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Title:
TURBINE FOR A TURBOCHARGER AND METHOD FOR OPERATING A TURBINE OF THIS KIND
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/072860
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a turbine (10) for a turbocharger, having a turbine casing (12) and having a turbine wheel (14), which is accommodated in a rotatable manner in the turbine casing (12), has a plurality of runner blades (20) and can be driven by exhaust gas, the runner blades (20) of said turbine wheel each having: a leading edge (24) arranged in an inlet region (22) of the turbine wheel (14), via which leading edge the exhaust gas flows to the respective runner blade (20) during operation of the turbine (10); a trailing edge (28) arranged in an outlet region (26) of the turbine wheel (10), via which trailing edge the exhaust gas flows from the respective runner blade (20) during operation of the turbine (10); and a top edge (30) arranged between the leading edge (24) and the trailing edge (28). The turbine casing (12) has a first longitudinal region (34) which covers, in a radially outward direction, the outlet region (26) and a first partial region (32) of the respective top edge (30), and lies directly opposite the first partial region (32) in the radial direction, said first longitudinal region (34) having a first inner diameter (DHO), and a second longitudinal region (36) which abuts the first longitudinal region (34) in the axial direction towards the inlet region (22) and covers, in a radially outward direction, a second partial region (38) of the respective top edge (30), which abuts the first partial region (32) in the axial direction towards the inlet region (22), said second longitudinal region (36) having a second inner diameter (DHI) that is smaller than the first inner diameter (DHO).

Inventors:
SCHMIDT SEBASTIAN (DE)
CHEBLI ELIAS (DE)
MUELLER MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/001015
Publication Date:
April 26, 2018
Filing Date:
August 25, 2017
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER AG (DE)
International Classes:
F01D25/24; F02B37/02; F02C6/12
Domestic Patent References:
WO2006105804A12006-10-12
Foreign References:
EP2894297A22015-07-15
DE102008049782A12010-04-08
US20160265382A12016-09-15
US3355878A1967-12-05
JP2005163692A2005-06-23
EP3078834A12016-10-12
DE102010000222A12010-08-05
Attorney, Agent or Firm:
DAIMLER AG (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Turbine (10) für einen Abgasturbolader, mit einem Turbinengehäuse (12), und mit einem drehbar in dem Turbinengehäuse (12) aufgenommenen, eine Mehrzahl von Laufradschaufeln (20) aufweisenden und von Abgas antreibbaren Turbinenrad (14), dessen Laufradschaufeln (20) jeweils eine in einem Einlassbereich (22) des

Turbinenrads (14) angeordnete Anströmkante (24), über die das Abgas während eines Betriebs der Turbine (10) die jeweilige Laufradschaufel (20) anströmt, jeweils eine in einem Auslassbereich (26) des Turbinenrads (10) angeordnete

Abströmkante (28), über die das Abgas während des Betriebs der Turbine (10) von der jeweiligen Laufradschaufel (20) abströmt und jeweils eine in axialer Richtung zwischen der Anströmkante (24) und der Abströmkante (28) angeordnete

Oberkante (30) aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Turbinengehäuse (12) einen den Auslassbereich (26) und einen ersten

Teilbereich (32) der jeweiligen Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich (32) in radialer Richtung direkt gegenüberliegenden ersten Längenbereich (34) mit einem ersten

Innendurchmesser (DHo) und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten Längenbereich (34) anschließenden und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten Teilbereich (32)

anschließenden zweiten Teilbereich (38) der jeweilige Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden, zweiten Längenbereich (36) mit einem gegenüber dem ersten Innendurchmesser (DHO) geringeren, zweiten

Innendurchmesser (DHi) aufweist.

2. Turbine (10) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Längenbereich (34) mechanisch bearbeitet ist.

3. Turbine (10) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Verhältnis des zweiten Innendurchmessers (DHi) zu dem ersten

Innendurchmesser (DHO) größer als 0,6 und kleiner als 1 ist.

4. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die jeweilige Oberkante (30) eine in axialer Richtung verlaufende erste Erstreckung (X) aufweist, wobei der erste Teilbereich (32) eine in axialer Richtung verlaufende zweite Erstreckung (Y) aufweist, und wobei das Verhältnis der zweiten Erstreckung (Y) zu der ersten Erstreckung (X) größer als 0 und kleiner als 1 ist.

5. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die jeweilige Oberkante (30) einen Außendurchmesser (Dio) aufweist, wobei das Verhältnis des Außendurchmessers (Dio) zu dem zweiten Innendurchmesser (DHi) größer als 0,8 und kleiner als 1 ist.

6. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die jeweilige Anströmkante (24) parallel zur axialen Richtung verläuft.

7. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die jeweilige Abströmkante (28) schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verläuft.

8. Verfahren zum Bearbeiten einer ein Turbinengehäuse ( 2) und ein drehbar in dem Turbinengehäuse (12) aufnehmbares, eine Mehrzahl von Laufradschaufeln (20) aufweisendes und von Abgas antreibbares Turbinenrad (14) umfassenden Turbine (10) für einen Abgasturbolader, wobei die Laufradschaufeln (20) jeweils eine in einem Einlassbereich (22) des Turbinenrads (14) angeordnete Anströmkante (24), über die das Abgas während eines Betriebs der Turbine (10) die jeweilige

Laufradschaufel (14) anströmt, jeweils eine in einem Auslassbereich (26) des Turbinenrads (14) angeordnete Abströmkante (28), über die das Abgas während des Betriebs der Turbine (10) von der jeweiligen Laufradschaufel (14) abströmt und jeweils eine in axialer Richtung zwischen der Anströmkante (24) und der

Abströmkante (28) angeordnete Oberkante (30) aufweisen, mit den Schritten: a) Bereitstellen des Turbinengehäuses (12); und

b) Mechanisches Bearbeiten des Turbinengehäuses ( 2) derart, dass das

Turbinengehäuse (12) in vollständig hergestelltem Zustand der Turbine (10) einen den Auslassbereich (26) und einen ersten Teilbereich (32) der jeweiligen Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich (32) in radialer Richtung direkt gegenüberliegenden ersten Längenbereich (34) mit einem ersten Innendurchmesser (DHo) und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten

Längenbereich (34) anschließenden und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich (22) hin an den ersten Teilbereich (32) anschließenden zweiten Teilbereich (38) der jeweiligen Oberkante (30) in radialer Richtung nach außen überdeckenden, zweiten Längenbereich (36) mit einem gegenüber dem ersten Innendurchmesser (DHo) geringeren, zweiten Innendurchmesser (DHi) aufweist, wobei zumindest der erste Längenbereich (34) mechanisch bearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Turbinengehäuse (12) bei Schritt a) in einem Zustand bereitgestellt wird, in welchem der erste Innendurchmesser (DHO) dem zweiten Innendurchmesser (Dm) entspricht.

Description:
Turbine für einen Abgasturbolader sowie Verfahren zum Bearbeiten einer solchen

Turbine

Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Bearbeiten einer solchen Turbine.

Eine solche Turbine für einen Abgasturbolader, insbesondere einer

Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der

DE 10 2010 000 222 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Turbine ist dabei als

Radialturbine ausgebildet umfasst ein Turbinengehäuse sowie ein drehbar in dem

Turbinengehäuse aufgenommenes Turbinenrad, welches eine Mehrzahl von

Laufradschaufeln aufweist und von Abgas, insbesondere der

Verbrennungskraftmaschine, antreibbar ist. Die Laufradschaufeln des Turbinenrad weisen jeweils eine in einem Einlassbereich des Turbinenrads angeordnete Anströmkante auf, über die das Abgas während eines Betriebs der Turbine die jeweilige

Laufradschaufel anströmt. Ferner weisen die jeweiligen Laufradschaufeln jeweils eine in einem Auslassbereich des Turbinenrads angeordnete Abströmkante auf, über die das Abgas während des Betriebs der Turbine von der jeweiligen Laufradschaufel abströmt. Außerdem weisen die jeweiligen Laufradschaufeln jeweils eine in axialer Richtung zwischen der Anströmkante und der Abströmkante angeordnete Oberkante auf, welche auch als Schaufeloberkante bezeichnet wird und beispielsweise in radialer Richtung des Turbinenrads nach außen weist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbine der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu schaffen, sodass sich auf besonders einfache Weise ein besonders hoher Massendurchsatz der Turbine realisieren lässt.

Diese Aufgabe wird durch eine Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Um eine Turbine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich auf besonders einfache und somit kostengünstige Weise ein besonders hoher Massendurchsatz der Turbine realisieren lässt, ist es

erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Turbinengehäuse eine den Auslassbereich und einen ersten Teilbereich der jeweiligen Oberkante in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich in radialer Richtung direkt beziehungsweise unmittelbar gegenüberliegenden ersten Längenbereich mit einem ersten Innendurchmesser aufweist. Dabei ist der erste Längenbereich beispielsweise während des Betriebs der Turbine direkt von dem Abgas anströmbar beziehungsweise kommt während des Betriebs der Turbine in direkten Kontakt mit dem Abgas. Unter dem Merkmalskomplex, gemäß welchem der erste Längenbereich dem ersten Teilbereich in radialer Richtung direkt beziehungsweise unmittelbar gegenüberliegt, ist zu verstehen, dass in radialer Richtung zwischen dem ersten Längenbereich und dem ersten

Teilbereich nichts beziehungsweise kein Bauelement, insbesondere kein von dem

Turbinengehäuse und von dem Turbinenrad unterschiedliches Bauelement, der Turbine angeordnet ist, sodass beispielsweise in radialer Richtung zwischen dem ersten

Längenbereich und dem ersten Teilbereich ein Spalt, insbesondere ein Luftspalt, angeordnet ist, welcher leer beziehungsweise frei ist, das heißt, dass in dem Spalt kein Bauteil der Turbine angeordnet ist.

Ferner weist das Turbinengehäuse einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich hin an den ersten Längenbereich anschließenden zweiten Längenbereich auf, welcher einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich hin an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten Teilbereich der jeweiligen Oberkante in radialer Richtung nach außen überdeckt. Dabei weist der zweite Längenbereich einen gegenüber dem ersten Innendurchmesser geringeren, zweiten Innendurchmesser auf, sodass beispielsweise der zweite Längenbereich in radialer Richtung weiter innen und somit näher an der jeweiligen Oberkante angeordnet ist als der erste Längenbereich. Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Turbine kann auf technisch besonders einfache und kostengünstige Weise ein besonders hoher Massendurchsatz der Turbine realisiert werden, sodass die Turbine von einem besonders hohen Massenstrom des Abgases durchströmt werden kann. Im Vergleich zu einer solchen Bauvariante, bei welcher die Innendurchmesser gleich sind, kann eine deutliche Erhöhung des durchsetzbaren Massenstroms realisiert werden. Der Erfindung liegt insbesondere folgende Idee zugrunde: Üblicherweise werden

Verbrennungskraftmaschinen zum Antreiben von Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Antreiben von Kraftwagen, mit jeweiligen Abgasturboladern ausgestattet. Der jeweilige Abgasturbolader umfasst dabei wenigstens eine Turbine. Dabei können unterschiedliche Bauvarianten der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein. Bei einer ersten der Bauvarianten ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise mit einer Abgasrückführung ausgestattet. Bei einer zweiten der Bauvarianten jedoch kommt beispielsweise keine Abgasrückführung zum Einsatz, sodass die

Verbrennungskraftmaschine gemäß der zweiten Bauvariante nicht mit einer

Abgasrückführung ausgestattet ist. Die zweite Bauvariante ist beispielsweise für Märkte vorgesehen, in denen auf Grund dortiger Rahmenbedingungen eine Abgasrückführung nicht umsetzbar ist. Bei der ersten Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine kommt beispielsweise eine erste Bauvariante der Turbine zum Einsatz, wobei bei der ersten Bauvariante der Turbine der erste Innendurchmesser dem zweiten Innendurchmesser entspricht.

Um die Kosten für die unterschiedlichen Bauvarianten der Verbrennungskraftmaschine besonders gering zu halten, ist es wünschenswert, die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ausgehend von ihrer ersten Bauvariante, auf besonders einfache Weise umzurüsten, um dadurch auf einfache und kostengünstige Weise die zweite Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine zu schaffen. Bei einer solchen Umrüstung jedoch kommt üblicherweise eine von der ersten Bauvariante der Turbine gänzlich unterschiedliche Turbine zum Einsatz, was eine besonders zeitintensive und kostenintensive

Neuauslegung und Erprobung erforderlich macht. Diese Probleme und Nachteile können mittels der erfindungsgemäßen Turbine nun vermieden werden, da die

erfindungsgemäße Turbine eine besonders einfache Umrüstung der

Verbrennungskraftmaschine ausgehend von der ersten Bauvariante der

Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Die erste Bauvariante der Turbine kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise zu einer zweiten Bauvariante der Turbine abgeändert werden, indem der erste Innendurchmesser - ausgehend von der ersten Bauvariante der Turbine - vergrößert wird.

Dadurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise die als

Strömungsmaschine ausgebildete Turbine im Vergleich zur ersten Bauvariante der Turbine auf höhere Massenströme angepasst werden, sodass dann die zweite

Bauvariante der Turbine für die zweite Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine ohne Abgasrückführung eingesetzt werden kann. In der Folge können die Bauvarianten der Verbrennungskraftmaschine auf einfache und kostengünstige Weise dargestellt werden. Die Erfindung stellt somit eine besonders effiziente Maßnahme bereit, um - beispielsweise ausgehend von der ersten Bauvariante der Turbine - den durchsetzbaren Turbinenmassenstrom zu erhöhen.

Um dabei die Kosten der Turbine und somit beispielsweise die Umrüstung der

Verbrennungskraftmaschine von der ersten Bauvariante auf die zweite Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine besonders gering halten zu können, ist der erste

Längenbereich einer Ausführungsform der Erfindung mechanisch bearbeitet. Durch eine solche mechanische Bearbeitung ist es beispielsweise auf besonders einfache und kostengünstige Weise möglich, den ersten Innendurchmesser - ausgehend von der ersten Bauvariante der Turbine - zu vergrößern und somit die zweite Bauvariante der Turbine herzustellen.

Um einen besonders hohen Massendurchsatz auf besonders einfache Weise zu realisieren, hat es sich als ferner vorteilhaft gezeigt, wenn das Verhältnis des zweiten Innendurchmessers zum ersten Innendurchmesser größer als 0,6 und kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Innendurchmesser größer als das 0,6-fache des ersten Innendurchmessers jedoch geringer als das 1 -fache des ersten Innendurchmessers, das heißt geringer als der erste Innendurchmesser ist.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweilige Oberkante eine in axialer Richtung verlaufende erste Erstreckung aufweist, wobei der erste

Teilbereich ein in axialer Richtung verlaufende zweite Erstreckung aufweist. Um dabei einen besonders hohen Massendurchsatz auf einfache und kostengünstige Weise zu realisieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verhältnis der zweiten Erstreckung zu der ersten Erstreckung größer als 0 und kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Erstreckung größer als 0 und kleiner als die erste Erstreckung ist.

Als weiterhin besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn die jeweilige Oberkante einen Außendurchmesser aufweist, wobei das Verhältnis des Außendurchmessers zu dem zweiten Innendurchmesser größer als 0,8 und kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Außendurchmesser größer als das 0,8-fache des zweiten Innendurchmessers und kleiner als der zweite Innendurchmesser ist. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die jeweilige Anströmkante parallel zur axialen Richtung verläuft, um dadurch einen besonders hohen Massendurchsatz zu realisieren.

Schließlich hat es sich besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die jeweilige Abströmkante schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verläuft, um dadurch einen besonders hohen Massendurchsatz auf einfache Weise realisieren zu können.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Bearbeiten einer Turbine, insbesondere einer erfindungsgemäßen Turbine. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Turbine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt. Vorzugsweise ist die Turbine als Radialturbine ausgebildet.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Turbine ein

Turbinengehäuse und ein drehbar in dem Turbinengehäuse aufnehmbares, eine

Mehrzahl von Laufradschaufeln aufweisendes und von Abgas antreibbares Turbinenrad. Die Laufradschaufeln weisen dabei jeweils eine in einem Einlassbereich des

Turbinenrads angeordnete Anströmkante, über die das Abgas während eines Betriebs der Turbine die jeweilige Laufradschaufel anströmt, auf. Ferner weisen die jeweiligen Laufradschaufeln jeweils eine in einem Auslassbereich des Turbinenrads angeordnete Abströmkante auf, über die das Abgas während des Betriebs der Turbine von der jeweiligen Laufradschaufel abströmt. Außerdem weisen die Laufradschaufeln jeweils eine in axialer Richtung zwischen der Anströmkante und der Abströmkante angeordnete Oberkante auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen ersten Schritt, bei welchem das

Turbinengehäuse bereitgestellt wird. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen zweiten Schritt, bei welchem das Turbinengehäuse derart mechanisch bearbeitet wird, dass das Turbinengehäuse in vollständig hergestelltem Zustand der Turbine ein den Auslassbereich und einen ersten Teilbereich der jeweiligen Oberkante in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich in radialer Richtung direkt gegenüberliegenden ersten Längenbereich mit einem ersten

Innendurchmesser und einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich hin an den ersten Längenbereich anschließenden und einen sich in axialer Richtung zu dem

Einlassbereich hin an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten Teilbereich der jeweiligen Oberkante in radialer Richtung nach außen überdeckenden, zweiten Längenbereich mit einem gegenüber dem ersten Innendurchmesser geringeren, zweiten Innendurchmesser aufweist.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass - insbesondere bezogen auf den vollständig hergestellten Zustand der Turbine - der zweite Längenbereich dem jeweiligen zweiten Teilbereich in radialer Richtung direkt gegenüberliegt. Bei dem zweiten Schritt ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest der erste Längenbereich mechanisch bearbeitet wird. Hierdurch ist es auf besonders einfach Weise möglich, beispielsweise ausgehend von der zuvor beschriebenen ersten Bauvariante der Turbine die zweite Bauvariante der Turbine herzustellen, welche dann für die zweite Bauvariante der Verbrennungskraftmaschine verwendet werden kann. Ausgehend von der ersten Bauvariante der Turbine, bei welcher der erste Innendurchmesser dem zweiten

Innendurchmesser entspricht, wird der erste Innendurchmesser beziehungsweise der erste Längenbereich mechanisch bearbeitet, um dadurch den ersten Innendurchmesser zu vergrößern und insbesondere größer auszugestalten als den zweiten

Innendurchmesser. Dadurch kann gegenüber der ersten Bauvariante der Turbine der Massendurchsatz erhöht werden.

Durch die beschriebene Ausgestaltung der Längenbereiche ist es möglich, den engsten Strömungsquerschnitt des Turbinenrads, insbesondere im Vergleich zu der ersten Bauvariante der Turbine, zu vergrößern, ohne die Kontur des Turbinenrads zu verändern Dadurch kann das gleiche Turbinenrad sowohl für die erste Bauvariante als auch für die zweite Bauvariante der Turbine verwendet werden, sodass der Aufwand und die Kosten zur Realisierung der Bauvarianten der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden können.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Turbinengehäuse bei dem ersten Schritt in einem Zustand bereitgestellt wird, in welchem der erste

Innendurchmesser dem zweiten Innendurchmesser entspricht. Hierdurch kann die jeweilige erste Bauvariante auf besonders einfache Weise auf die jeweilige zweite Bauvariante umgerüstet werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer

erfindungsgemäßen Turbine für einen Abgasturbolader;

Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht eines Turbinenrads der

Turbine; und

Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines

Turbinengehäuses der Turbine.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Längsschnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Turbine für einen Abgasturbolader, welcher beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommt. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise eine Komponente eines Kraftfahrzeugs, welches mittels der

Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Dabei ist das Kraftfahrzeug beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet.

Der zuvor genannte Abgasturbolader umfasst die Turbine 10 sowie einen in den Figuren nicht dargestellten Verdichter, welcher von der Turbine antreibbar ist. Die

Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum, welchem, insbesondere während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Dadurch entsteht in dem Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches verbrannt wird. Daraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine, welches beispielsweise mittels eines Abgastrakts aus dem Brennraum abgeführt wird. Dabei ist die Turbine 10 in dem Abgastrakt angeordnet, wobei der Abgastrakt und somit die Turbine 10 von dem Abgas

durchströmbar sind. Die Luft wird dem Brennraum mittels eines Ansaugtrakts der Verbrennungskraftmaschine zugeführt, wobei der Verdichter in dem Ansaugtrakt angeordnet ist. Die den Ansaugtrakt durchströmende Luft kann mittels des Verdichters verdichtet werden. Da die Turbine 0 von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, und da der Verdichter von der Turbine 10 antreibbar ist, wobei durch Antreiben des Verdichters die den Ansaugtrakt durchströmende Luft mittels der Verdichters verdichtet wird, kann in dem Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden.

Aus Fig. 1 ist besonders gut erkennbar, dass die Turbine 10 als Radialturbine ausgebildet ist und dabei ein Turbinengehäuse 12 sowie ein als Radialturbinenrad ausgebildetes Turbinenrad 14 umfasst. In vollständig hergestelltem Zustand der Turbine 10 ist das Turbinenrad 14 in dem Turbinengehäuse 12 angeordnet, wobei das Turbinenrad 14 um eine Drehachse 16 relativ zum Turbinengehäuse 12 drehbar ist. Das Turbinenrad 14 weist dabei eine Beschaufelung 18 mit einer Mehrzahl von Laufradschaufeln 20 auf. Während eines Betriebs der Turbine 10 kann das Abgas die Laufradschaufeln 20 anströmen, wodurch das Turbinenrad 14 angetrieben, das heißt um die Drehachse 16 relativ zum Turbinengehäuse 12 gedreht wird.

Besonders gut aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die jeweilige Laufradschaufel 20 eine in einem Einlassbereich 22 des Turbinenrads 14 angeordnete Anströmkante 24 aufweist, über die das Abgas während des Betriebs der Turbine 10 die jeweilige Laufradschaufel 20 anströmt. Bei dem in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiel verläuft die Anströmkante 24 in der Seitenansicht des Turbinenrads 14 parallel zur axialen Richtung.

Ferner weist die jeweilige Laufradschaufel 20 in einem Auslassbereich 26 des

Turbinenrads 14 angeordnete Abströmkante 28 auf, über die das Abgas während des Betriebs der Turbine 10 von der jeweiligen Laufradschaufel 20 abströmt. Des Weiteren weist die jeweilige Laufradschaufel 20 eine in axialer Richtung zwischen der

Anströmkante 24 und der Abströmkante 28 angeordnete Oberkante 30 auf, welche auch als Schaufeloberkante bezeichnet wird und beispielsweise in radialer Richtung nach außen weist. Das Abgas wird der jeweiligen Laufradschaufel 20 beziehungsweise dem Turbinenrad 14 über den Einlassbereich 22 zugeführt. Ferner wird das Abgas über den Auslassbereich 26 von dem Turbinenrad 14 angeführt.

Um nun auf technisch besonders einfach sowie kostengünstige Weise einen besonders hohen Massendurchsatz der Turbine 10 realisieren zu können, weist das

Turbinengehäuse 12 einen den Auslassbereich 26 und einen ersten Teilbereich 32 der jeweiligen Oberkante 30 in radialer Richtung nach außen überdeckenden und dem jeweiligen ersten Teilbereich 32 in radialer Richtung direkt gegenüberliegenden ersten Längenbereich 34 mit einem aus Fig. 3 erkennbaren ersten Innendurchmesser DHO auf. Unter dem Merkmalskomplex, dass der erste Längenbereich 34 dem ersten Teilbereich 32 in radialer Richtung direkt beziehungsweise unmittelbar gegenüberliegt, ist zu verstehen, dass - wie aus Fig. 2 erkennbar ist - in radialer Richtung zwischen dem ersten Längenbereich 34 und dem ersten Teilbereich 32 kein Bauteil beziehungsweise

Bauelement der Turbine 10 angeordnet ist. Somit ist in radialer Richtung zwischen dem ersten Längenbereich 34 und dem ersten Teilbereich 32 ein Spalt vorgesehen, welcher frei von, von dem Turbinengehäuse 12 unterschiedlichen, Bauelementen der Turbine 10 ist.

Ferner weist das Turbinengehäuse 12 einen sich in axialer Richtung zu dem

Einlassbereich 22 hin an den ersten Längenbereich 34 anschließenden zweiten

Längenbereich 36 auf, welcher einen sich in axialer Richtung zu dem Einlassbereich 22 hin an den ersten Teilbereich 32 anschließenden zweiten Teilbereich 38 der jeweiligen Oberkante 30 in radialer Richtung nach außen überdeckt. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass im vollständig hergestellten Zustand der Turbine 10 der zweite Längenbereich 36 dem zweiten Teilbereich 38 direkt gegenüberliegt, sodass in radialer Richtung zwischen dem Längenbereich 36 und dem Teilbereich 38 kein, insbesondere von dem Turbinengehäuse 12 unterschiedliches, Bauelement der Turbine 10 angeordnet ist. Dabei weist der zweite Längenbereich 36 einen aus Fig. 3 erkennbaren zweiten Innendurchmesser Dm auf, welcher geringer beziehungsweise kleiner als der erste Innendurchmesser D H o ist.

Vorzugsweise ist zumindest der erste Längenbereich 34 mechanisch bearbeitet, sodass die Turbine 10 beispielsweise ausgehend von einer ersten Bauvariante auf besonders einfache und kostengünstige Weise zu einer in den Figuren gezeigten zweiten

Bauvariante abgeändert beziehungsweise umgerüstet werden kann. Bei der ersten Bauvariante entspricht beispielsweise der Innendurchmesser DHO dem Innendurchmesser Dm , sodass bei der ersten Bauvariante die Innendurchmesser D H o und Dm gleich sind. Ausgehend von dieser ersten Bauvariante wird zumindest der erste Längenbereich 34 mechanisch bearbeitet, um dadurch den Innendurchmesser DHO, insbesondere

gegenüber dem Innendurchmesser Dm , zu vergrößern. Hierdurch kann der

Massendurchsatz der Turbine 10 ausgehend von der ersten Bauvariante bei der zweiten Bauvariante vergrößert werden, ohne dass Turbinenrad 14, insbesondere dessen Kontur, ändern zu müssen. Somit kann das gleiche Turbinenrad 14 sowohl bei der ersten

Bauvariante als auch bei der zweiten Bauvariante der Turbine 10 zum Einsatz kommen. Zur Realisierung der unterschiedlichen Bauvarianten und somit zur Realisierung der unterschiedlichen Massendurchsätze ist beispielsweise lediglich die sehr kosten- und zeitgünstig durchführbare mechanische Bearbeitung durchzuführen.

Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn gilt:

Dies bedeutet, dass das Verhältnis des zweiten Innendurchmesser Dm zu dem ersten Innendurchmesser D H o größer als 0,6 und kleiner als 1 ist.

Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die jeweilige Oberkante 30 eine in axialer Richtung verlaufende erste Erstreckung X aufweist. Ferner weist der erste Teilbereich 32 eine aus Fig. 1 erkennbare, in axialer Richtung verlaufende zweite Erstreckung Y auf. Dabei gilt vorzugsweise:

0 <— < 1

X

Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verhältnis der zweiten Erstreckung Y zu der ersten Erstreckung X größer als 0 und kleiner als 1 ist. Die zweite Erstreckung Y wird auch als Überschneidung bezeichnet, da sich der erste Längenbereich 34 ausgehend von dem Auslassbereich 26 in den ersten Teilbereich 32 und somit in den Bereich der jeweiligen Oberkante 30 erstreckt.

Ferner ist aus Fig. 2 erkennbar, dass die jeweilige Oberkante 30 einen

Außendurchmesser Dio aufweist beziehungsweise auf einem Außendurchmesser Dio angeordnet ist. Insbesondere ist der Außendurchmesser Dio der größte

Außendurchmesser der jeweiligen Oberkante 30. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verhältnis des Außendurchmessers Dio zu dem zweiten Innendurchmesser Dm größer als 0,8 und kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten gilt vorzugsweise:

0,8 < < l Ferner ist besonders gut aus Fig. 1 und 2 erkennbar, dass die jeweilige Abströmkante 28 schräg zu axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung des Turbinenrads beziehungsweise der Turbine 10 insgesamt verläuft.

Insgesamt ist aus den Figuren erkennbar, dass durch eine mechanische Bearbeitung des Turbinengehäuses 12, insbesondere im ersten Längenbereich 34, auf dem

Innendurchmesser D H o ausgehend vom Auslassbereich 26 bis in den die Erstreckung X aufweisenden Bereich einer den Oberkanten 30 des Turbinenrads 14

gegenüberliegenden Kontur des Turbinengehäuses 12, wodurch sich die Überschneidung ergibt, der erste Strömungsquerschnitt des Turbinenrades 14, insbesondere im Vergleich zur ersten Bauvariante, vergrößert wird, ohne die Kontur des Turbinenrads auf der auch als Länge bezeichneten Erstreckung X und den Außendurchmesser Dio zu verändern. Durch diese Bearbeitung des Turbinengehäuses 12 kann das Abgas beispielsweise auch über den vorzugsweise schräg oder senkrecht zur jeweiligen Abströmkante 28

verlaufende ersten Teilbereich 32 und den ersten Längenbereich 34 von der jeweiligen Laufradschaufel 20 abströmen, sodass ein besonders hoher Massendurchsatz der Turbine 10 realisierbar ist. Somit kann ein besonders hoher Massenstrom des Abgases die Turbine 10 während ihres Betriebs durchströmen. Eine Beeinträchtigung des

Wirkungsgrads des Turbine 10, ausgehend von der ersten Bauvariante, kann dabei besonders gering gehalten werden beziehungsweise ist unmerklich, sodass sich ein besonders effizienter Betrieb der Turbine 10 und somit der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.