DE10028160C2 - Gehäusegruppe für die Turbine eines Abgas-Turboladers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gehäusegruppe für die Turbine eines Abgas- Turboladers. Die Erfindung betrifft insbesondere das Spiralgehäuse der Turbine.

Abgas-Turbolader sind bei modernen Kraftfahrzeugen unverzichtbar. Sie umfassen als wichtigste Bauteile eine Turbine und einen Verdichter. Diese beiden Bauteile sitzen gemeinsam auf ein- und derselben Welle. Der Turbine wird das Abgas des Verbrennungsmotors zugeleitet. Das Abgas treibt die Turbine an. Die Turbine ihrerseits treibt den Verdichter an. Dieser saugt Luft aus der Umgebung an, und verdichtet diese. Die verdichtete Luft wird sodann für die Verbrennung im Motor ausgenutzt. Abgas-Turbolader haben den Zweck, die Abgasemissionen zu verringern sowie den Wirkungsgrad des Motors und dessen Drehmoment zu erhöhen. Sie haben außerdem eine wichtige Funktion bezüglich der Wirkungsweise des Katalysators.

An Abgas-Turbolader werden allgemein die folgenden Anforderungen gestellt: Sie sollen die genannten Funktionen bezüglich der Abgasemission, des Wirkungsgrades und des Drehmomentes des Motors in möglichst perfekter Weise erfüllen. Sie sollen dabei ein geringes Gewicht und ein geringes Bauvolumen haben. Die Konstruktion soll einfach im Aufbau und montagefreundlich sein, so daß sich die Herstellungskosten in geringen Grenzen halten. Sie sollen Katalysator-freundlich sein.

Die bekannten Abgas-Turbolader haben diese Funktionen nicht alle oder nur bis zu einem gewissen Grade erfüllt. So läßt die Senkung der Schadstoffemissionen in der Kaltstartphase zu wünschen übrig, Gewicht und Raumbedarf sind unangemessen hoch.

Demgemäß wird bei einer Gehäusegruppe, wie sie beispielsweise aus der JP 55-037 508A bekannt ist, wenigstens das Spiralgehäuse aus einer relativ dünnen, den Abgasstrom führen­ den Blechwand gebildet. Damit wird das Gewicht der Gehäusegruppe deutlich verringert. Die Blechwand hat aufgrund der geringen Masse nur eine geringe Wärmespeicherkapazität. Dies bedeutet, dass sie aus den Abgasen nur wenig Wärmeenergie aufnehmen, und somit den Ab­ gasen in der Kaltstartphase auch nur wenig Wärme entziehen kann.

Die Blechwand ist hierbei von einer Isolierung umgeben. Dies bedeutet, dass die Wärme in den Abgasen verbleibt. Der Abgasstrom gelangt somit bereits vom ersten Augenblick des Startens des Motors an in sehr heißen Zustand zum Katalysator. Dies ist eine wichtige Vor­ aussetzung für dessen einwandfreies Arbeiten, so dass die Emissionen bereits während der Startphase minimiert werden.

Die Isolierung sorgt aber auch dafür, dass die Außenhaut der betreffenden Bauteile relativ kalt ist. Dies ist ein wichtiger Vorteil, da somit der Abgas-Turbolader bei anderen, wärmeemp­ findlichen Bauteilen angeordnet werden kann, beispielsweise bei hitzeempfindlichen Kabeln. Auch wird die Abstrahlung zur Karosserie hin verringert, so dass der Außenlack unbeein­ trächtigt bleibt. Es versteht sich, dass die geringe Wandstärke der Blechwand ebenfalls zur Verringerung des Gewichts beiträgt.

Die Isolierung kann gemäß der DE 100 22 052 A1 auch aus einem Blechmantel hergestellt sein, der die Blechwand umgibt. Dabei verbleibt zwischen Blechwand und Blechmantel ein Luftspalt, der eine besonders gute Isolierung darstellt. Der Blechmantel kann wesentlich dün­ ner als die Blechwand sein. Er stellt gleichwohl eine gute Wärmesperre dar, da Übergänge von einem Medium zum anderen - hier von Luft zum Blechmantel - ein Wärmeübergangs­ hindernis bilden.

Der Blechmantel erfüllt noch eine weitere Funktion: Er erhöht die Steifigkeit der gesamten Konstruktion. Dies kann dazu führen, dass die von der Gasströmung berührte Blechwand nochmals verringert werden kann.

Bei derartigen Gehäusegruppen ist jedoch besonders kritisch der zungenförmige Wandteil im Inneren des Spiralgehäuses, der thermisch hochbelastet und deshalb besonders gefährdet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gehäusegruppe der genannten Art derart zu gestalten, dass das geschilderte Problem nicht mehr auftritt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dar­ gestellt:

Fig. 1 zeigt einen Abgas-Turbolader in einem Axialschnitt.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Gegenstand von Fig. 1 im Bereich des Turbinengehäuses.

Fig. 3 ist eine Ansicht des Turbinengehäuses mit Draufsicht auf den Einlassstutzen.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die eine Hälfte des Turbinengehäuses, in Achsrichtung gesehen.

Fig. 5 ist eine Ansicht der anderen Hälfte des Turbinengehäuses, ebenfalls in Achsrichtung gesehen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Abgas-Turbolader umfasst als wesentliche Bestandteile eine Tur­ bine 1, einen Verdichter 2 sowie ein Lagerteil 3. Die Turbine 1 weist ein Turbinenrad 1.1 auf, und der Verdichter ein Verdichterrad

2.1. Die beiden Räder sitzen auf einer gemeinsamen Welle 4. Die Welle 4 ist im Lagerteil 3 gelagert.

Entscheidend ist bei der vorliegenden Betrachtung das Turbinengehäuse 1. Dieses ist im vorliegenden Falle aus Blech gefertigt. Es ist in üblicher Weise ein Spiralgehäuse. Es ist aus zwei Hauptteilen zusammengebaut, nämlich aus einem inneren Bauteil 1.2 und einem äußeren Bauteil 1.3. Die Trennfuge 1.4 zwischen diesen beiden Teilen verläuft entlang der Scheitellinie des Spiralgehäuses 1. Dort ist eine Schweißnaht gelegt.

Die Wandstärken der beiden Gehäuseteile betragen 1,0 mm. Das Blech ist hoch-warmfest (T₃ < als 1000°C).

Die Blechwand ist von einer Isolierung umgeben, die sich auf der Außenhaut des Bleches befindet, und die aufgrund ihrer Wärmeisolationseigenschaften dafür sorgt, daß an dieser Stelle, somit außen an der Isolierung, nur sehr geringe Temperaturen herrschen, beispielsweise Temperaturen, die ein Anfassen von Hand noch erlauben.

Man erkennt ferner einen Auslaßstutzen 5 zum Ableiten des Abgases, nachdem dieses die Turbine 1 durchströmt und dabei Arbeit geleistet hat. Der Auslaßstutzen 5 ist an das Gehäuse 1.2, 1.3 der Turbine 1 angeschlossen. Er weist einen Fortsatz 5.1 auf. Dieser ist derart gestaltet und angeordnet, daß er den thermisch hoch belasteten Zungenbereich des Turbinengehäuses 1.2, 1.3 abdeckt. Siehe auch Fig. 5. Dabei schmiegt sich der Fortsatz 5.1 im Zungenbereich an die beiden Gehäuseteile 1.2, 1.3 an. Er kann mit diesen verschweißt sein.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen das Blechgehäuse in verschiedenen Ansichten. In Fig. 5 ist der Zungenbereich 1.5 erkennbar. Dieser Bereich ist thermisch besonders hoch belastet.

Fig. 6 zeigt eine besonders wichtige Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist das Blechgehäuse wiederum aus zwei Teilen 1.2, 1.3 aufgebaut. Jedoch sind diese beiden Teile doppelwandig. Die beiden Wände sind unter Belassung eines Luftspaltes zusammengefügt. Der Luftspalt sorgt für eine besonders gute Isolierung. Auch bei dieser Ausführungsform ist wiederum der Auslaßstutzen 5 mit einem Fortsatz 5.1 versehen, der den Zungenbereich des Spiralgehäuses abdeckt.

Claims (9)

1. Gehäusegruppe für die Turbine eines Abgas-Turboladers;

• 1. 1.1 mit einem Spiralgehäuse zum Umschließen des Laufrades der Turbine, das aus zumindest einem inneren Bauteil und ei­ nem äußeren Bauteil mit einer zwischen den Bauteilen ver­ laufenden Trennfuge aufgebaut ist, wobei die Trennfuge entlang der Scheitellinie des Spiralgehäuses verläuft;
• 2. 1.2 mit einem im Inneren des Spiralgehäuses befindlichen zun­ genartigen Wandteil;
• 3. 1.3 mit einem Einlaßstutzen;
• 4. 1.4 mit einem Auslaßstutzen;
• 5. 1.5 mit einem Flansch zum Anschließen an ein Lagergehäuse;
• 6. 1.6 wenigstens das Spiralgehäuse ist aus einer den Abgasstrom führenden Blechwand gebildet,
• 7. 1.7 die Stärke des Blechs liegt zwischen 0,2 und 2 mm;
• 8. 1.8 die Blechwand ist von einer Isolierung umgeben;
• 9. 1.9 der Auslaßstutzen weist einen Fortsatz auf, der derart gestaltet und angeordnet ist, dass er den Zungenbereich des Spiralgehäuses abdeckt.

2. Gehäusegruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Isolierung aus einer flüssigen, aus­ härtbaren Masse besteht.

3. Gehäusegruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Isolierung durch Tauchen in ein Bad aus der Masse oder durch Aufspritzen der Masse auf die Blechwand aufgebracht ist.

4. Gehäusegruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Isolierung einen Blechmantel umfasst.

5. Gehäusegruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass das Blech des Blechmantels eine geringere Stärke als die Blechwand aufweist.

6. Gehäusegruppe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zwischen Blechwand und Blechmantel ein Luftspalt vorhanden ist.

7. Gehäusegruppe nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Zunge von einem Belag abge­ deckt ist.

8. Gehäusegruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass der Belag eine Blechauflage ist.

9. Gehäusegruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, dass der Belag aus einem Fortsatz des Auslass­ stutzens gebildet ist.