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DE102007058962B4 - Variable Turbinengeometrie - Google Patents

Variable Turbinengeometrie Download PDF

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DE102007058962B4
DE102007058962B4 DE102007058962.1A DE102007058962A DE102007058962B4 DE 102007058962 B4 DE102007058962 B4 DE 102007058962B4 DE 102007058962 A DE102007058962 A DE 102007058962A DE 102007058962 B4 DE102007058962 B4 DE 102007058962B4
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turbine geometry
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rotation
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Thomas Steidten
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Martin Rauscher
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BMTS Technology GmbH and Co KG
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Abstract

Variable Turbinengeometrie (34) mit einer Anzahl einem Umfang (16) eines Turbinenlaufrades (10)zugeordneten Leitschaufeln (40), die jeweils an einer Drehachse (30) aufgenommen sind und über einen gemeinsamen Aktor verstellbar sind, wobei die Leitschaufeln (40) als geknickte Leitschaufeln ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die geknickt ausgeführten Leitschaufeln (40) Profilsehnen (54) umfassen, die einen Knickwinkel (44) aufweisen, der einem Teilungswinkel (56) entspricht, in welchem die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln (40) um den Umfang (16) des Turbinenlaufrades (10) angeordnet sind.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus US 4 242 040 A ist eine Variable Turbinengeometrie (VTG) - Anordnung bekannt. Bei dieser Lösung sind ein erster und ein zweiter koaxial zueinander gelagerter Körper vorgesehen, die zueinander in axialer Richtung relativ bewegbar sind und die entsprechende gegenüberliegende, radial einander zuweisende ringförmige Oberflächen aufweisen. Dichteinrichtungen sind zwischen diesen ringförmigen Oberflächen vorgesehen, wobei die Dichteinrichtungen ein erstes ringförmiges Dichtelement umfassen. In der von gasförmigem Medium durchströmten Maschine ist eine erste Druckzone ausgeführt, welche mit einer Axialseite der Dichteinrichtung in Verbindung steht. Eine erste Stoppeinrichtung auf dem ersten Körper wirkt mit dem ersten Dichtelement zusammen, dass die Kraft, die durch den Druck innerhalb der ersten Druckzone ausgeübt wird, auf den ersten Körper übertragen wird. Es ist eine zweite Stoppeinrichtung vorgesehen, die auf dem zweiten Körper vorgesehen ist, die mit dem ersten Dichtelement zusammenwirkt, so dass die auf das erste Dichtelement ausgeübte Druckkraft, die in der ersten Zone herrscht, auf den zweiten Körper übertragen werden kann.
  • US 4 242 040 A zeigt darüber hinaus eine Anzahl von an einem Ring aufgenommenen Schaufeln. Jede der Schaufeln weist eine langlochförmige Öffnung auf, in die ein Stift hineinragt. Aus US 4 242 040 A geht hervor, dass die langlochförmigen Öffnungen als Kurven für die Stifte dienen. Durch Drehung des Ringes können die Schaufeln simultan um Drehachsen verdreht werden, so dass die Geometrie von Düsenräumen am Umfang des Ringes gemeinsam gleichsinnig beeinflusst wird. Auch in US 3 495 921 A und sind zwischen zwei Ringen angeordnete Schaufeln offenbart. In den Schaufeln sind langlochförmige Öffnungen als Kurven für Stifte eines der Ringe ausgeformt und die Schaufeln können durch Drehung des Ringes um eine Drehachse verdreht werden. In US 2007 / 0 107 426 A1 werden an einem Ring angeordnete Schaufeln durch Drehen eines Außenrings um eine Drehachse verdreht. Die Schaufeln sind dabei an deren Drehachsen mit länglichen radialen Stiften drehfest verbunden.
  • Zur Regelung der Leistung insbesondere eines Turbinenteils einer insbesondere als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung und damit zur Regelung des Ladedruckes wird im Allgemeinen eine Abgasklappe, ein so genanntes Wastegate, eingesetzt. Alternativ zum Wastegate kann die Zuströmung zum Turbinenlaufrad des Turbinenteils einer insbesondere als Abgasturbolader ausgebildeten Aufladeeinrichtung mittels verdrehbarer oder verschiebbarer Leitschaufeln verstellt werden. Diese verdrehbaren oder verschiebbaren Leitschaufeln, die die Zuströmung zum Turbinenlaufrad beeinflussen, werden im Allgemeinen als Variable Turbinengeometrie (VTG) bezeichnet. Wird die VTG (Variable Turbinengeometrie) geschlossen, so ist darunter zu verstehen, dass die Leitschaufeln derart verdreht werden, dass die Strömung des gasförmigen Mediums nahezu radial gerichtet wird und lediglich noch eine kleine Strömungsfläche zwischen den Schaufeln verbleibt. Bei der Verdrehbewegung der die VTG darstellenden Leitschaufeln bewegen sich die Schaufelenden der Leitschaufeln vom Turbineneintritt weg. Dies hat seine Ursache darin, dass die Drehachse der Leitschaufeln üblicherweise etwa auf der Hälfte der Schaufellänge der Leitschaufeln liegt. Eine andere Positionierung der Drehachse, um die die Leitschaufeln verstellt werden, ist nicht möglich, da aus Sicherheitsgründen gefordert wird, dass bei einem Ausfall der Stellorgane die Leitschaufeln der VTG selbstständig in die geöffnete Position fahren, wodurch die „Fail-Safe“-Funktion implementiert wird.
  • Um die „Fail-Safe“-Funktion zu erfüllen, ist in allen Betriebszuständen ein Drehmoment in Öffnungsrichtung auf die VTG-Schaufeln zu gewährleisten. Aus Regelungsgründen darf das Drehmoment, das auf die Leitschaufeln im gesamten Stellbereich wirkt, die Drehrichtung nicht ändern. Daraus folgt, dass im Allgemeinen die Drehachse einer Leitschaufel der Variablen Turbinengeometrie weit zur Schaufelspitze hin verschoben ist, was jedoch thermodynamische Nachteile nach sich zieht: So ist es für den Wirkungsgrad einer Variablen Turbinengeometrie günstig, wenn das Schaufelende insbesondere bei geschlossener VTG-Position radial nah am Turbineneintritt steht. Bei der gängig ausgeführten Positionierung der Leitschaufel auf der Achse bewegt sich das Schaufelende beim Schließen der Leitschaufeln jedoch vom Turbineneintritt weg.
  • Je kürzer die Leitschaufeln der VTG gestaltet werden können, desto kleiner baut die VTG in radiale Richtung. Die minimale Länge einer Leitschaufel der VTG ist bestimmt durch die Länge des Umfangs der Schaufelkette in geschlossener Position, der Anzahl der an einem Schaufelkranz angeordneten Leitschaufeln sowie des Überdeckungsgrades zweier benachbarter Leitschaufeln. In radialer Richtung relativ weit außen angeordnete Leitschaufeln beeinflussen die Baugröße einer Aufladeeinrichtung sehr nachteilig.
  • Leckageströme, die an den Schaufelseiten vorbei verlaufen, führen zu Nachteilen hinsichtlich des erzielbaren Wirkungsgrades. Je größer der Umfang der Kette aus Leitschaufeln, eine desto größere Fläche stellt sich hinsichtlich der Spaltfläche - bei gleicher Spaltweite - ein, was Leckageströme begünstigt und nachteilig hinsichtlich des erreichbaren thermodynamischen Wirkungsgrades ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an Leitschaufeln, die eine Variable Turbinengeometrie (VTG) für ein Turbinenlaufrad eines Turbinenteiles einer insbesondere als Abgasturbolader beschaffenen Aufladeeinrichtung darstellen, die Profilsehne der Leitschaufeln geknickt auszuführen. Das Knicken beziehungsweise das Abwinkeln der Profilsehne der Leitschaufeln erfolgt erfindungsgemäß um den Winkel, in welchem die Turbinenschaufeln entlang des Umfangs des Turbinenlaufrades angeordnet sind. Aufgrund der geknickt ausgebildeten Profilsehne einer jeden der Leitschaufeln wird in der geschlossenen Stellung der Leitschaufeln durch die Abgasströmung ein Drehmoment erzeugt, welches auf die Leitschaufein der Variablen Turbinengeometrie in Öffnungsrichtung wirkt. Dies erlaubt, die Drehachse einer jeden der Leitschaufeln weiter zum Schaufelende hin zu verschieben, was Vorteile hinsichtlich des erzielbaren Wirkungsgrades der Variablen Turbinengeometrie nach sich zieht: So kann das Schaufelende bei geschlossener Stellung in radiale Richtung gesehen näher an den Turbineneintritt positioniert werden, d. h. näher an den Umfang des Turbinenlaufrades herangerückt werden. Dadurch lässt sich der thermodynamische Wirkungsgrad verbessern, da der Spalt zwischen dem Umfang des Turbinenlaufrades und den Schaufelenden der Leitschaufeln verringert wird. Des Weiteren wird aufgrund der in radialer Richtung näheren Position des Schaufelendes in Bezug auf den Turbineneintritt, d. h. den Umfang des Turbinenlaufrades, der Wirkungsgrad günstig beeinflusst. Aufgrund einer Verringerung des „Umfanges der Schaufelkette“ können der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, entweder weniger Leitschaufeln eingesetzt werden oder andererseits die Länge der einzelnen Leitschaufeln signifikant reduziert werden. Kürzer ausgebildete Leitschaufeln verringern die aerodynamischen Kräfte, die auf die Leitschaufeln einwirken und verringern dadurch die zur Betätigung der Leitschaufeln der Variablen Turbinengeometrie notwendige, zum Beispiel durch einen elektrischen Aktuator aufzubringende Betätigungskraft. Eine Verringerung der Anzahl der Leitschaufeln führt zu Kostenvorteilen hinsichtlich der verwendeten Teilezahl sowie der Komplexität der Montage.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Der Darstellung in 1 ist eine Variable Turbinengeometrie (VTG) zu entnehmen, die einem Turbinenlaufrad zugeordnet ist.
  • Ein Turbinenlaufrad 10 rotiert um eine Rotationsachse 12 und weist einen Durchmesser 14 auf. Ein Umfang des Turbinenlaufrades 10 ist mit Bezugszeichen 16 bezeichnet. Das Turbinenlaufrad 10 weist eine Anzahl von Schaufelblättern 18 auf, die von einer Eintrittsseite 20 her in Richtung auf eine Austrittsseite 22 von einem gasförmigen Medium, wie zum Beispiel dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, durchströmt werden. Jeweils zwei Schaufelblätter 18 begrenzen einen Kanal 24. Die Anzahl von Kanälen 24 zwischen den einzelnen Schaufelblättern 18 weisen eine in Richtung der Rotationsachse 12 vom Umfang 16 ausgehende Querschnittsverengung 26 auf. Die Durchströmungsrichtung, in welcher die einzelnen Kanäle 24 des Turbinenlaufrades 10 durchströmt werden, ist mit Bezugszeichen 28 gekennzeichnet.
  • In einem Abstand vom Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 befinden sich entlang eines Umfangs angeordnet eine Anzahl von Drehachsen 30, denen jeweils eine durch Verschwenken beziehungsweise Verdrehen der Drehachse 30 betätigbare Leitschaufel 32 der Variablen Turbinengeometrie zugeordnet ist. Die Anzahl von Leitschaufeln 32, die dem Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 zugeordnet ist, stellt eine Variable Turbinengeometrie 34 dar.
  • Ausführungsformen
  • 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Variablen Turbinengeometrie (VTG).
  • Wie aus der Darstellung gemäß 2 hervorgeht, ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Variable Turbinengeometrie 34 ebenfalls einem Turbinenlaufrad 10 zugeordnet. Das Turbinenlaufrad 10 ist analog zu dem in 1 dargestellten Turbinenlaufrad 10 - mit einer Anzahl von Schaufelblättern 18 versehen, von denen jeweils zwei die Kanäle 24 begrenzen, die in Durchströmungsrichtung 28 von der Eintrittsseite 20 zur Austrittsseite 22 hin von einem gasförmigen Medium, wie zum Beispiel dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, durchströmt werden. Dabei wird das gasförmige Medium entspannt. Das Turbinenlaufrad 10 gemäß der Darstellung in 2 weist den Durchmesser 14 auf und rotiert um die Rotationsachse 12. Die Kanäle 24 weisen eine Querschnittsverengung 26 auf, die sich ausgehend von der Eintrittsseite 20 zur innenliegenden Austrittsseite 22 erstreckt.
  • Um das Turbinenlaufrad 10 befindet sich die Variable Turbinengeometrie (VTG), die eine Anzahl von geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 umfasst. Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass sich die Variable Turbinengeometrie 34 (VTG) in einem geschlossenen Zustand 70 befindet. Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Variable Turbinengeometrie 34 mehrere geknickt ausgeführte Leitschaufeln 40 umfasst, die eine Knickstelle 42 aufweisende Profilsehne 54 umfassen. Die Profilsehne 54 ist um einen Knickwinkel 44 geknickt, der erfindungsgemäß einem Teilungswinkel 56 entspricht, in welchem die geknickten Leitschaufeln 40 um den Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 beziehungsweise um dessen Rotationsachse 12 angeordnet sind (vergleiche hierzu 3). Wie 2 weiter zeigt, weisen die geknickten Leitschaufeln 40 im Wesentlichen ein Flügelprofil 46 auf, welches einer Anströmung 48 des gasförmigen Mediums, wie zum Beispiel des Abgases der Verbrennungskraftmaschine, ausgesetzt ist. Die im Wesentlichen in Umfangsrichtung gerichtete Anströmung 48 trifft auf die Vorderkante des Flügelprofils 46 der geknickten Leitschaufel 40 auf und umströmt diese beidseitig bis zu einem Schaufelende 52. Wie 2 zeigt, können die geknickt ausgeführten Leitschaufeln 40 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Variablen Turbinengeometrie (VTG), Bezugszeichen 34, an der Drehachse 50 mit einer Exzentrizität (vergleiche 3) befestigt werden. Das Vorsehen einer Exzentrizität bei der Befestigung der geknickt ausgeführten Leitschaufeln ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Drehachsen 30 sind entlang eines gestrichelt angedeuteten Kreises um den Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 angeordnet. Im in 2 dargestellten geschlossenen Zustand 70 der Variablen Turbinengeometrie 34 überlappen sich jeweils das Schaufelende 52 einer der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 mit der Anströmseite 50 einer benachbart angeordneten geknickt ausgeführten Leitschaufel 40. Die Zahl der geknickt ausgeführten Leitschaufeln 40 kann bei Abgasturbolader-Anwendungen im Kfz-Bereich zwischen 9 und 12 variieren. Die Anzahl der geknickt ausgeführten Leitschaufeln 40 der Variablen Turbinengeometrie 34 hat ebenfalls einen Einfluss auf den Knickwinkel 44.
  • In der Darstellung gemäß 3 ist die Variable Turbinengeometrie gemäß der Darstellung in 2 in einem vergrößerten Maßstab wiedergegeben.
  • 3 zeigt, dass die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 einer Anströmung 48, 80 eines gasförmigen Mediums, bei dem es sich um das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine handelt, ausgesetzt sind. Der Abgasstrom 80 trifft auf die geknickten Leitschaufeln 40 auf der Anströmseite 50 auf. An der Anströmseite 50 liegt der Staupunkt des Abgasstromes 80. Aufgrund der geknickten Ausführung der Leitschaufel 40 entsteht an einer Innenseite 74 des Flügelprofils 46 ein Überdruckbereich 58. An einer mit Bezugszeichen 76 bezeichneten Außenseite des Flügelprofils 46 der geknickt ausgebildeten Leitschaufel 40 bildet sich ein Unterdruckbereich 60 aus. Aufgrund der Lage des Überdruckbereiches 58 an der Innenseite 74 der geknickt ausgebildeten Leitschaufel 40 und der Lage des Unterdruckbereiches 60 an der Außenseite 76 der geknickt ausgebildeten Leitschaufel 40 stellt sich ein in Öffnungsrichtung 62 wirkendes, hier nach links drehendes Moment 64 ein. Aufgrund des auf die geknickt ausgebildete Leitschaufel 40 in Öffnungsrichtung 62 wirkenden linksdrehenden Momentes 64, wird die geknickt ausgebildete Leitschaufel 40 zur Erfüllung der Fail-Safe-Funktion demzufolge um die Drehachse 30 entsprechend des Pfeils 62 bewegt. Diese Bewegung in Öffnungsrichtung 62 wird bei Ausfall der Stellaktuatorik von sämtlichen geknickten Leitschaufeln 40 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Variablen Turbinengeometrie (VTG) 34 vollzogen. 3 zeigt, dass die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 auch in einer Exzentrizität, 66 in Bezug auf das Zentrum der Drehachse 30 angeordnet werden können. Dies ermöglicht, das Schaufelende 52 möglichst nah am Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 anzuordnen. Der minimale Abstand zwischen dem Schaufelende 52 der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 und dem Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 ist durch die Dauerfestigkeit der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 bestimmt. Diese durchfahren stets Druck- und Unterdruckgebiete, was zur Schwingungsanregung führt. Daher ist zwischen den Schaufelenden 52 der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 und dem Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 ein Abstand erforderlich.
  • Der Darstellung gemäß 3 ist darüber hinaus zu entnehmen, dass die geknickten Leitschaufeln 40 im Teilungswinkel 56 in Bezug auf den Umfang eines Leitschaufelkranzes 82 angeordnet sind. Der Knickwinkel 44, um welchen die Profilsehne 54 des Flügelprofils 46 der geknickten Leitschaufel 40 an der Knickstelle 42 geneigt ist, ist in einem Winkel gewählt, welcher dem Teilungswinkel 56, mit welchem die gekrümmt ausgebildeten Leitschaufeln 40 angeordnet sind, entspricht. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung - in vergrößertem Maßstab in 3 dargestellt - wird im geschlossenen Zustand 70 der Variablen Turbinengeometrie 34 (VTG) ein Drehmoment 64, welches in Öffnungsrichtung 62 wirkt, erzeugt. Damit ist es möglich, die geknickte Leitschaufel 40 mit der Drehachse 30 in einem Bereich des Flügelprofils 46 zu verbinden, der weiter in Richtung des Schaufelendes 52 der geknickt ausgebildeten Leitschaufel 40 verschoben ist. Dies ergibt Vorteile hinsichtlich des durch die Variable Turbinengeometrie 34 erzielbaren Wirkungsgrades. Die Vorteile liegen darin, dass das Schaufelende 52 im geschlossenen Zustand 70 der Variablen Turbinengeometrie 34 (VTG) näher an der Eintrittsseite 20 am Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 angeordnet werden kann, was eine Wirkungsgraderhöhung durch eine Verringerung des Abstandes zwischen Schaufelende 52 und Umfang 16 einerseits und eine Wirkungsgraderhöhung durch Verringerung der Spaltfläche zwischen dem Umfang 16 und dem Schaufelende 52 nach sich zieht.
  • 3 zeigt zudem, dass in Bezug auf das Zentrum der Drehachse 30 der im Knickwinkel 44 verlaufende Abschnitt der geknickt ausgebildeten Leitschaufel 40 einen Hebelarm 78 bildet. Die Länge des Hebelarms 78 ist gebildet durch die Mittellinie der Drehachse 30 sowie die Position der Knickstelle 42 an der Innenseite 74 des Flügelprofiles 46 der geknickt ausgebildeten Leitschaufel 40, wie in 3 dargestellt. Die Abgasströmung 80 erzeugt an der Innenseite 74 der geknickt ausgebildeten Leitschaufel 40 einen Überdruck, der im Überdruckbereich 58 eine resultierende Kraft erzeugt. Diese Kraft erzeugt durch den Hebelarm 78 ein entgegen des Uhrzeigersinns in Bezug auf die Drehachse 30 drehendes Moment 64, welches die geknickt ausgebildete Leitschaufel 40 in Öffnungsrichtung 72, d. h. in einen geöffneten Zustand 72 bewegt. Dadurch ist der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend eine Fail-Safe-Funktion der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Variablen Turbinengeometrie 34 realisiert, die dann aktiv wird, wenn der insbesondere als elektrischer Antrieb ausgebildete Stellantrieb zur Betätigung der Drehachsen 30, an denen die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 ausgebildet sind, ausfallen sollte.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird allein aufgrund der strömungstechnischen Gestaltung der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 ein in Öffnungsrichtung 62 wirkendes Moment 64 erzeugt. Durch den Abgasstrom 80, 48 werden die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 an ihrer gerundeten Anströmseite 50 angeströmt, und es bilden sich an der Innenseite 74 beziehungsweise der Außenseite 76 die Druckbereiche 58, 60 aus, durch welche das in Öffnungsrichtung 62 wirkende, entgegengesetzt des Uhrzeigersinns gerichtete Moment 64 entsteht. Die Strömung, insbesondere die Abgasströmung 48, 80, wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Gestaltung der Leitschaufeln 40 der Variablen Turbinengeometrie 34 zur Betätigung der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 herangezogen. Wie in den 2 und 3 dargestellt, in der die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 der Variablen Turbinengeometrie 34 im geschlossenen Zustand 70 dargestellt sind, werden die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 entlang eines Schaufelkranzes 82 angeordnet. Je näher der Schaufelkranz 82 an den Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 positioniert werden kann, ein desto geringerer Abstand zwischen dem Schaufelende 52 einer jeden der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 50 und dem Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 stellt sich ein. Je geringer der Abstand zwischen den Schaufelenden 52 der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 und dem Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 gehalten werden kann, desto günstiger wird der Wirkungsgrad der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Variablen Turbinengeometrie 34 ausfallen. Des Weiteren wird durch die Optimierung, d. h. die Minimierung des Abstandes zwischen dem Schaufelende 52 einer jeden der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 und dem Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10, die Spaltweite, die sich zwischen dem Schaufelende 52 und dem Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 einstellt, verringert. Diese Verringerung des Abstandes zwischen den Schaufelenden 52 einer jeden der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 und dem Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 beeinflusst den Wirkungsgrad der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Variablen Turbinengeometrie 34 ebenfalls in günstiger Weise.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 weisen eine in der Profilsehne 54 liegende Knickstelle 42 auf, die durch den Knickwinkel 44 charakterisiert ist. Der Knickwinkel 44 wird erfindungsgemäß so gewählt, dass dieser dem Teilungswinkel 56 entspricht, in welchem die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 am Umfang 16 des Turbinenlaufrades 10 in Umfangsrichtung entlang des Schaufelkranzes 82 angeordnet sind. Aus der Darstellung gemäß der 2 und 3 geht hervor, dass eine Überdeckung zwischen dem Schaufelende 52 einer geknickt ausgebildeten Leitschaufel 40 und einer gerundet ausgebildeten Anströmseite 50 einer benachbart angeordneten geknickt ausgebildeten Leitschaufel 40 vorliegt. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Leitschaufelgeometrie 34 kann dahingehend optimiert werden, dass - je nach Einsatzzweck - diese Überdeckung beibehalten wird. Andererseits kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene Variable Turbinengeometrie 34 dahingehend modifiziert werden, dass die jeweilige Länge des Flügelprofiles 46 der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 so weit verkürzt wird, dass die in den 2 und 3 gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellte Überdeckung zwischen der gerundet ausgebildeten Anströmseite 50 und den Schaufelenden 52 entfällt. Je geringer die Länge des Flügelprofiles 46 und damit der Profilsehne 54 einer jeden der geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 gehalten werden kann, desto geringer sind die aerodynamischen Kräfte, die auf die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln 40 wirken. Dadurch kann die zur Verstellung notwendige Aktuatorkraft verringert und damit der bevorzugt als elektrische Aktuator ausgebildete Aktuator kleinerbauend ausgewählt werden.

Claims (9)

  1. Variable Turbinengeometrie (34) mit einer Anzahl einem Umfang (16) eines Turbinenlaufrades (10)zugeordneten Leitschaufeln (40), die jeweils an einer Drehachse (30) aufgenommen sind und über einen gemeinsamen Aktor verstellbar sind, wobei die Leitschaufeln (40) als geknickte Leitschaufeln ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die geknickt ausgeführten Leitschaufeln (40) Profilsehnen (54) umfassen, die einen Knickwinkel (44) aufweisen, der einem Teilungswinkel (56) entspricht, in welchem die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln (40) um den Umfang (16) des Turbinenlaufrades (10) angeordnet sind.
  2. Variable Turbinengeometrie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geknickt ausgeführten Leitschaufeln (40) an ihrer Innenseite (74) einen Überdruckbereich (58) und an ihrer Außenseite (76) einen Unterdruckbereich (60) aufweisen.
  3. Variable Turbinengeometrie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geknickt ausgeführten Leitschaufeln (40) ein Flügelprofil (46) aufweisen.
  4. Variable Turbinengeometrie gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelprofil (46) eine gerundete Anströmseite (50) und ein sich verjüngendes Schaufelende (52) aufweist.
  5. Variable Turbinengeometrie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln (40) im Bereich ihrer Schaufelenden (52) an den Drehachsen (30) drehfest befestigt sind.
  6. Variable Turbinengeometrie gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln (40) in einer Exzentrizität (66) bezogen auf die Symmetrieachse der Drehachsen (30) ausgebildet sind.
  7. Variable Turbinengeometrie gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiges Medium, insbesondere ein Abgasstrom (48 ,80), ein die geknickt ausgeführten Leitschaufeln (40) in Öffnungsrichtung (62) bewegendes Drehmoment (64) zur Realisierung einer Fail-Safe-Funktion erzeugt.
  8. Variable Turbinengeometrie gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite (74) im Überdruckbereich (58) eine die geknickt ausgebildeten Leitschaufeln (40) um einen Hebelarm (78) bezüglich der Drehachse (30) bewegende Kraft entsteht.
  9. Verwendung einer Variablen Turbinengeometrie (34) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 an einem Turbinenlaufrad (10) einer Aufladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers an Verbrennungskraftmaschinen.
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