EP2245275B1 - Leitschaufel einer variablen turbinengeometrie eines turboladers - Google Patents

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EP2245275B1
EP2245275B1 EP08869779.2A EP08869779A EP2245275B1 EP 2245275 B1 EP2245275 B1 EP 2245275B1 EP 08869779 A EP08869779 A EP 08869779A EP 2245275 B1 EP2245275 B1 EP 2245275B1
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EP
European Patent Office
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sections
guide vane
section
region
curvature
Prior art date
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EP08869779.2A
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Ralf Böning
Tobias Dettmann
Holger Fäth
Andre Kaufmann
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
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    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
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    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/713—Shape curved inflexed

Definitions

  • the invention relates to a guide vane for a variable turbine geometry of a turbocharger.
  • a turbocharger generally consists of an exhaust gas turbine in the exhaust stream, which is connected via a shaft to a compressor in the intake stroke.
  • the turbine is set in rotation by the exhaust gas flow of the engine and thus drives the compressor.
  • the pressure in the intake tract of the engine is increased via the compressor, so that a larger amount of air enters the cylinder during the intake stroke than in a naturally aspirated engine. In this way, more oxygen is available for burning a correspondingly larger amount of fuel.
  • the boost pressure if necessary, limited by the fact that with a blow-off valve or bypass or wastegate, the hot exhaust gas passes partly past the turbine and thus the power of the turbine is reduced.
  • the turbine is designed so large that it works well well below the rated operating point of the engine.
  • turbochargers are known from the prior art, which are provided with a variable turbine geometry VTG, in order to better adapt the power output and the response to different operating conditions, such as load changes.
  • VTG variable turbine geometry
  • high peripheral components of the flow velocity and a high enthalpy gradient lead to a high turbine output and thus to a high boost pressure.
  • full open position of the vanes in turn, the maximum throughput of the turbine opens up high centripetal fraction of the velocity vector of the flow.
  • the advantage of this power control over a bypass control is that always the full exhaust gas mass flow is routed through the turbine and used for power conversion.
  • the shape of the blade profile is the main influencing factor for the thermodynamic efficiency, the control characteristics and the required radial space.
  • the profile of the adjusting blade there are a variety of shapes for the profile of the adjusting blade. In general, it is important to combine the optimum of efficiency, control characteristics and the smallest possible pitch circle (installation space).
  • the shape is described by the line of curvature that extends between the center of the head radius and the center of the end radius of the pitch blade. This curvature line is created by assuming tangential circles within the profile to the top and bottom. The connecting line of the circle centers here describes the curvature line.
  • curvature lines have a continuous course, i.
  • the individual curve pieces merge tangentially.
  • the curvature line has no kink.
  • Such a vane is, for example, in the international patent application WO 2005/064121 Al disclosed.
  • the guide vanes shown here have areas with different curvatures in their curvature lines, the overall course is also continuous here.
  • a variable turbine geometry vane of a turbocharger the vane having a top and bottom profile.
  • the line of curvature of the vane thereby describes the connecting line of the circle centers of tangential circles assumed within the profile of the vane to the top and bottom, and extends between a center of a head radius and a center of an end radius of the vane.
  • the line of curvature has at least one or more areas with a discontinuous course. In this case, such a region has two sections which are connected to one another, wherein the two sections do not merge tangentially into one another at their connection point, that is to say one have discontinuous course of the curvature line. In other words, the sections form a kink at their junction.
  • the line of curvature of the guide vane has, in addition to at least one region with a bend or with a non-tangential transition between two sections, at least one region whose two sections merge continuously or tangentially into one another at their junction.
  • the vane is particularly advantageous in the design of a flow profile.
  • the efficiency can be improved with unchanged control behavior and space requirements.
  • the curvature of a guide vane can be varied suitably with continuously and discontinuously extending areas, depending on which flow profile is to be achieved.
  • the vane is comprised of four sections, the first and second sections forming a first section, with a continuous course.
  • a second region is formed by the second portion and a third portion, wherein the second and third portions at their junction discontinuously into each other or form a kink.
  • the sections of the first or third area may in this case be curved, for example, both or at least one of them upwards or downwards.
  • the portions of which the curvature line is composed for example, arcuate or straight.
  • the sections can be curved upwards or downwards or, if the sections are straight, for example horizontally, vertically, or obliquely upwards or obliquely downwards.
  • the sections can be combined as desired with each other, wherein at least one area which is formed by the sections has a discontinuous course. In this way, a variety of flow profiles, depending on the desired function or desired application can be realized.
  • Fig. 1 a first embodiment of a guide vane 10 according to the prior art is shown.
  • the vane 10 is shown in a diagram, wherein the diagram has an X-axis and a Y-axis. This illustration applies to all vanes 10 as they are in the Fig. 1 to 5 are shown.
  • the shape of a vane 10 is normally described by the line of curvature 12 that extends between the midpoint 14 of the head radius and the midpoint 16 of the end radius of the vane 10.
  • This curvature line 12 is formed by 20 tangential circles are assumed within the profile of the guide vane 10 to the top and bottom 18 ,.
  • the connecting line of the circle centers describes the curvature line 12.
  • the curvature line 12 is wavy.
  • the curvature line 12 consists of four sections a1 to a4 together.
  • the first and second sections a1, a2, which form a first region b1 are in each case arched upwards in an arcuate manner, wherein the two sections a1, a2 of the curvature line 12 merge tangentially into one another at their connection point 22.
  • the area b1 forms a continuous course without a kink.
  • the third portion a3 is also arcuate in shape, being curved downward, in contrast to the first and second portions a1, a2.
  • the second and third sections a2, a3 also merge tangentially into one another at their connection point 22, so that the second region b2, which is formed from the second and third sections a2, a3, has a continuous profile.
  • the two sections a3, a4 of the curvature line 12 merge tangentially into one another, ie the region b3 has a continuous course, without a kink being formed at the transition 22 between the two sections a3, a4. All three areas b1 to b3 extend above the X-axis in the diagram in FIG Fig. 1 Furthermore, the first region b1 is significantly longer and more curved than the third region b3.
  • the curvature line 12 is also composed of four sections a1 to a4.
  • the curvature line 12 in this case runs above the X axis and in this case initially rises in an arc upwards, before it slowly drops towards the other end.
  • the first section a1 of the line of curvature 12 is arched downward in an arc shape and the adjoining section a2 is curved upward.
  • the two sections a1 and a2 tangentially merge into each other, so that the first area b1, by the first and second portion a1, a2 has a continuous course.
  • the third section a3 is also curved arcuately upwards, wherein he and the second section a2 at their junction 22 tangentially merge into each other, without causing a kink arises.
  • the third region b3 of the curvature line 12 is formed from the third section a3 and a fourth section a4.
  • the fourth section a4 is arched downward in an arc shape, with the third and fourth sections a3, a4 merging tangentially into one another at their connection point 22.
  • FIG. 3 a third embodiment of a prior art vane form shown.
  • the vane 10 consists, as in the first and second embodiment of four sections a1 to a4.
  • the curvature line 12 runs in a waveform initially in an arc above the X axis and then in an arc below the X axis.
  • the first and second sections a1, a2 of the curvature line 12 are arc-shaped and are curved upward. At their connection point 22, the two first and second sections a1, a2 transition tangentially into one another.
  • the second region b2 of the curvature line 12 is formed by the second section a2 and a third section a3.
  • the third section a3 is also arcuate and curved downwards.
  • the two sections a2 and a3 pass tangentially into one another at their connection point 22, so that no sharp kink occurs in this area.
  • the fourth region b4 is formed by the third section a3 and a fourth section a4.
  • the fourth section a4 is also arched curved downwards.
  • the third and fourth sections a3, a4 merge tangentially into one another.
  • the areas form b1 to b4 or the curvature line 12 as a whole, a continuous course, like the other two previously described embodiments of a prior art vane 10.
  • the guide blade 10 here consists, for example, of four sections a1 to a4.
  • a first region consisting of the first and second sections a1, a2, has a continuous course.
  • the first and second sections a1, a2 are here arc-shaped and arched upwards.
  • the first section a1 transitions tangentially into the second section a2, so that a continuous course is formed without a kink.
  • a second region b2 is formed by the second portion a2 and a third portion a3, wherein the second and third portions a2, a3 are each arcuate and are curved upward.
  • the sections a2 and a3 do not tangentially merge into one another at their connection point 22 but form a kink 24.
  • the second area b2 does not form a continuous course as in the prior art but has a discontinuous course or has a sharp kink 24 at the Junction 22 of the two sections a2, a3.
  • the third area b3 consists of the third section a3 and a fourth section a4 and forms a continuous course.
  • the fourth section a4 is arc-shaped and arched upwards. At their connection point 22, the third and fourth sections a3, a4 merge tangentially into one another.
  • the guide vane 10 has a region b2 with a discontinuous course of the curvature line 12, in which the second and third sections a2, a3 at their junction 22 form a kind of kink 24 or not tangentially into each other.
  • the other regions b1 and b3 have a continuous course of the curvature line 12, without one of the regions forming a bend.
  • the curvature line 12 forms in the present case two sheets, once an upwardly arched arc of the sections a1 and a2 and another compared to this very much flatter arc consisting of the sections a3 and a4. Both bends form at their junction 22 the kink 24th
  • a second embodiment of a guide vane 10 according to the invention shown.
  • the curvature line 12 of the guide vane 10 consists of four sections a1 to a4.
  • the first and second section a1, a2 is arc-shaped and arched upwards.
  • the first and second sections a1, a2 pass tangentially into one another, so that the area b1, which is formed from the two sections a1, a2, has a continuous course.
  • the second region b2 is formed from the second portion a2 and a third portion a3, wherein the third portion a3 is also curved upwards.
  • the two sections a2, a3 do not merge tangentially into one another at their connection point 22, but form a kind of kink 24, as in FIG Fig. 5 is shown.
  • the second area b2 has a discontinuous course.
  • the two third and fourth sections a3, a4 are here arc-shaped and curved upwards. At their junction 22 they go tangentially into each other.
  • the curvature line 12 of the guide vane 10 according to the invention has a discontinuous course, at least in the region b2, while the two other regions b1 and b3 have a continuous course without buckling.
  • the first region b1 is formed longer, or the arc stretched out of the sections a1 and a2.
  • the third area b3, or the arc stretched from the sections a3 and a4 is shorter in the second embodiment than in the first embodiment.
  • a guide vane may comprise at least one region consisting of two sections or a plurality of sections, for example two, three, four, five, six and more sections.
  • sections having an arbitrary shape, arrangement and / or dimensioning can be combined with one another.
  • the areas that are formed from the sections are formed from the sections.
  • the areas b1 to b3 are each arranged substantially above the X-axis in the diagrams.
  • the regions or sections of the curvature line 12 can run as desired, for example at least partially below the X axis, such as, for example, in FIG Fig. 3 With reference to the prior art is shown.
  • the portions of the line of curvature 12 may also extend entirely below or partially along the X-axis.
  • straight and arcuate portions at the curve line 12 of a vane 10 can be varied as desired.
  • the guide blade 10 can in this case have at least one kink 24 or a multiplicity of kinks 24 or points at which the individual curve pieces of the curve line 12 do not merge tangentially into one another.
  • the curvature line 12 can have one, two, three, four or more of these so-called kinks 24 or non-tangential transitions, wherein the kinks 24 can be provided at arbitrary positions of the curvature line 12, depending on the function or intended use.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel für eine variable Turbinengeometrie eines Turboladers.
  • Ein Turbolader besteht im Allgemeinen aus einer Abgasturbine im Abgasstrom, die über eine Welle mit einem Verdichter im Ansaugtakt verbunden ist. Dabei wird die Turbine vom Abgasstrom des Motors in Rotation versetzt und treibt so den Verdichter an. Über den Verdichter wird hierbei der Druck im Ansaugtrakt des Motors erhöht, so dass während des Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in den Zylinder gelangt als bei einem Saugmotor. Auf diese Weise steht mehr Sauerstoff zur Verbrennung einer entsprechend größeren Kraftstoffmenge zur Verfügung.
  • Bei herkömmlichen Turboladern wird der Ladedruck, wenn notwendig, dadurch begrenzt, dass mit einem Abblasventil bzw. Bypass oder Wastegate das heiße Abgas zum Teil an der Turbine vorbeigeführt und damit die Leistung der Turbine reduziert wird. Dafür wird die Turbine so groß ausgelegt, dass sie schon weit unterhalb des Nennarbeitspunktes des Motors gut arbeitet.
  • Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Turbolader bekannt, die mit einer variablen Turbinengeometrie VTG versehen sind, um die Leistungsabgabe und das Ansprechverhalten an unterschiedliche Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Lastwechsel, besser anpassen zu können. Um das zu erreichen, befinden sich verstellbare, nicht rotierende Leitschaufeln im Turbineneintritt oder im Turbinengehäuse. In geschlossener Leitschaufel-Position führen dabei hohe Umfangskomponenten der Strömungsgeschwindigkeit und ein hohes Enthalpiegefälle zu einer hohen Turbinenleistung und damit einem hohen Ladedruck. In voll geöffneter Position der Leitschaufeln erschließt sich wiederum der maximale Durchsatz der Turbine bei hohem zentripetalem Anteil des Geschwindigkeitsvektors der Strömung. Der Vorteil dieser Leistungsregelung gegenüber einer Bypass-Regelung liegt darin, dass immer der volle Abgasmassenstrom über die Turbine geleitet und zur Leistungsumsetzung genutzt wird.
  • Für die variable Turbinengeometrie ist die Form des Schaufelprofils Haupteinflussfaktor für die thermodynamische Effizienz, die Regelcharakteristik und den benötigten radialen Bauraum.
  • Im Stand der Technik gibt es die verschiedensten Formen für das Profil der Verstellschaufel. Generell gilt es, das Optimum an Wirkungsgrad, Regelcharakteristik und möglichst kleinem Teilkreis (Bauraum) zusammenzuführen. Üblicherweise wird die Form über die Krümmungslinie beschrieben, die zwischen dem Mittelpunkt des Kopfradius und dem Mittelpunkt des Endradius der Verstellschaufel verläuft. Diese Krümmungslinie entsteht indem innerhalb des Profils zu Ober- und Unterseite tangentiale Kreise angenommen werden. Die Verbindungslinie der Kreismittelpunkte beschreibt hierbei die Krümmungslinie.
  • Dabei gibt es rein gerade, gekrümmte oder aus beiden Möglichkeiten zusammengesetzte Varianten. Allen diesen Varianten ist gemein, dass die Krümmungslinien einen kontinuierlichen Verlauf besitzen, d.h. die einzelnen Kurvenstücke gehen tangential ineinander über. Mit anderen Worten die Krümmungslinie weist keinen Knick auf.
  • Eine solche Leitschaufel ist beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung WO 2005/064121 Al offenbart. Die hier gezeigten Leitschaufeln weisen zwar Bereiche mit unterschiedlichen Krümmungen in ihren Krümmungslinien auf, der Gesamtverlauf ist jedoch auch hier kontinuierlich.
  • Eine weitere, der oben genannten ersten Ausführungsform ähnliche Anordnung und Gestalt von Leitschaufeln ist in der europäischen Patentanmeldung EP 0 332 354 Al offenbart. Darin wird in einer ersten Ausführungsform eine Anordnung von mehreren verstellbaren Leitschaufeln und in einer zweiten Ausführungsform eine Anordnung von feststehenden und verstellbaren Leitschaufeln offenbart.
  • Alle offenbarten Leitschaufeln ist ein kontinuierlicher Verlauf ihrer Krümmungslinie gemein. Selbst wenn man je eine feststehende und eine verstellbare Leitschaufel der zweiten Ausführungsform in Verbindung als eine zweiteilige Leitschaufel interpretiert, so stellt sich der Verlauf der "Gesamt-Krümmungslinie" als kontinuierlich dar.
  • Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Leitschaufelgeometrie für einen Turbolader mit einer variablen Turbinengeometrie bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Leitschaufel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Demgemäß wird erfindungsgemäß eine Leitschaufel einer variablen Turbinengeometrie eines Turboladers bereitgestellt, wobei die Leitschaufel ein Profil mit einer Oberseite und einer Unterseite aufweist. Die Krümmungslinie der Leitschaufel beschreibt dabei die Verbindungslinie der Kreismittelpunkte von innerhalb des Profils der Leitschaufel zu der Oberseite und Unterseite angenommenen tangentialen Kreisen und verläuft zwischen einem Mittelpunkt eines Kopfradius und einem Mittelpunkt eines Endradius der Leitschaufel. Die Krümmungslinie weist wenigstens einen oder mehrere Bereiche mit einem diskontinuierlichen Verlauf auf. Ein solcher Bereich weist dabei zwei Abschnitte auf, die miteinander verbunden sind, wobei die beiden Abschnitte an ihrer Verbindungsstelle nicht tangential ineinander übergehen, also einen diskontinuierlichen Verlauf der Krümmungslinie aufweisen. Mit anderen Worten, die Abschnitte bilden an ihrer Verbindungsstelle einen Knick aus. Die Krümmungslinie der Leitschaufel weist neben wenigstens einem Bereich mit einem Knick bzw. mit einem nicht tangentialen Übergang zwischen zwei Abschnitten wenigstens einen Bereich auf, dessen beide Abschnitte an ihrer Verbindungsstelle kontinuierlich bzw. tangential ineinander übergehen.
  • Die Leitschaufel ist besonders vorteilhaft bei der Ausgestaltung eines Strömungsprofils. Hierbei kann der Wirkungsgrad verbessert werden bei unverändertem Regelungsverhalten und Bauraumbedarf.Darüber hinaus kann auf diese Weise die Krümmungslinie einer Leitschaufel beliebig geeignet variiert werden mit kontinuierlich und diskontinuierlich verlaufenden Bereichen, je nachdem welches Strömungsprofil erzielt werden soll.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht die Leitschaufel beispielsweise aus vier Abschnitten, wobei der erste und zweite Abschnitt einen ersten Bereich bilden, mit einem kontinuierlichen Verlauf. Ein zweiter Bereich wird durch den zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt gebildet, wobei der zweite und dritte Abschnitt an ihrer Verbindungsstelle diskontinuierlich ineinander übergehen bzw. einen Knick bilden. Ein dritter Bereich, bestehend aus dem dritten Abschnitt und einem vierten Abschnitt, weist wiederum einen kontinuierlich Verlauf auf. Eine solche Leitschaufel stellt ein Beispiel dar, bei welchem die Krümmungslinie einen Knick aufweist. Die Abschnitte des erste bzw. dritten Bereichs können hierbei beispielsweise beide oder wenigstens einer davon nach oben bzw. unten gewölbt sein.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform können die Abschnitte aus denen die Krümmungslinie zusammengesetzt ist beispielsweise bogenförmig oder gerade ausgebildet sein. Die Abschnitte können hierbei nach oben oder unten gewölbt bzw. wenn die Abschnitte gerade sind, beispielsweise horizontal, senkrecht, oder schräg nach oben oder schräg nach unten gerichtet sein. Die Abschnitte können hierbei beliebig miteinander kombiniert werden, wobei wenigstens ein Bereich der durch die Abschnitte gebildet wird einen diskontinuierlichen Verlauf aufweist. Auf diese Weise können eine Vielzahl von Strömungsprofilen, je nach gewünschter Funktion bzw. gewünschtem Einsatzzweck realisiert werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine erste Ausführungsform einer Leitschaufel gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 2
    eine zweite Ausführungsform einer Leitschaufel gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 3
    eine dritte Ausführungsform einer Leitschaufel gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 4
    eine ersten Ausführungsform einer Leitschaufel gemäß der Erfindung; und
    Fig. 5
    eine zweite Ausführungsform einer Leitschaufel gemäß der Erfindung.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer Leitschaufel 10 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Leitschaufel 10 ist dabei in einem Diagramm eingezeichnet, wobei das Diagramm eine X-Achse und eine Y-Achse aufweist. Diese Darstellung gilt für alle Leitschaufeln 10 wie sie in den Fig. 1 bis 5 gezeigt sind.
  • Wie zuvor beschrieben, wird die Form einer Leitschaufel 10 normalerweise über die Krümmungslinie 12 beschrieben, die zwischen dem Mittelpunkt 14 des Kopfradius und dem Mittelpunkt 16 des Endradius der Leitschaufel 10 verläuft. Diese Krümmungslinie 12 entsteht indem innerhalb des Profils der Leitschaufel 10 zu Ober- und Unterseite 18, 20 tangentiale Kreise angenommen werden. Die Verbindungslinie der Kreismittelpunkte beschreibt dabei die Krümmungslinie 12.
  • Im vorliegenden Fall, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, verläuft die Krümmungslinie 12 wellenförmig. Die Krümmungslinie 12 setzt sich dabei aus vier Abschnitten a1 bis a4 zusammen. Der erste und zweite Abschnitt a1, a2, die einen ersten Bereich b1 bilden, ist hierbei jeweils bogenförmig nach oben gewölbt ausgebildet, wobei die beiden Abschnitte a1, a2 der Krümmungslinie 12 an ihrer Verbindungsstelle 22 tangential ineinander übergehen. Der Bereich b1 bildet hierbei einen kontinuierlichen Verlauf ohne einen Knick. Des Weiteren ist der dritte Abschnitt a3 ebenfalls bogenförmig ausgebildet, wobei er nach unten gewölbt ist, im Gegensatz zu dem ersten und zweiten Abschnitt a1, a2. Der zweite und dritte Abschnitt a2, a3 gehen an ihrer Verbindungsstelle 22 ebenfalls tangential ineinander über, so dass der zweite Bereich b2, der aus dem zweiten und dritten Abschnitt a2, a3 gebildet wird, einen kontinuierlichen Verlauf aufweist. Entsprechendes gilt auch für den dritten Bereich b3. Dieser wird aus dem dritten Abschnitt a3 und einem vierten Abschnitt a4 gebildet, wobei beide Abschnitte a3, a4 bogenförmig ausgebildet sind und nach unten gewölbt sind. An ihrer Verbindungsstelle 22 gehen die beiden Abschnitte a3, a4 der Krümmungslinie 12 tangential ineinander über, d.h. der Bereich b3 weist einen kontinuierlichen Verlauf auf, ohne dass ein Knick am Übergang 22 der beiden Abschnitte a3, a4 entsteht. Alle drei Bereich b1 bis b3 verlaufen oberhalb der X-Achse in dem Diagramm in Fig. 1, des Weiteren ist der erste bereich b1 deutlich länger und stärker gewölbt als der dritte Bereich b3.
  • In der zweiten Ausführungsform einer Leitschaufel 10 gemäß dem Stand der Technik, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, setzt sich die Krümmungslinie 12 ebenfalls aus vier Abschnitten a1 bis a4 zusammen. Die Krümmungslinie 12 verläuft hierbei oberhalb der X-Achse und steigt hierbei zunächst in einem Bogen nach oben an, bevor sie zum anderen Ende hin langsam abfällt.
  • Der erste Abschnitt a1 der Krümmungslinie 12 ist hierbei bogenförmig nach unten gewölbt und der daran anschließende Abschnitt a2 bogenförmig nach oben. An ihrer Verbindungsstelle 22 gehen die beiden Abschnitte a1 und a2 tangential ineinander über, so dass der erste Bereich b1, der durch den ersten und zweiten Abschnitt a1, a2 gebildet wird, einen kontinuierlichen Verlauf aufweist. Der zweite Bereich b2, der sich aus dem zweiten Abschnitt a2 und einem dritten Abschnitt a3 zusammensetzt, weist ebenfalls einen kontinuierlichen Verlauf auf. So ist der dritte Abschnitt a3 ebenfalls bogenförmig nach oben gewölbt, wobei er und der zweite Abschnitt a2 an ihrer Verbindungsstelle 22 tangential ineinander übergehen, ohne dass dabei ein Knick entsteht. Der dritte Bereich b3 der Krümmungslinie 12 wird aus dem dritten Abschnitt a3 und einem vierten Abschnitt a4 gebildet. Der vierte Abschnitt a4 ist dabei bogenförmig nach unten gewölbt, wobei der dritte und vierte Abschnitt a3, a4 an ihrer Verbindungsstelle 22 tangential ineinander übergehen.
  • Weiter ist in Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Leitschaufelform des Standes der Technik gezeigt. Die Leitschaufel 10 besteht dabei, wie in der ersten und zweiten Ausführungsform aus vier Abschnitten a1 bis a4. Dabei verläuft die Krümmungslinie 12 in einer Wellenform zunächst in einem Bogen oberhalb der X-Achse und dann in einem Bogen unterhalb der X-Achse.
  • Der erste und zweite Abschnitt a1, a2 der Krümmungslinie 12 ist bogenförmig ausgebildet und verläuft nach oben gewölbt. An ihrer Verbindungsstelle 22 gehen die beiden ersten und zweiten Abschnitte a1, a2 tangential ineinander über. Der zweite Bereich b2 der Krümmungslinie 12 wird durch den zweiten Abschnitt a2 und einen dritten Abschnitt a3 gebildet. Der dritte Abschnitt a3 ist ebenfalls bogenförmig ausgebildet und nach unten gewölbt. Die beiden Abschnitte a2 und a3 gehen an ihrer Verbindungsstelle 22 dabei tangential ineinander über, so dass kein scharfer Knick in diesem Bereich entsteht. Des Weiteren wird der vierte Bereich b4 durch den dritten Abschnitt a3 und einen vierten Abschnitt a4 gebildet. Der vierte Abschnitt a4 ist ebenfalls bogenförmig nach unten gewölbt ausgebildet. Im Bereich ihrer Verbindungsstelle 22 gehen der dritte und vierte Abschnitt a3, a4 tangential ineinander über. Damit bilden die Bereiche b1 bis b4 bzw. die Krümmungslinie 12 insgesamt einen kontinuierlichen Verlauf, wie die beiden anderen zuvor beschriebenen Ausführungsformen einer Leitschaufel 10 gemäß dem Stand der Technik.
  • In Fig. 4 ist nun eine erste Ausführungsform einer Leitschaufel 10 gemäß der Erfindung gezeigt. Die Leitschaufel 10 besteht hierbei beispielsweise aus vier Abschnitten a1 bis a4. Ein erster Bereich, bestehend aus dem ersten und zweiten Abschnitt a1, a2, weist dabei einen kontinuierlichen Verlauf auf. Der erste und zweite Abschnitt a1, a2 ist hierbei bogenförmig ausgebildet und nach oben gewölbt. An ihrem Verbindungsabschnitt bzw. ihrer Verbindungsstelle 22 geht der erste Abschnitt a1 dabei tangential in den zweiten Abschnitt a2 über, so dass ein kontinuierlicher Verlauf entsteht ohne einen Knick. Ein zweiter Bereich b2 wird durch den zweiten Abschnitt a2 und einen dritten Abschnitt a3 gebildet, wobei der zweite und dritte Abschnitt a2, a3 jeweils bogenförmig ausgebildet sind und nach oben gewölbt sind. Dabei gehen die Abschnitte a2 und a3 an ihrem Verbindungspunkt 22 jedoch nicht tangential ineinander über sondern bilden einen Knick 24. Der zweite Bereich b2 bildet hierzu nicht wie im Stand der Technik einen kontinuierlichen Verlauf sondern einen diskontinuierlichen Verlauf bzw. weist einen scharfen Knick 24 an der Verbindungsstelle 22 der beiden Abschnitte a2, a3 auf. Der dritte Bereich b3 besteht aus dem dritten Abschnitt a3 und einem vierten Abschnitt a4 und bildet hierbei einen kontinuierlichen Verlauf. Der vierte Abschnitt a4 ist dabei bogenförmig ausgebildet und nach oben gewölbt. An ihrer Verbindungsstelle 22 gehen der dritte und vierte Abschnitt a3, a4 tangential ineinander über. Das bedeutet, dass in dem vorliegenden Beispiel, die Leitschaufel 10 einen Bereich b2 aufweist mit einem diskontinuierlichen Verlauf der Krümmungslinie 12, bei welchem der zweite und dritte Abschnitt a2, a3 an ihrer Verbindungsstelle 22 eine Art Knick 24 bilden bzw. nicht tangential ineinander übergehen. Die anderen Bereiche b1 und b3 weisen dagegen einen kontinuierlichen Verlauf der Krümmungslinie 12 auf, ohne dass hierbei einer der Bereiche einen Knick ausbildet.
  • Die Krümmungslinie 12 bildet im vorliegenden Fall zwei Bögen, einmal einen nach oben gewölbten Bogen aus den Abschnitten a1 und a2 und einen weiteren im Vergleich dazu sehr viel flacher gewölbten Bogen bestehend aus den Abschnitten a3 und a4. Beide Bögen bilden an ihrer Verbindungsstelle 22 den Knick 24.
  • Des Weiteren ist in Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leitschaufel 10 dargestellt. Die Krümmungslinie 12 der Leitschaufel 10 besteht dabei aus vier Abschnitten a1 bis a4. Der erste und zweite Abschnitt a1, a2 ist dabei bogenförmig ausgebildet und nach oben gewölbt. An ihrer Verbindungsstelle 22 gehend der erste und zweite Abschnitt a1, a2 tangential ineinander über, so dass der Bereich b1, der aus den beiden Abschnitten a1, a2 gebildet wird, einen kontinuierlichen Verlauf aufweist. Der zweite Bereich b2 wird aus dem zweiten Abschnitt a2 und einem dritten Abschnitt a3 gebildet, wobei der dritte Abschnitt a3 ebenfalls nach oben gewölbt ist. Die beiden Abschnitt a2, a3 gehen jedoch an ihrer Verbindungsstelle 22 nicht tangential ineinander über, sondern bilden eine Art Knick 24, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Damit weist der zweite Bereich b2 einen diskontinuierlichen Verlauf auf. Der dritte Bereich b3, der aus dem dritten Abschnitt a3 und einem vierten Abschnitt a4 gebildet wird weist wiederum einen kontinuierlichen Verlauf auf. Die beiden dritten und vierten Abschnitte a3, a4 sind hierbei bogenförmig ausgebildet und nach oben gewölbt. An ihrer Verbindungsstelle 22 gehen sie tangential ineinander über. Damit weist die Krümmungslinie 12 der erfindungsgemäßen Leitschaufel 10 zumindest in dem Bereich b2 einen diskontinuierlichen verlauf auf, während die beiden anderen Bereiche b1 und b3 einen kontinuierlichen Verlauf ohne Knickbildung aufweisen. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform der Erfindung ist bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung der erste Bereich b1 länger ausgebildet, bzw. der aus den Abschnitten a1 und a2 gespannt Bogen. Der dritte Bereich b3, bzw. der aus den Abschnitten a3 und a4 gespannte Bogen ist dafür in der zweiten Ausführungsform kürzer als wie in der ersten Ausführungsform. Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere ist auch denkbar, dass statt bogenförmiger Abschnitte auch Abschnitte mit beispielsweise einer geraden Form (nicht dargestellt) miteinander und/oder mit den bogenförmigen Abschnitten kombiniert werden, je nach beispielsweise anzustrebendem Strömungsprofil der jeweiligen Leitschaufel. Des Weiteren kann eine Leitschaufel wenigstens einen Bereich bestehend aus zwei Abschnitten aufweisen oder eine Vielzahl von Bereichen bzw. Abschnitten, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs und mehr Bereiche bzw. Abschnitte. Dabei können Abschnitte mit einer beliebigen Form, Anordnung und/oder Dimensionierung miteinander kombiniert werden. Entsprechendes gilt auch für die Bereiche, die aus den Abschnitten gebildet werden. In den beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt sind, sind die Bereiche b1 bis b3 jeweils im Wesentlichen oberhalb der X-Achse in den Diagrammen angeordnet. Grundsätzlich können die Bereiche bzw. Abschnitte der Krümmungslinie 12 beliebig verlaufen, beispielsweise zumindest teilweise unterhalb der X-Achse, wie zum Beispiel in Fig. 3 mit Bezug auf den Stand der Technik dargestellt ist. Wahlweise können die Bereiche bzw. Abschnitte der Krümmungslinie 12 auch vollständig unterhalb oder zum Teil auf der X-Achse verlaufen. Des Weiteren können gerade und bogenförmige Abschnitte bei der Krümmungslinie 12 einer Leitschaufel 10 beliebig variiert werden. Grundsätzlich kann die Leitschaufel 10 hierbei wenigstens einen Knick 24 oder eine Vielzahl von Knicken 24 aufweisen bzw. Stellen an welchen die einzelnen Kurvenstücke der Krümmungslinie 12 nicht tangential ineinander übergehen. Beispielsweise kann die Krümmungslinie 12 eins, zwei, drei, vier und mehr dieser sog. Knicke 24 bzw. nicht tangentialen Übergänge aufweisen, wobei die Knicke 24 an beliebigen Positionen der Krümmungslinie 12 vorgesehen werden können je nach Funktion bzw. Einsatzzweck.

Claims (5)

  1. Leitschaufel (10) einer variablen Turbinengeometrie eines Turboladers, welche Leitschaufel ein Profil mit einer Oberseite und einer Unterseite aufweist, wobei eine Krümmungslinie (12) der Leitschaufel (10) eine Verbindungslinie der Kreismittelpunkte von innerhalb des Profils der Leitschaufel zu der Oberseite und Unterseite angenommenen tangentialen Kreisen beschreibt,
    wobei die Krümmungslinie (12) der Leitschaufel (10) zwischen einem Mittelpunkt eines Kopfradius und einem Mittelpunkt eines Endradius der Leitschaufel (10) verläuft,
    wobei die Krümmungslinie (12) wenigstens einen Bereich (b2) mit zwei Abschnitten (a2, a3) aufweist, die miteinander verbunden sind und an ihrer Verbindungsstelle (22) einen Knick bilden, und
    wobei die Krümmungslinie (12) wenigstens einen weiteren Bereich (b1, b3) mit zwei Abschnitten (a1, a2; a3, a4) aufweist, die miteinander verbunden sind und an ihrer Verbindungsstelle (22) kontinuierlich bzw. tangential ineinander übergehen.
  2. Leitschaufel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Leitschaufel (10) aus vier Abschnitten (a1, a2, a3, a4) besteht, wobei der erste Abschnitt (a1) und der zweite Abschnitt (a2) den ersten Bereich (b1) bilden, wobei beide Abschnitte (a1, a2) an ihrer Verbindungsstelle (22) kontinuierlich ineinander übergehen, wobei ein zweiter Bereich (b2) durch den zweiten Abschnitt (a2) und einen dritten Abschnitt (a3) gebildet wird, wobei der zweite und dritte Abschnitt (a2, a3) an ihrer Verbindungsstelle (22) diskontinuierlich ineinander übergehen bzw. einen Knick (24) bilden und wobei ein dritte Bereich (b3) durch den dritten Abschnitt (a3) und einen vierten Abschnitt (a4) gebildet wird und der dritte und vierte Abschnitt (a3, a4) an ihrer Verbindungsstelle (22) kontinuierlich ineinander übergehen.
  3. Leitschaufel nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste und dritte Bereich (b1, b3) jeweils nach oben oder nach unten gewölbt sind oder einer der Bereiche (b1, b3) nach oben und der andere nach unten gewölbt ist.
  4. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein oder beide Abschnitte (a1, a2, a3, a4) eines Bereichs (b1, b2, b3) bogenförmig oder gerade ausgebildet sind und nach oben oder unten gewölbt bzw. gerichtet sind.
  5. Turbolader mit einer variablen Turbinengeometrie, wobei die variable Turbinengeometrie wenigstens eine oder mehrere Leitschaufeln (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
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