboladern ist die Verschalung für die Turbine unmittelbar mit dem Turbinengehäuse und die Verschalung für den Verdichter unmittelbar mit dem Verdichtergehäuse verbunden. Aufgrund eines sich im Betrieb ausbildenden Temperaturunterschieds zwischen der Verschalung und dem Turbinengehäuse bzw. zwischen der Verschalung und dem Verdichtergehäuse müssen die entsprechenden Verbindungselemente mehreren Anforderungen gerecht werden. So ist eine ausreichende Nachgiebigkeit der Verbindungselemente erforderlich, um thermisch bedingte Relativbewegungen zwischen der Verschalung und dem von der Verschalung zumindest abschnittsweise umgebenen Gehäuse zu kompensieren, und zwar ohne dass unzulässig hohe Zwangskräfte durch Dehnungsbedingungen entstehen. Gleichzeitig ist jedoch eine ausreichend steife Anbindung erforderlich, um hohe Eigenfrequenzen bereitzustellen und eine Vibrationsanregung der Verschalung zu vermeiden. Aus diesem Grund kommen bei aus der Praxis bekannten Turboladern komplexe und teure Verbindungselemente zum Einsatz. Dies ist von Nachteil. Es besteht Bedarf an einem Turbolader, bei welchem eine Verschalung für das Turbinengehäuse und/oder eine Verschalung für das Verdichtergehäuse unter Verwendung einfacher und preiswerter Verbindungselemente montiert werden kann.
[0006] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Turbolader und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Turboladers zu schaffen.
[0007] Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die jeweilige Verschalung lose ohne direkte Verbindung zum Turbinengehäuse um das Turbinengehäuse oder lose ohne direkte Verbindung zum Verdichtergehäuse um das Verdichtergehäuse herum positioniert. Die jeweilige Verschalung ist mit einer Baugruppe verbunden, die im Betrieb des Turboladers ein der jeweiligen Verschalung entsprechendes Temperaturniveau aufweist. Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die jeweilige Verschalung um das jeweilige Gehäuse, also um das Turbinengehäuse oder das Verdichtergehäuse, herum lose ohne direkte Verbindung zum jeweiligen Gehäuse positioniert ist. Vielmehr ist die jeweilige Verschalung mit einer Baugruppe verbunden, die im Betrieb des Turboladers ein der jeweiligen Verschalung entsprechendes Temperaturniveau aufweist. Hiermit ist es nicht erforderlich, dass die Verbindungselemente, die der Montage der jeweiligen Verschalung dienen, temperaturbedingte Relativbewegungen kompensieren müssen. Dieselben können steif ausgeführt werden, um eine ausreichend hohe Eigenfrequenz bereitzustellen. Die Verbindungselemente können einfacher und kostengünstiger ausgeführt werden.
[0008] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die jeweilige Verschalung mit dem Lagergehäuse verbunden. Die Anbindung der jeweiligen Verschalung am Lagergehäuse ist bevorzugt. Dies erlaubt eine einfache Anbindung der jeweiligen Verschalung am Turbolader.
[0009] Vorzugsweise ist die jeweilige Verschalung über Halter mit dem Lagergehäuse verbunden, vorzugsweise derart, dass die Halter an einem Ende mit dem Lagergehäuse verbunden und an einem zweiten Ende mit der jeweiligen Verschalung verbunden sind, wobei an den zweiten Enden der Halter Langlöcher ausgebildet sind, die eine Anbindung der jeweiligen Verschalung in unterschiedlichen Winkelpositionen zulassen. Hierdurch ist gewährleistet, dass die jeweilige Verschalung ggf. zusammen mit dem zu verschalenden Gehäuse in unterschiedlichen Relativpositionen relativ zum Lagergehäuse an demselben montiert werden kann.
[0010] Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 8 definiert.
[0011] Die jeweilige Verschalung kann zusätzlich oder alternativ zur Verbindung mit dem Lagergehäuse mit dem Motor und/oder einer Tragstruktur bzw. Konsole für Baugruppen der Brennkraftmaschine verbunden sein. Die jeweilige Verschalung kann also auch am Motor oder an der Tragstruktur bzw. Konsole angebunden sein. Auch in diesem Fall besteht dann keine direkte Verbindung der jeweiligen Verschalung zu dem zu verschalenden Gehäuse, also zum Turbinengehäuse oder zum Verdichtergehäuse.
[0012] 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: <tb>Fig. 1<SEP>eine Seitenansicht einer Brennkraftmaschine zusammen mit einem Generator, <tb>Fig. 2<SEP>eine Verschalung für einen Turbolader der Brennkraftmaschine ohne das zu verschalende Gehäuse des Turboladers, <tb>Fig. 3<SEP>einen Ausschnitt aus einem Turbolader im Bereich eines Lagergehäuses, eines Turbinengehäuses und einer Verschalung des Turbinengehäuses.
[0013] Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Brennkraftmaschine 10 zusammen mit einem von der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Generator 11. Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Brennkraftmaschine 10 der Fig. 1 rein exemplarischer Natur ist. Die Erfindung ist nicht auf Brennkraftmaschinen 10 beschränkt, die dem Antreiben eines Generators 11 dienen.
[0014] Die Brennkraftmaschine 10 verfügt über einen eigentlichen Motor 12 mit mehreren Zylindern 13. In den Zylindern 13 des Motors 10 wird ein Kraftstoff verbrannt. Bei diesem Kraftstoff kann es sich um einen flüssigen Kraftstoff oder um einen gasförmigen Kraftstoff handeln. Bei dem Motor 12 kann es sich zum Beispiel um einen Gasmotor, einen Dieselmotor oder auch um einen Dual-Fuel-Motor handeln.
[0015] Die Brennkraftmaschine 10 verfügt über einen Turbolader 14. Der Turbolader 14 ist in Fig. 1 auf einer Tragstruktur 15 montiert, die auch als Konsole bezeichnet wird.
[0016] Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers 14 ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. So umfasst ein Turbolader 14 eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung des Abgases, welches bei der Verbrennung des Kraftstoffs in den Zylindern 13 des Motors 12 anfällt. Ferner umfasst der Turbolader 14 einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere zur Verdichtung von Ladeluft, die den Zylindern 13 des Motors 12 zur Verbrennung des Kraftstoffs bereitgestellt wird.
[0017] Die Turbine des Turboladers 14 verfügt über einen Turbinenrotor und ein Turbinengehäuse. Der Verdichter des Turboladers 14 verfügt über einen Verdichterrotor und ein Verdichtergehäuse. Turbinenrotor und Verdichterrotor sind über eine Welle gekoppelt. Die Welle ist an einem Lagergehäuse des Turboladers gelagert, wobei das Lagergehäuse zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse positioniert und sowohl mit dem Turbinengehäuse als auch mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist.
[0018] Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Turbolader 14 im Bereich eines Turbinengehäuses 16 und eines Lagergehäuses 17.
[0019] Im Betrieb besteht grundsätzlich die Gefahr, dass der Turbinenrotor der Turbine des Turboladers 14 oder der Verdichterrotor des Verdichters des Turboladers 14 bricht. Hierbei können dann Bruchstücke des jeweiligen Rotors das jeweilige Gehäuse, also das Turbinengehäuse oder das Verdichtergehäuse, durchschlagen und in die Umgebung gelangen. Dies muss vermieden werden, wozu es bekannt grundsätzlich ist, einen Turbolader mit mindestens einer Verschalung auszurüsten. So zeigt Fig. 3 eine Verschalung 18 für die Turbine des Turboladers, welche das Turbinengehäuse 16 axial und radial außen abschnittsweise umgibt.
[0020] Vorzugsweise kommen derartige Verschalungen sowohl im Bereich der Turbine als auch im Bereich des Verdichters zum Einsatz, die das jeweilige Gehäuse, also das Turbinengehäuse 16 bzw. das Verdichtergehäuse, radial außen und axial au-ßen zumindest abschnittsweise umgeben.
[0021] Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist vorgeschlagen, dass die jeweilige Verschalung lose ohne direkte Verbindung zum jeweiligen zu verschalenden Gehäuse um das jeweilige zu verschalende Gehäuse herum positioniert ist. In Fig. 3 ist die dort gezeigte Verschalung 18 lose ohne direkte Verbindung zum Turbinengehäuse 16 um das Turbinengehäuse 16 herum positioniert. Im Bereich des Verdichters ist eine derartige Verschalung lose um das Verdichtergehäuse um das Verdichtergehäuse herum positioniert.
[0022] Die jeweilige Verschalung 18 ist erfindungsgemäß mit einer Baugruppe verbunden, die im Betrieb des Turboladers 14 ein der Verschalung 18 entsprechendes Temperaturniveau aufweist. So ist in Fig. 3 die Verschalung 18, die ohne direkte Verbindung zum Turbinengehäuse 16 um das Turbinengehäuse 16 herum angeordnet ist, mit dem Lagergehäuse 17 verbunden. Hierzu dienen in Fig. 3 mehrere Halter 19, die an einem ersten Ende 19a mit dem Lagergehäuse 17 und mit einem gegenüberliegenden zweiten Ende 19b mit der Verschalung 18 für das Turbinengehäuse 16 verbunden sind.
[0023] Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, eine Verschalung 18 eines Turboladers 14 nicht mit dem zu verschalenden Gehäuse zu verbinden, sondern vielmehr mit einer Baugruppe, die im Betrieb des Turboladers 14 ein der Verschalung 18 entsprechendes Temperaturniveau aufweist.
[0024] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3, in welchem die Verschalung 18 des Turbinengehäuses 16 nicht mit dem Turbinengehäuse 16 sondern mit dem Lagergehäuse 17 verbunden ist, dienen zur Verbindung der Verschalung 18 mit dem Lagergehäuse 17 die Halter 19. Die Halter 19 sind gebogen konturiert. Die Halter 19 sind an ihrem ersten Ende 19a mit dem Lagergehäuse 17 verbunden, insbesondere verschraubt. An ihrem gegenüberliegenden zweiten Ende 19b sind die Halter 19 mit der Verschalung 18 der Turbine 14 verbunden, insbesondere verschraubt.
[0025] Gemäß Fig. 3 sind an den zweiten Enden 19b der gebogenen Halter 19 Langlöcher 20 ausgebildet, die sich zur Verschraubung der Halter 19 mit der Verschalung 18 Schrauben hindurch in Gewindebohrung der Verschalung 18 hinein erstrecken. Diese Langlöcher 20 lassen eine Verbindung der Verschalung 18 in unterschiedlichen Winkellagen am Lagergehäuse 17 zu, um so unterschiedlichen Anbaulagen des Turbinengehäuses zu ermöglich. Die zweiten Enden 19b der gebogenen Halter 19, an welchen die Langlöcher 20 ausgebildet sind, sind kreissegmentartig konturiert. Mehrere Halter 19 können an ihren zweiten Enden 19b einen gemeinsamen, kreissegmentartig konturierten Abschnitt mit Langlöchern 20 ausbilden bzw. in einem solchen gemeinsamen, kreissegmentartigen Abschnitt enden.
[0026] Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Verschalung 18. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist vorgesehen, dass die Verschalung 18 über die Halter 19 am Lagergehäuse 17 befestigt ist. Über einen weiteren Halter 21 ist die Verschalung 18 zusätzlich an der Tragstruktur 15 der Brennkraftmaschine 10 für den Turbolader 14 montierbar.
[0027] Obwohl nicht gezeigt, ist es auch möglich, dass die Verschalung 18 abhängig von der Einbausituation des Turboladers 14 am Motor 12 auch mit dem Motor 12 verbunden ist.
[0028] Durch die Erfindung ist es nicht erforderlich, dass Verbindungselemente, die der Montage der Verschalung 18 dienen, thermisch bedingte Relativbewegungen zwischen der Verschalung 18 und dem zu verschalenden Gehäuse kompensieren müssen. Daher können die Verbindungselemente steif ausgeführt werden, insbesondere im Hinblick auf die Gewährleistung einer hohen Eigenfrequenz der Verschalung 18. Es können daher einfache und kostengünstige Halter zum Einsatz kommen.
[0029] Die erfindungsgemäße Montage einer Verschalung kann im Bereich der Turbine sowie im Bereich des Verdichters genutzt werden. In jenem Fall ist die Verschalung nicht direkt an dem zu verschalenden Gehäuse montiert, sondern an einer Baugruppe, die im Betrieb des Turboladers ein der Verschalung entsprechendes Temperaturniveau aufweist.
Bezugszeichenliste
[0030] 10 Brennkraftmaschine 11 Generator 12 Motor 13 Zylinder 14 Turbolader 15 Tragstruktur 16 Turbinengehäuse 17 Lagergehäuse 18 Verschalung 19 Halter 19a Ende 19b Ende 20 Langloch 21 Halter

Claims (10)

1. Turbolader (14), mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei ein Turbinengehäuse (16) der Turbine und ein Verdichtergehäuse des Verdichters jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (17) verbunden sind, mit einer Verschalung (18), die das Turbinengehäuse (16) radial außen und axial außen zumindest abschnittsweise umgibt, und/oder mit einer Verschalung (18), die das Verdichtergehäuse radial außen und axial außen zumindest abschnittsweise umgibt,dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Verschalung (18) lose ohne direkte Verbindung zum Turbinengehäuse (16) um das Turbinengehäuse (16) oder lose ohne direkte Verbindung zum Verdichtergehäuse um das Verdichtergehäuse herum positioniert ist, die jeweilige Verschalung (18) mit einer Baugruppe verbunden ist, die im Betrieb des Turboladers ein der jeweiligen Verschalung (18) entsprechendes Temperaturniveau aufweist.
2. Turbolader nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dassdie jeweilige Verschalung (18) mit einer Baugruppe verbunden ist, die im Betrieb des Turboladers einer der jeweiligen Verschalung (18) entsprechenden thermischen Belastung ausgesetzt ist.
3. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dassdie jeweilige Verschalung (18) mit dem Lagergehäuse (17) verbunden ist.
4. Turbolader nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, dassdie jeweilige Verschalung (18) über gebogene Halter (19) mit dem Lagergehäuse (17) verbunden ist.
5. Turbolader nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dassdie Halter (19) an einem Ende (19a) mit der Lagergehäuse (17) verbunden und an einem zweiten Ende (19b) mit der Verschalung (18) verbunden sind, wobei an den zweiten Enden (19b) der Halter (19) Langlöcher (20) ausgebildet sind, die eine Anbindung der Verschalung (18) in unterschiedlichen Winkelpositionen zulassen.
6. Turbolader nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, dassdie zweiten Enden (19b) der Halter (19) kreissegmentartig kontriert sind.
7. Turbolader nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, dassdie zweiten Enden (19b) mehrerer Halter (19) einen gemeinsamen kreissegmentartig kontrierten Abschnitt mit Langlöchern (20) ausbilden.
8. Brennkraftmaschine (10), mit einem mehrere Zylindern (13) aufweisenden Motor (12) zur Verbrennung von Kraftstoff, mit einem Turbolader (14) zur Entspannung von Abgas, welches bei der Verbrennung von Kraftstoff in den Zylindern (13) anfällt, und zur Verdichtung von Ladeluft, die zur Verbrennung von Kraftstoff den Zylindern (13) zuführbar ist,dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, dassdie jeweilige Verschalung (18) mit dem Motor (12) verbunden ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9,gekennzeichnet durcheine Tragstruktur (15) oder Konsole für Baugruppen der Brennkraftmaschine, wobei die jeweilige Verschalung (18) mit der Tragstruktur (15) oder Konsole verbunden ist.
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