DE10028161C2 - Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader in Gußausführung - 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.

Aus der DE 100 22 052 A1 ist ein Turbinengehäuse für einen Ab­ gasturbolader bekannt, das ein Spiralgehäuse zum Umschließen des Laufrades aufweist. Ein Einlaßtrichter sowie ein Auslaßrohr sind mit dem Spiralgehäuse verschweißt. Sämtliche Bauteile des Gehäuses können aus Blech geformt oder im Fein­ gußverfahren hergestellt sein, wodurch sich das Gewicht des Turboladers reduzieren lässt. Nachteilig hierbei ist jedoch der vergleichsweise hohe Fertigungsaufwand, der sich durch das erforderliche Zusammenfügen der einzelnen Bauteile des Turbi­ nengehäuses ergibt.

Ein vergleichbarer Aufbau eines Turbinengehäuses ist aus der JP 55-037508 A bekannt. Die Einzelteile des Turbinengehäuses sind aus einem hochfesten Blech geformt und miteinander verschweißt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gehäusegruppe der genannten Art derart zu gestalten, daß bezüglich der genannten Parameter wesentliche Verbesserungen erzielt werden.

Diese Aufgabe wird durch Anspruch 1 gelöst.

Die Erfinder sind bei der Lösung der Aufgabe bei der an sich bewährten Ausführung der Gehäusegruppe aus Guß geblieben. Dabei haben sie jedoch den konventionellen Stahlguß im Sandform-Verfahren verlassen und sind zum dünnwandigen Feinguß, auch Genauguß genannt, übergegangen. Hierdurch läßt sich die Wandstärke ganz erheblich verringern. Damit wird auch das Gewicht der Baugruppe stark abgesenkt. Die Gehäusegruppe hat nunmehr eine wesentlich geringere Masse, so daß dem Abgas in der Kaltstartphase auch nur relativ wenig Wärmeenergie entzogen werden kann. Die thermische Trägheit ist somit sehr gering.

Als weitere erfindungsgemäße Maßnahme ist die Gehäusegruppe aus zwei Teilen zusammengesetzt. Es ist demgemäß eine Trennfuge vorhanden. Die Trennfuge ist dabei wie folgt angeordnet:

• - sie verläuft in einer achssenkrechten Ebene
• - sie verläuft entlang der Scheitellinie des Spiralgehäuses
• - sie erstreckt sich über einen Kreisbogen von etwa 270 Grad
• - sie liegt außerhalb des Bereiches der Zunge

Somit ist in jedem Falle das Spiralgehäuse zweigeteilt. Dabei ist die Zweiteilung aufgrund der beschriebenen Lage der Trennfuge derart vorgenommen, daß sich die beiden folgenden Vorteile ergeben:
Zum einen kann jedes der beiden Teile des Spiralgehäuses gegossen werden, ohne daß es hierbei der Verwendung von Gießkernen bedarf. Die Formen der beiden Spiralgehäuseteile weisen nämlich keine Hinterschneidungen mehr auf.

Zum anderen ist die Trennfuge derart gelegt, daß der Bereich der Zunge außerhalb der Trennfuge liegt. Der Zungenbereich ist nämlich derjenige Bereich, der thermisch am meisten beansprucht wird. Beim Zusammenfügen der beiden Gußteile des Spiralgehäuses besteht der Zungenbereich daher aus einem einzigen Stück ohne Trennfuge, was der hohen thermischen Beanspruchung und damit der hohen Anforderung an die Festigkeit in diesem Bereich Rechnung trägt.

Das Zusammenfügen der beiden Teile kann beispielsweise durch jegliche Art von Schweißen geschehen, beispielsweise mittels Laserschweißen oder Mikroplasma-Schweißen.

Durch das Vermeiden von Gießkernen braucht beim Gießen keine Rücksicht auf Lagetoleranzen solcher Kerne genommen zu werden. Dies bedeutet, daß die Wandstärke bereits aus diesem Grunde geringer sein kann, als bei dem klassischen Verfahren mit Verwendung von Gießkernen. Bereits hieraus ergibt sich eine erhebliche Gewichtseinsparung. Ein im Feingußverfahren mehrteilig gegossenes Turbinengehäuse hat eine mittlere Wandstärke von etwa 2 mm. Dies bedeutet gegenüber der Ausführung in Stahlguß im Sand eine Massenreduzierung von 40 bis 60%. Weiterhin sind die Herstellungskosten eines erfindungsgemäßen Spiralgehäuses geringer als seither. Als Werkstoff kommt im allgemeinen ein hochwarmfester Stahlguß für Abgastemperaturen von 1050°C in Betracht.

Die Oberflächengüte und Maßhaltigkeit sind optimal. Dies führt zu höheren Wirkungsgraden. Auch sind die Fertigungskosten bereits deshalb geringer, weil Nacharbeiten entfallen.

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

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

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch das Spiralgehäuse der Turbine von Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Abgas-Turbolader weist als wichtigste Elemente die folgenden Bauteile auf:
Eine Turbine 1 mit Turbinenrad 1.1, einen Verdichter 2 mit Verdichterrad 2.1, ein Lagerteil 3, eine Welle 4, auf der das Turbinenrad 1.1 und das Verdichterrad 2.1 sitzen.

Das Turbinengehäuse ist in bekannter Weise als Spiralgehäuse ausgeführt. Es ist aus zwei Hauptteilen aufgebaut, nämlich einem Teil 1.2 - hier "inneres Teil" genannt, und einem Teil 1.3 - hier "äußeres Teil" genannt. Bestandteil des äußeren Teils 1.3 ist ein Auslaßstutzen 1.4. Dieser könnte auch vom äußeren Teil 1.3 getrennt sein.

Entscheidend ist folgendes:
Die beiden Hauptteile 1.2 und 1.3 des Spiralgehäuses der Turbine sind entlang einer Trennfuge getrennt. Die Trennfuge verläuft in einer achssenkrechten Ebene. Sie verläuft entlang der Scheitellinie des Spiralgehäuses.

Wie man aus Fig. 2 erkennt, erstreckt sich die Trennfuge über einen Winkel von 270 Grad. Sie liegt außerhalb des Bereiches der Zunge 1.5 des Spiralgehäuses. Dieser Bereich ist thermisch hochbeansprucht.

Fig. 2 zeigt Teil 1.3. Teil 1.2 ist weggenommen.

Die Trennfuge erstreckt sich von Punkt A bis Punkt B. Dabei bleibt der Bereich der Zunge 1.5 unberührt. Das heißt im Zungenbereich ist das Spiralgehäuse einteilig. Teil 1.2 wird über dem Bereich der Trennfuge zwischen den Punkten A und B zwecks Montage auf Teil 1.3 aufgesetzt.

Claims (2)

1. Gehäusegruppe für die Turbine eines Abgas-Turboladers;

• 1. 1.1 mit einem Spiralgehäuse zum Umschließen des Laufrades der Turbine;
• 2. 1.2 mit einer im Inneren des Spiralgehäuses befindlichen und mit dieser einteilig ausgeführten Zunge;
• 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 die Gehäusegruppe ist aus Dünnwand-Feinguß hergestellt;
• 7. 1.7 die gesamte Gehäusegruppe ist aus zwei Teilen zusammengesetzt, so dass eine einzige Trennfuge vorhanden ist;
• 8. 1.8 die Trennfuge ist wie folgt angeordnet;
  • 1. 1.8.1 sie verläuft entlang der Scheitellinie des Spiralgehäu­ ses;
  • 2. 1.8.2 sie erstreckt sich über einen Kreisbogen von etwa 270 Grad;
  • 3. 1.8.3 sie liegt außerhalb des Bereiches der Zunge.

2. Gehäusegruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der Gehäusegruppe entlang der betreffenden Trenn­ fuge durch Schweißen miteinander verbunden sind.