(57)【要約】【課題】新しいタイプのターボ機械を作り出すこと。【解決手段】ハウジング３０と、ハウジング内に収容されるインペラとを有し、ハウジングが、フランジ接続部３３を介して接続される少なくとも２つのハウジング部品３１、３２を備え、フランジ接続部を介して互いに接続されるハウジング部品のうち第１のハウジング部品３１は、接続ねじ３４のためのねじ穴３５を備え、ハウジング部品のうち第２のハウジング部品３２は、接続ねじ３４のための貫通穴３７を備え、第２のハウジング部品３２は、第１の面３９で第１のハウジング部品３１に接するよう設けられ、接続ねじのねじ頭４１は、第２のハウジング部品の第２の面の反対側の第２の面４０に接するよう設けられ、第２のハウジング部品のうち第２の面４０上におけるかつ第２の面４０に隣接する貫通穴３７は、第１の面３９上におけるかつ第１の面３９に隣接する断面領域よりも小さい断面領域を有するターボ機械。【選択図】図２
2020186726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械であって、
ハウジング（３０）と、
前記ハウジング（３０）内に収容されるインペラと、
を有しており、
前記ハウジング（３０）が、フランジ接続部（３３）を介して互いに接続される少なくとも２つのハウジング部品（３１、３２）を備えており、
前記フランジ接続部（３３）を介して互いに接続される前記ハウジング部品のうち第１のハウジング部品（３１）は、接続ねじ（３４）のためのねじ穴（３５）を備えており、
前記フランジ接続部（３３）を介して互いに接続される前記ハウジング部品のうち第２のハウジング部品（３２）は、前記接続ねじ（３４）のための貫通穴（３７）を備えており、
前記第２のハウジング部品（３２）は、前記第２のハウジング部品（３２）の第１の面（３９）で、前記第１のハウジング部品（３１）に接するよう設けられ、かつ、
前記接続ねじ（３４）のねじ頭（４１）は、前記第２のハウジング部品（３２）の反対側の第２の面（４０）に接するよう設けられ、
前記第２のハウジング部品（３２）のうちの、前記第２の面（４０）上におけるかつ前記第２の面（４０）に隣接する前記貫通穴（３７）は、前記第１の面（３９）上におけるかつ前記第１の面（３９）に隣接する断面領域よりも小さい断面領域を有することを特徴とするターボ機械。
【請求項２】
前記第２のハウジング部品（３２）の前記貫通穴（３７）の断面領域は、少なくとも部分的に、前記第２の面（４０）から前記第１の面（３９）の方向において連続的にサイズが増大することを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
前記貫通穴（３７）の断面領域は、漏斗状または円錐台状にサイズが増大することを特徴とする請求項２に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記第２のハウジング部品（３２）の前記貫通穴（３７）の断面領域は、前記第２の面（４０）から始まって前記第１の面（３９）の方向において段階的にサイズが増大することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のターボ機械。
【請求項５】
前記第２のハウジング部品（３２）のうち、前記第２の面（４０）上におけるかつ前記第２の面（４０）に隣接する前記貫通穴（３７）は、円形の断面領域を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のターボ機械。
【請求項６】
前記第２のハウジング部品（３２）のうち、前記第１の面（３９）上におけるかつ前記第１の面（３９）に隣接する前記貫通穴（３７）は、円形の断面領域を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のターボ機械。
【請求項７】
前記第２のハウジング部品（３２）のうち、前記第１の面（３９）上に隣接する前記貫通穴（３７）は、楕円形または細長孔状の断面領域を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のターボ機械。
【請求項８】
前記第２のハウジング部品（３２）のうち、前記第２の面（４０）上におけるかつ前記第２の面（４０）に隣接する前記貫通穴（３７）の部分（３７ａ）は、前記第２のハウジング部品（３２）のうち前記第１の面（３９）上におけるかつ前記第１の面（３９）に隣接する前記貫通穴（３７）の部分（３７ｂ）に対して同心円状に延在することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のターボ機械。
【請求項９】
前記第２のハウジング部品（３２）のうち、前記第２の面（４０）上におけるかつ前記第２の面（４０）に隣接する前記貫通穴（３７）の部分（３７ａ）は、前記第２のハウジング部品（３２）のうち前記第１の面（３９）上におけるかつ前記第１の面（３９）に隣接する前記貫通穴（３７）の部分（３７ｂ）に対して偏心して延在することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載のターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャーの基本的な構造は、本明細書で取り扱う分野において当業者に知られている。ターボチャージャーはタービンを備えており、当該タービン内で第１の媒体が膨張される。ターボチャージャーはさらに圧縮機を備えており、当該圧縮機内で第２の媒体が圧縮される、つまり第１の媒体の膨張中にタービンで抽出されたエネルギーが利用される。
【０００３】
ターボチャージャーのタービンは、タービンハウジングとタービンローターとを備える。ターボチャージャーの圧縮機は、圧縮機ハウジングと圧縮機ローターとを備える。タービンのタービンハウジングと圧縮機の圧縮機ハウジングとの間には、ベアリングハウジングが配置されており、ベアリングハウジングは、一側においてタービンハウジングに接続され、かつ他側において圧縮機ハウジングに接続される。ベアリングハウジングにはシャフトが取り付けられており、当該シャフトを介して、タービンローターは圧縮機ローターに連結される。
【０００４】
タービンのタービンハウジング、圧縮機の圧縮機ハウジング、および／またはベアリングハウジングは、各々、フランジ接続部を用いて互いに接続される複数のハウジング部品から構成できる。同様に、フランジ接続部を介して、タービンハウジングをベアリングハウジングに接続できかつ圧縮機ハウジングをベアリングハウジングに接続でき、その各々が、ターボチャージャーのハウジング部品を形成する。
【０００５】
ターボチャージャーの作動中、圧縮機ローターまたはタービンローターが破損し、破損したローターの破片がそれぞれのハウジングを貫通し、ひいては周囲へ出ていく危険性がある。安全上の理由から、これは避けなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、ハウジングのハウジング部品が、それぞれのフランジ接続部に不具合が出てローターの破片が周囲へ出ていく危険性がないように互いに接続されるターボ機械が必要とされている。
【０００７】
これは、ターボチャージャーに必要であるだけでなく、圧縮機、ガスタービン、排気ガス再循環デバイスの送風機などの他のターボ機械にも必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これから始まり、本発明は、新しいタイプのターボ機械を作り出すという目的に基づく。この目的は、請求項１に記載のターボ機械によって解決される。本発明によれば、第２のハウジング部品のうち第２の面上におけるかつ第２の面に隣接する貫通穴は、第１の面上におけるかつ第１の面に隣接する貫通穴よりも小さい断面領域を有する。
【０００９】
とりわけ、不具合の発生時にローターの破片がフランジ接続部を介して互いに接続されるハウジング部品の１つに衝突し、かつローターの破片の運動エネルギーの結果として、フランジ接続部を介して互いに接続されるハウジング部品が互いに対して相対的に動くかまたは変位した場合、フランジ接続部の接続ねじが、例えば曲げ応力および／またはせん断応力の結果として機能しなくなる危険性がある。したがって、不具合の発生時、フランジ接続部を介して互いに接続されるハウジング部品の堅牢な接続も保証され、その結果として、ターボ機械のいわゆる封じ込めの安全性が向上される。
【００１０】
第１の有利な展開例によれば、第２のハウジング部品の貫通穴の断面領域は、少なくとも部分的に第１の面の方向において第２の面から連続的に、とりわけ漏斗状または円錐台状に、サイズが増大する。第２の有利なさらなる展開例によれば、第２のハウジング部品の貫通穴の断面領域は、第２の面から始まり第１の面の方向において段階的にサイズが増大する。両方の有利なさらなる展開例により、ターボ機械の封じ込めの安全性を高めることができる。これら２つの有利なさらなる展開例を互いに、つまり第１の領域では貫通穴の断面領域はサイズが連続的に増大しかつ第２の領域では貫通穴の断面領域が第２のハウジング部品の第１の面の方向に段階的に増大する様式で、組み合わせることができる。
【００１１】
第２のハウジング部品のうち第２の面上におけるかつ第２の面に隣接する貫通穴は、円形の断面領域を有する。第１の面上におけるかつ第１の面に隣接する貫通穴は、円形または楕円形もしくは細長孔状の断面領域を有する。これらの特徴はまた、ターボ機械の封じ込めの安全性を高めるのに役立つ。
【００１２】
第２のハウジング部品のうち第２の面上におけるかつ第２の面に隣接する貫通穴の部分は、第２ハウジング部品のうち第１の面上におけるかつ第１の面に隣接する貫通穴の部分に対して同心状にまたは偏心して延びる。これによって、ターボ機械の封じ込めの安全性も高めることができる。
【００１３】
本発明の好ましいさらなる展開例は、従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、図面を用いてより詳細に説明されるが、これに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ターボ機械のフランジ接続部の領域における、従来技術に基づくターボ機械からの抜粋を示す図である。
【図２】本発明に基づく第１のターボ機械のフランジ接続部の領域における第１のターボ機械からの抜粋を示す図である。
【図３】本発明に基づく第２のターボ機械のフランジ接続部の領域における第２のターボ機械からの抜粋を示す図である。
【図４】本発明に基づく第３のターボ機械のフランジ接続部の領域における第３のターボ機械からの抜粋を示す図である。
【図５】本発明に基づくさらなるターボ機械のフランジ接続部の領域における、当該さらなるターボ機械からの抜粋を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、ハウジング１０の所定の領域、すなわち互いに接続される２つのハウジング部品１１、１２の領域における、従来技術に基づくターボ機械からの抜粋を示す。２つのハウジング部品１１、１２は、複数の接続ねじ１４を備えるフランジ接続部１３を介して、互いに接続される。従来技術によれば、フランジ接続部１３を介して互いに接続されるハウジング部品１１、１２のうちの第１のハウジング部品１１は、ねじ穴１５を備えており、これらねじ穴１５は、それぞれの接続ねじ１４のねじ山部分１６と相互作用する。フランジ接続部１３を介して互いに接続されるハウジング部品１１、１２のうちの第２のハウジング部品１２は、接続ねじ１４のための貫通穴１７を備えており、接続ねじ１４のねじ山のない部分１８は、これらの貫通穴１７を通って延在する。
【００１６】
接続ねじ１４のための貫通穴１７を備える第２のハウジング部品１２は、第１の面１９で、第１の構成要素１１に接するよう設けられる。接続ねじ１４は、ねじ頭２１で、第２の構成要素１２の反対側の第２の面２０に接するよう設けられる。
【００１７】
とりわけ、例えばターボ機械のローター（図示せず）に不具合が生じた時にローターの破片が、フランジ接続部１３を介して互いに接続されるハウジング部品１１、１２の１つに衝突し、破片の運動エネルギーの結果として、とりわけ図１に示される矢印Ｘの方向において、互いに接続されるハウジング部品１１、１２間に相対的な移動が発生する場合、フランジ接続部１３の接続ねじ１４は、曲げ応力およびせん断応力を受け、その結果として、接続ねじ１４がせん断されひいては破損する危険性がある。この場合、破片が周囲へ出ていく可能性があるが、安全領域のため、これは避けなければならない。
【００１８】
図２は、ハウジング３０の所定の領域における本発明に基づく第１のターボ機械からの抜粋を示しており、ハウジング３０は、フランジ接続部３３を介して互いに接続されるハウジング部品３１および３２を備える。ここで、フランジ接続部３３は、複数の接続ねじ３４を備える。続いて、フランジ接続部３３を介して互いに接続されるハウジング部品３１、３２のうち第１のハウジング部品３１は、接続ねじ３４のためのねじ穴３５を備える。接続ねじ３４のねじ山部分３６は、ねじ穴３５内に延在しているかまたはねじ穴３５と係合している。次いで、フランジ接続部３３を介して互いに接続されるハウジング部品３１、３２のうちの第２のハウジング部品３２は、接続ねじ３４のための貫通穴３７を備えており、接続ねじ３４のねじ山のない部分３８は、これらの貫通穴３７を通って延在する。
【００１９】
次に、貫通穴３７を備える第２のハウジング部品３２は、第１の面３９で、第１の構成要素３１に接するよう設けられており、接続ねじ３４は、ねじ頭４１で、第２の構成要素３２の反対側の第２の面４０に接するよう設けられる。
【００２０】
本発明に基づくターボ機械では、第２のハウジング部品３２のうち第２の面４０上におけるかつ第２の面４０に隣接する貫通穴３７は、第１の面３９上におけるかつ第１の面３９に隣接する貫通穴３７よりも小さい断面領域を有する。ここで、図２の例示的な実施形態では、第２のハウジング部品３２のうち第２の面４０から始まる貫通穴３７の断面領域は、第１の面３９の方向に段階的にサイズが増大し、それにより、図２では、貫通穴３７の２つの部分３７ａ、３７ｂが異なる断面領域を有するよう形成されるが、２つの部分３７ａ、３７ｂがこれら部分の長さにわたって一定であることが提供される。ここで、貫通穴３７の２つの部分３７ａ、３７ｂは、各々、円形の断面領域、すなわち第１の面３９上におけるかつ第１の面３９に隣接する円形の断面領域と、第２の面４０上におけるかつ第２の面４０に隣接する円形の断面領域と、を有する。ここで、断面が円形である貫通穴３７のこれらの２つの部分３７ａ、３７ｂは、互いに対して偏心して配置されており、そのため、貫通穴３７の部分３７ａ、３７ｂの長手方向中心軸線は、互いに接するように設けられておらず、互いに対して平行となるようずらされている。
【００２１】
貫通穴３７の上述の構成により、より大きな断面領域が、フランジ接続部３３を介してしたがって接続ねじ３４を介して互いに接続される２つの構成要素３１、３２間の境界領域に提供され、それによって、互いに接続される２つの構成要素３１、３２の互いに対するより大きな相対的な移動が可能となり、その結果として、接続ねじ３４のせん断ひいては損傷の危険性が低減される。しかしながら、フランジ接続部３３を介して互いに接続される構成要素３１、３２のうちの第２の構成要素３２の第２の面４０の領域には、ねじ頭４１のための十分に大きな接触面が提供される。
【００２２】
断面が円形である貫通穴３７の２つの部分３７ａ、３７ｂが互いに偏心して配向されている図２に示される例示的な実施形態から逸脱して、断面が円形である断面領域を伴う２つの部分３７ａ、３７ｂを、互いに同心状になるよう配置することもできる。
【００２３】
図３は、再び、ハウジング３０の所定の領域における、すなわちフランジ接続部３３を介して互いに接続される２つの接続済みハウジング部品３１、３２の領域における、本発明に基づくターボ機械からの抜粋を示している。不必要な繰り返しを避けるために、図３の例示的な実施形態に関しては図２の例示的な実施形態と同じ参照符号が使用されており、以下では、図３の例示的な実施形態が図２の例示的な実施形態とは異なることに関するそうした詳細のみが説明される。すべての残りの詳細については、図３の例示的な実施形態は、図２の例示的な実施形態に関する説明を参照できるように、図２の例示的な実施形態に対応する。
【００２４】
図３の例示的な実施形態において、貫通穴３７の断面も、第２の構成要素３２の第２の面４０から始まって第１の面３９の方向に段階的に拡大するが、図３において第１の面３９に隣接する貫通穴３７の第２の部分３７ｂは、断面において円形に形成されておらず、楕円形または細長孔状の断面領域となるよう形成されている。これはとりわけ図３の断面Ｂ−Ｂに従っており、当該断面Ｂ−Ｂから、図示される貫通穴３７の部分３７ｂの細長孔状の構成を見ることができる。続いて、第２の構成要素３２の第２の面４０上におけるかまたは第２の面４０に隣接する貫通ボア３７の部分３７ａは、円形の断面を有する。
【００２５】
図２とは対照的に、それぞれの貫通穴３７の２つの部分３７ａ、３７ｂは、図３では互いに対して同心状に配置されており、そのためこれら部分３７ａ、３７ｂの長手方向の中心軸は一致している。図３に示される例示的な実施形態から逸脱して、２つの部分３７ａ、３７ｂ、すなわち、断面が円形である部分３７ａと、断面が細長孔状の部分３７ｂとが、互いに対して偏心して配置されることも可能である。
【００２６】
したがって、図２および図３の例示的な実施形態が、各々、第２のハウジング部品３２のうちの第２の面４０から始まる貫通穴３７の断面領域が第１の面３９の方向において段階的に増大する貫通穴３７の構成を示す一方で、図４および図５は、各々、第２のハウジング部品３２の第２の面４０から始まる第２のハウジング部品３２の貫通穴３７の断面領域が第１のハウジング部品３１の第１の面３９の方向ひいてはそれぞれの第１のハウジング部品３１の方向において連続的にサイズが大きくなるつまり漏斗状または円錐台状となる様式で、第２のハウジング部品３２の貫通穴３７が形成されているハウジング３０の所定の領域における本発明に基づくターボ機械からの抜粋を示している。
【００２７】
ここで、図４の例示的な実施形態においては、その断面領域に関して連続的に拡大する貫通穴３７は、その全長にわたって円形の断面を有する、すなわち第２の面４０上におけるかつ第２の面４０に隣接して円形の断面を有すると同時に第１の面３９上におけるかつ第１の面３９に隣接して円形の断面を有しており、これに対して、図５では、貫通穴３７は、単に第２の面４０上においてまたは第２の面４０に隣接して円形の断面領域を有するのではなく、第１の面３９と第２の面４０との間において、第１の面３９の領域におけるまたは第１の面３９に隣接して、断面が楕円形または細長孔状に形作られることが提供される。
【００２８】
貫通穴３７の長手方向中心軸線に基づいて、連続的な断面の拡大を、対称的にあるいはさらに非対称的に実現することができる。
【００２９】
図２から図４の例示的な実施形態のフランジ接続部３３の接続ねじ３４は、シャンク付きのねじ、とりわけウエストシャンク付きのねじ、またはスタッドねじなどとすることができる。
【符号の説明】
【００３０】
参照番号のリスト
１０  ハウジング
１１  ハウジング部品
１２  ハウジング部品
１３  フランジ接続部
１４  接続ねじ
１５  ねじ穴
１６  ねじ山部分
１７  貫通穴
１８  ねじ山のない部分
１９  面
２０  面
２１  ねじ頭
３０  ハウジング
３１  ハウジング部品
３２  ハウジング部品
３３  フランジ接続部
３４  接続ねじ
３５  ねじ穴
３６  ねじ山部分
３７  貫通穴
３７ａ  部分
３７ｂ  部分
３８  ねじ山のない部分
３９  面
４０  面
４１  ねじ頭
【図１】
2020186726.tif 000003
【図２】
2020186726.tif 000004
【図３】
2020186726.tif 000005
【図４】
2020186726.tif 000006
【図５】
2020186726.tif 000007
【外国語明細書】
2020186726000001.pdf