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EP1676980B1 - Turbolader mit variabler Turbinengeometrie - Google Patents

Turbolader mit variabler Turbinengeometrie Download PDF

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Publication number
EP1676980B1
EP1676980B1 EP04030888.4A EP04030888A EP1676980B1 EP 1676980 B1 EP1676980 B1 EP 1676980B1 EP 04030888 A EP04030888 A EP 04030888A EP 1676980 B1 EP1676980 B1 EP 1676980B1
Authority
EP
European Patent Office
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bearing ring
disc
turbocharger
support pin
vane bearing
Prior art date
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Ceased
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EP04030888.4A
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English (en)
French (fr)
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EP1676980A1 (de
Inventor
Ralf Böning
Dietmar Metz
Dirk Frankenstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BorgWarner Inc
Original Assignee
BorgWarner Inc
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Publication date
Family has litigation
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • 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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/02—Arrangement of sensing elements
    • F01D17/04—Arrangement of sensing elements responsive to load
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/231—Preventing heat transfer

Definitions

  • the invention relates to a blade bearing ring arrangement for a turbocharger with variable turbine geometry (VTG) according to the preamble of claim 1.
  • VFG variable turbine geometry
  • the VTG cartridge of such from the EP 1 236 866 A known turbocharger consists of a nozzle with blades and levers and turbine housing side disc. The attachment of the disc to a vane bearing ring of a vane bearing assembly takes place in generic turbochargers by means of screws or welding. To be able to set a defined width for the flow channel, which forms between the blade bearing ring and disc and in which the blades of the VTG are located, spacer sleeves are required, which can be removed in the case of a welded joint after welding again. By welding, however, a distortion of the disc caused by strong heat input. A distortion of the disc can lead to a clamping of the blades due to the consequent local gap reduction between blades and disc.
  • the solution of this object is achieved by the features of claim 1.
  • a heat choke is provided which surrounds the recess for the support pin end to be welded.
  • This heat choke is designed as a circumferential groove around the recess for the support pin end to be welded.
  • the first end of the support pins can be screwed, riveted or otherwise fixed to the disc.
  • the support pins preferably have a very small diameter of a few millimeters, so that the resulting flow cross-section reduction and the associated Strömungsverwirbelonne remain minimal.
  • FIG. 2 only one vane bearing assembly 1 of a turbocharger according to the invention shown.
  • the blade bearing arrangement 1 has a blade bearing ring 2, on which a disc 3 is arranged at a defined distance.
  • the disc 3 is preferably formed of the same material as the blade bearing ring 2 and serves, as stated, to set an exact axial gap in order to define a flow channel 4 can.
  • a support pin 5 For attachment of the disc 3 on the blade bearing ring 2 is at least one, but usually provided a plurality of support pins, of which in Fig. 2 a support pin 5 is visible.
  • the support pin 5 has a first and a second end 6 and 7, respectively. Between the ends 6 and 7, a shaft region 8 arranged in the flow channel 4 is arranged in the assembled state.
  • the second end 7 of the support pin 5 is disposed in a recess 11 of the disc 3 and connected in a flared area 12 of the recess 11 with the disc 3 via a weld 13.
  • the end 7 is roof-like tapered at its end face in order to achieve a perfecting of the weld 13 can.
  • a heat choke in the form of a circumferential groove 14 is provided, which prevents the heat can penetrate directly into the massive part of the disc 3, which helps to avoid distortion of the disc 3 during welding and also reduces the required input welding energy.
  • the disc 3 is provided with one recess 11 per support pin 5, wherein each of these recesses 11 the above-described heat choke in the form of the circumferential groove 14 is attached.
  • the first end 6 of the support pin 5 is screwed to the blade bearing ring 2 for fixing the disc 3 on the blade bearing ring 2.
  • spacers between the blade bearing ring 2 and disc 3 are inserted to the defined distance to be able to adjust between the blade bearing ring 2 and the disc 3.
  • the welding of the second end 7 and the removal of the spacers takes place.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaufellagerringanordnung für einen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Die VTG-Kartusche eines derartigen aus der EP 1 236 866 A bekannten Turboladers besteht aus einem Leitapparat mit Schaufeln und Hebeln und turbinengehäuseseitiger Scheibe. Die Befestigung der Scheibe an einem Schaufellagerring einer Schaufellageranordnung erfolgt bei gattungsgemäßen Turboladern mittels Schrauben oder Schweißen. Um für den Strömungskanal, der sich zwischen Schaufellagerring und Scheibe ausbildet und in dem sich die Schaufeln der VTG befinden, eine definierte Breite einstellen zu können, sind Distanz-Hülsen erforderlich, die im Falle einer Schweißverbindung nach dem Schweißen wieder entfernt werden können. Durch das Schweißen kann jedoch ein Verzug der Scheibe infolge starker Wärmeeinleitung entstehen. Ein Verzug der Scheibe kann durch die dadurch bedingte lokale Spaltreduktion zwischen Schaufeln und Scheibe zu einem Klemmen der Schaufeln führen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaufellagerringanordnung für einen Turbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, bei der es möglich ist, eine Schweißverbindung herzustellen, die möglichst verzugsfrei die Scheibe mit dem Schaufellagerring verbindet, so dass ein konstant gleichmäßiger Abstand wie bei dem Verbinden mittels Schrauben entsteht. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
  • Die Unteransprüche 2 bis 4 haben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaufellagerringanordnung zum Inhalt.
  • Um beim Verschweißen ein unerwünschtes Verziehen der Scheibe vermeiden zu können, ist eine Wärmedrossel vorgesehen, die die Ausnehmung für das zu verschweißende Tragstiftende umgibt.
  • Diese Wärmedrossel ist als eine um die Ausnehmung für das zu verschweißende Tragstiftende umlaufende Nut ausgebildet.
  • Durch das Vorsehen einer derartigen Wärmedrossel wird erreicht, dass der Energieeintrag in die Scheibe so gering wie möglich gehalten werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Wärmedrossel ist darin zu sehen, dass dadurch, dass weniger Energie in das die Schweißstelle umgebende Material der Scheibe abgeführt wird, d.h., die Energie an der Schweißstelle "gefangen" bleibt, insgesamt weniger Schweißenergie nötig ist, um das Scheibenmaterial zu schweißen.
  • Das erste Ende der Tragstifte kann mit der Scheibe entweder verschraubt, vernietet oder auf andere Art und Weise fixiert werden.
  • Die Tragstifte haben vorzugsweise einen sehr geringen Durchmesser von einigen wenigen Millimetern, damit die dadurch bedingte Strömungsquerschnittsreduktion sowie die damit verbundenen Strömungsverwirbelungen minimal bleiben.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Turboladers,
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Schaufellageranordnung für den erfindungsgemäßen Turbolader, und
    Fig. 3
    die Einzelheit X der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung.
  • Da für die nachfolgende Beschreibung der erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzipien eine komplette Erläuterung aller Konstruktionsdetails eines Turboladers mit variabler Turbinengeometrie nicht erforderlich ist, sind in Fig. 1 nur die grundlegenden Bauteile eines erfindungsgemäßen Turboladers 15 bezeichnet, der wie üblich ein Verdichterrad 16 in einem Verdichtergehäuse 17, ein Lagergehäuse 18 mit den erforderlichen Lagern für die Welle 19 und ein Turbinenrad 20 in einem Turbinengehäuse 21 aufweist. Die übrigen Teile sind für die Erläuterung vorliegender Erfindung nicht erforderlich, um deren Prinzipien vollständig zu erläutern, natürlich jedoch vorgesehen.
  • Dementsprechend ist in Fig. 2 nur eine Schaufellageranordnung 1 eines erfindungsgemäßen Turboladers dargestellt. Die Schaufellageranordnung 1 weist einen Schaufellagerring 2 auf, an dem in einem definierten Abstand eine Scheibe 3 angeordnet ist. Die Scheibe 3 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Schaufellagerring 2 ausgebildet und dient, wie gesagt, zur Einstellung eines exakten axialen Spaltes, um einen Strömungskanal 4 definieren zu können.
  • Zur Befestigung der Scheibe 3 am Schaufellagerring 2 ist mindestens ein, jedoch in der Regel eine Mehrzahl von Tragstiften vorgesehen, von denen in Fig. 2 ein Tragstift 5 sichtbar ist. Der Tragstift 5 weist ein erstes und ein zweites Ende 6 bzw. 7 auf. Zwischen den Enden 6 und 7 ist im Montagezustand ein im Strömungskanal 4 angeordneter Schaftbereich 8 angeordnet.
  • Wie sich aus einer Zusammenschau der Fig. 2 und 3 ergibt, weist das Ende 6 im Beispielsfalle ein Außengewinde 9 auf, das mit einem entsprechenden Innengewinde 10 des Schaufellagerrings 2 zur Fixierung dieses ersten Endes 6 am Schaufellagerring 2 zusammenwirkt.
  • Wie sich insbesondere aus der vergrößerten Darstellung der Fig. 3 erschließt, ist das zweite Ende 7 des Tragstiftes 5 in einer Ausnehmung 11 der Scheibe 3 angeordnet und in einem konisch erweiterten Bereich 12 der Ausnehmung 11 mit der Scheibe 3 über eine Verschweißung 13 verbunden. Hierzu ist das Ende 7 an seiner Stirnfläche dachartig verjüngt, um eine Perfektionierung der Schweißnaht 13 erreichen zu können.
  • Um die Ausnehmung 11 der Scheibe 3 herum ist, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, eine Wärmedrossel in Form einer umlaufenden Nut 14 vorgesehen, die verhindert, dass die Wärme direkt in den massiven Teil der Scheibe 3 eindringen kann, was zur Vermeidung von Verzug der Scheibe 3 beim Verschweißen beiträgt und überdies die erforderliche einzutragende Schweißenergie vermindert.
  • Gemäß eines Verfahrens wird zur Herstellung einer zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Schaufellagerringanordnung 1 neben den üblichen Herstellungsschritten für den Schaufellagerring 2, die Schaufelwellen, Hebel und sonstigen üblicherweise vorgesehenen Teile, die Scheibe 3 mit jeweils einer Ausnehmung 11 pro Tragstift 5 versehen, wobei um jede dieser Ausnehmungen 11 die zuvor beschriebene Wärmedrossel in Form der umlaufenden Nut 14 angebracht wird.
  • Anschließend wird zur Fixierung der Scheibe 3 am Schaufellagerring 2 zunächst das erste Ende 6 des Tragstiftes 5 mit dem Schaufellagerring 2 verschraubt. Sodann werden in der Zeichnung nicht näher dargestellte Distanzkörper zwischen Schaufellagerring 2 und Scheibe 3 eingelegt, um die definierte Distanz zwischen dem Schaufellagerring 2 und der Scheibe 3 einstellen zu können. Dann erfolgt die Verschweißung des zweiten Endes 7 und die Entfernung der Distanzkörper.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaufellagerringanordnung
    2
    Schaufellagerring
    3
    Scheibe
    4
    Strömungskanal
    5
    Tragstift (Tragstifte)
    6
    Erstes Ende des Tragstiftes 5
    7
    Zweites zu verschweißendes Ende des Tragstiftes 5
    8
    Schaftabschnitt
    9
    Außengewinde
    10
    Innengewinde des Schaufellagerrings 2
    11
    Ausnehmung
    12
    Konisch erweiterter Bereich
    13
    Verschweißung
    14
    Wärmedrossel (Nut)
    15
    Turbolader
    16
    Verdichterrad
    17
    Verdichtergehäuse
    18
    Lagergehäuse
    19
    Welle
    20
    Turbinenrad
    21
    Turbinengehäuse

Claims (4)

  1. Schaufellagerringanordnung (1) für einen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie
    - mit einem Schaufellagerring (2) und einer Scheibe (3), die am Schaufellagerring (2) zur Schaffung eines Strömungskanals (4) fixierbar ist; und
    - mit mindestens einem Tragstift (5), der mit dem ersten Ende (6) mit dem Schaufellagerring (2) verbunden ist und der mit seinem zweiten Ende (7) mit der Scheibe (3) verschweißt ist, die pro Tragstift, (5) eine Ausnehmung (11) für das zu verschweißende Tragstiftende (7) aufweist, die von einer Wärmedrossel (14) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Wärmedrossel als um die Ausnehmung (11) umlaufende Nut (14) ausgebildet ist.
  2. Schaufellagerringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (6) des Tragstiftes (5) mit einem Außengewinde (9) versehen ist.
  3. Schaufellagerringanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragstift (5) einen Schaftabschnitt (8) zwischen dem ersten und zweiten Ende (6 bzw. 7) aufweist, der im Außendurchmesser verjüngt ist.
  4. Turbolader mit variabler Turbinengeometrie mit einer Schaufellagerringanordnung nach einem der Ansprüche 1-3.
EP04030888.4A 2004-12-28 2004-12-28 Turbolader mit variabler Turbinengeometrie Ceased EP1676980B1 (de)

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