DE102007009781B4

DE102007009781B4 - Kunststoffverdichtergehäuse sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102007009781B4
Application number: DE102007009781A
Authority: DE
Inventors: Nenad Cvjeticanin
Original assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Current assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2027-02-28
Also published as: DE102007009781A1; FR2913073B1; FR2913073A1; US8342800B2; US20090053051A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffverdichtergehäuse, insbesondere Radialverdichtergehäuse, vorzugsweise für einen Turbolader, mit zumindest einem Duroplastkörper zur Bereitstellung von einem Ansaugstutzen, einem Verdichterkanal und einem Austrittsstutzen, wobei in Thermoplast zumindest teilweise den Duroplastkörper haubenartig überdeckt, der Duroplastkörper als Grundkörper ausgeformt ist und der Thermoplast auf dem Grundkörper aufgespritzt ist, und auf zumindest einer ersten Oberfläche des Duroplastkörpers zumindest ein erstes Verankerungselement ausgebildet ist, wobei zumindest eine zweite Oberfläche des ersten Verankerungselements im Wesentlichen vollständig mit dem Thermoplast bedeckt ist sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kunststoffverdichtergehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Kunststoffverdichtergehäuse bekannt. So wird beispielsweise in der DE 103 14 209 B3 ein Gehäuse für einen Radialverdichter beschrieben, der aus zwei Gehäuseteilen aus einem Duroplast gefertigt, insbesondere gespritzt, wird. Ein duroplastisches Kunststoffgehäuse weist jedoch den Nachteil auf, daß es insbesondere beim Einsatz in einem Turboladergehäuse im Falle eines Zerspringens eines Lüfterrads in dem Turboladergehäuse leicht zerstört werden kann. Dies birgt nicht nur die Gefahr einer Beschädigung eines Kraftfahrzeugs in dem der entsprechende Turbolader eingebaut ist, sondern durch herumfliegende Einzelteile kann es auch zu Personenschäden kommen.
Weiterhin offenbart die DE 101 12 764 A1 ein Radialverdichtergehäuse, welches aus thermoplastischem Kunststoff besteht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein Thermoplastgehäuse für den Einsatz als Turboladergehäuse aufgrund einer unzureichenden Stabilität nicht geeignet ist.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Kunststoffverdichtergehäuse bekannt, die zumindest zwei Komponenten umfassen. So offenbart die DE 27 06 110 A1 ein Verdichtergehäuse für Abgasturbolader. Dabei besteht das Verdichtergehäuse aus einem Leichtmetall, ferritischen Werkstoffen oder Kunststoff, wobei zumindest ein Teil einer Wand des Verdichtergehäuses mit einer eingegossenen oder übergeschobenen Verstärkung versehen ist. Nachteilig bei diesem Verdichtergehäuse ist jedoch, daß die Realisierung aus einer Duroplastkomponente und einer Thermoplastkomponente, die insbesondere aus Gewichtsgründen zu bevorzugen ist, nicht möglich ist. So muß ein Duroplastkörper bei hoher Temperatur getempert werden, was eine Verarbeitung zusammen mit einer Thermoplastverstärkung nicht möglich macht. Ein Überschieben einer Thermoplastverstärkung über einen Duroplastkörper führt hingegen nicht zu einer haltbaren Verbindung zwischen den beiden Komponenten.
Weiterhin schlägt die nicht vorveröffentlichte DE 10 2006 010 461 B3 der Anmelderin ein gattungsgemäßes Kunststoffverdichtergehäuse vor, bei welchem ein Duroplastkörper zumindest teilweise durch einen Thermoplastkörper haubenartig bedeckt wird. Obwohl sich dieses Verdichtergehäuse grundsätzlich bewährt hat, hat sich gezeigt, daß die Strukturfestigkeit des Kunststoffverdichtergehäuses unter extremsten Belastungssituationen noch verbessert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das gattungsgemäße Kunststoffverdichtergehäuse derart weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere ein Kunststoffverdichtergehäuse bereitgestellt wird, welches eine verbesserte Strukturfestigkeit aufweist, insbesondere eine Trennung des Thermoplast von dem Duroplastgrundkörper auch bei extremen Belastungsbedingungen verhindert, die sichere Befestigung des Kunststoffverdichtergehäuse an einer Tragstruktur verbessert, eine verbesserte Verbindung des Kunststoffverdichtergehäuses mit einer Fluidleiteinrichtung bereitstellt und/oder eine verbesserte Belastbarkeit hinsichtlich Zug- und/oder Biegekräften aufweist. Ferner soll ein Herstellungsverfahren zur Überwindung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile geliefert werden.
Die das Kunststoffverdichtergehäuse betreffende Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Patentansprüche 2 bis 17 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kunststoffverdichtergehäuses.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Patentanspruch 18.
Die Patentansprüche 19 bis 23 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die Strukturfestigkeit eines Kunststoffverdichtergehäuses, beispielweise eines Turboladergehäuses, dadurch erhöht werden kann, daß ein Thermoplast auf einen Duroplastgrundkörper des Kunststoffverdichtergehäuses aufgebracht, insbesondere aufgespritzt, wird und der Duroplastkörper zumindest ein erstes Verankerungselement umfaßt, welches insbesondere auf einer ersten Oberfläche des Duroplastkörpers ausgebildet ist. Die Umspritzung des ersten Verankerungselements, welches beispielsweise durch ein freies Ende des Duroplastkörpers oder eine auf einer Oberfläche ausgebildete Vertiefung oder einen Oberflächenbereich mit erhöhter Rauhigkeit realisiert sein kann, mit dem Thermoplast bewirkt ein sicheres Halten der Thermoplastkomponente auf dem Duroplastkörper. Dadurch wird die Haftung der beiden Komponenten aneinander erhöht. Insbesondere kann eine Vielzahl erster Verankerungselemente, beispielsweise in Form von Stegen, im Bereich einer Stufe zur Aufnahme einer Verdichtergehäuserückwand ausgeformt sein, wobei die Stege mit Thermoplast umspritzbar sind. Durch die ersten Verankerungselemente wird einerseits erreicht, daß die Ausbildung eines Spalts zwischen dem Duroplastkörper und dem Thermoplast vermieden wird, welcher durch Schwindungseffekte im aufgespritzten Thermoplast entstehen kann. Anderseits wird bei extrem hohen Belastungen, wie sie beispielsweise während eines Containment-Tests auftreten, sichergestellt, daß die Thermoplastkomponente sicher auf dem Duroplastgrundkörper gehalten wird. Weiterhin basiert die Erfindung auf dem überraschenden Grundgedanken, daß die Strukturfestigkeit des Kunststoffverdichtergehäuses, insbesondere bei extremen Belastungen, dadurch gesteigert werden kann, daß das Kunststoffverdichtergehäuse so über ein Befestigungselement an einer Tragstruktur befestigt wird, daß das Befestigungselement mit einem ersten Befestigungsmittel des Duroplastkörpers und alternativ oder ergänzend mit einem zweiten Befestigungsmittel des Thermoplasten in Wechselwirkung tritt. Die Maßnahme kann ergänzend zu der Ausbildung von Verankerungselementen vorgesehen sein oder unabhängig von der Verwendung von Verankerungselementen realisiert sein. So kann das Befestigungselement aus einer Schraube bestehen, wobei es sich insbesondere um eine selbstschneidende Schraube handelt. Diese Schraube wird in ein erstes Befestigungsmittel in Form einer Bohrung in dem Duroplastkörper eingeführt und mittels eines in der Bohrung vorhandenen Gewindes oder durch die Schraube geschnittenen Gewindes mit dem Duroplasten verbunden. Zusätzlich ist in dem Thermoplast ein zweites Befestigungsmittel, beispielsweise in Form einer mit dem ersten Befestigungsmittel fluchtenden Sackbohrung, vorhanden. Durch weitere Einführung des Befestigungselements in das Kunststoffverdichtergehäuse wird das Befestigungselement darüber hinaus durch das zweite Befestigungsmittel mit dem Thermoplasten verbunden. Bei dem zweiten Befestigungsmittel kann es sich auch um thermoplastisches Material handeln, welches in das erste Befestigungsmittel zumindest teilweise hineinragt, beispielsweise um Thermoplast, welches in zumindest eine Aussparung bzw. Nut, die in dem ersten Befestigungsmittel ausgebildet ist bzw. sind, eingebracht wird. Somit wird bei der Befestigung, insbesondere Verschraubung, des Verdichtergehäuses an einer Tragstruktur, wie einem Turbolader, sichergestellt, daß die Befestigung sowohl durch eine Fixierung des Befestigungselements in dem Duroplast als auch dem Thermoplast erreicht wird, insbesondere sich ein Gewinde einer Schraube durch den Duroplasten hindurch in den Thermoplasten schneidet und dort fixiert wird. Die Fixierung des Befestigungselements, insbesondere der Schraube, in dem Thermoplasten dient dazu, daß dieses bei extremen Belastungen und/oder einem zu erwartenden Zerstören bzw. Zerbersten der duroplastischen Komponente weiterhin fest im Thermoplasten verankert bleibt und sich so nicht von dem Verdichtergehäuse trennen kann. Dadurch wird einerseits erreicht, daß das Verdichtergehäuse an der Tragstruktur fixiert bleibt und gleichzeitig wird verhindert, daß das Befestigungselement sich von dem Verdichtergehäuse löst und zu weiteren Zerstörungen bzw. Verletzungen führen kann. Ergänzend oder alternativ zu den beiden zuvor beschriebenen Aspekten basiert die vorliegende Erfindung auf der überraschenden Erkenntnis, daß die Strukturfestigkeit eines Kunststoffverdichtergehäuses auch dadurch gesteigert werden kann, daß in dem Thermoplast zumindest eine erste Versteifungseinrichtung, insbesondere in Form einer auf einer Thermoplastoberfläche ausgebildeten Rippe, und/oder zumindest eine zweite Versteifungseinrichtung in dem Duroplast, insbesondere in Form einer Versteifungsrippe, ausgebildet wird bzw. werden. Bei extrem hohen Belastungen, wie sie beispielsweise bei einem Containment-Test auftreten können, treten vergleichsweise starke Zug- und/oder Biegekräfte, insbesondere in einer radialen Richtung des Kunststoffverdichtergehäuses auf. Um eine Verformung und damit die Gefahr eines Brechens des Kunststoffverdichtergehäuses zu minimieren, kann eine Verrippung in dem duroplastischen Grundkörper vorgesehen sein, wodurch vordergründig eine Steifigkeitserhöhung des duroplastischen Grundkörpers erreicht wird, insbesondere bei einem Betrieb des Turboladers, wobei gleichzeitig aber auch eine Stabilisierung des Kunststoffverdichtergehäuses bei hohen Belastungen erreicht wird. Um eine Verformung des Kunststoffverdichtergehäuses zu minimieren, kann die Thermo plastkomponente ergänzend oder alternativ zu den zuvor beschriebenen Aspekten durch ein U-Profil und/oder zusätzliche Rippen zur Aufnahme der zuvor beschriebenen Kräfte versteift werden. Weiterhin wird erreicht, daß keine (duroplastischen) Bruchstücke vom Inneren des Verdichtergehäuses nach außen austreten können. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß an einer flanschartigen Verlängerung der Thermoplastabdeckung im Bereich einer Verdichtergehäuserückwand eine Vielzahl von Versteifungselementen in Form von Rippen angebracht werden. Diese können sich zum Bereich des Verdichterkanals über die Thermoplastabdeckung erstrecken. Vorzugsweise haben diese Rippen eine Breite von ca. 1 mm und sind in einem Abstand zueinander von ca. 10 mm ausgebildet. Weiterhin können zur Erhöhung einer axialen und/oder radialen Steifigkeit des Kunststoffverdichtergehäuses in einem Bereich zwischen dem Verdichterkanal und einem Luftansaugstutzen Rippen ausgebildet sein, wobei diese vorzugsweise in dem Duroplast ausgebildet sind und mit Thermoplast umspritzt sind. Je nach vorhandenen Platzverhältnissen können auch an weiteren Stellen des Kunststoffverdichtergehäuses Versteigungselemente vorgesehen sein. Schließlich basiert die Erfindung ergänzend oder alternativ zu den vorgenannten Aspekten auf der überraschenden Erkenntnis, daß die Betriebssicherheit eines Turboladers, der das Kunststoffverdichtergehäuse umfaßt, dadurch gesteigert werden kann, daß die Strukturfestigkeit des Turboladersystems gesteigert wird, indem eine Festigkeit einer Verbindung des Kunststoffverdichtergehäuses mit einem Fluidleitelement dadurch erhöht wird, daß nicht nur der Duroplastkörper des Kunststoffverdichtergehäuses von dem Thermoplast überdeckt wird, sondern auch das Fluidleitelement zumindest bereichsweise von dem Thermoplast überdeckt wird. So kann das Kunststoffverdichtergehäuse vorteilhafter Weise im Bereich des Luftaustrittsstutzens mit einem Schalldämpfer, wie einem Ladeluftdämpfer, verbunden werden. Zur Sicherung der Verbindung zwischen dem Kunstverdichtergehäuse und dem Fluidleitelement ist vorgesehen, daß die Thermoplastüberdeckung des Duroplastkörpers sich über den Duroplastkörper hinaus auf das Fluidleitelement erstreckt. Dadurch wird ein Stoffschluß zwischen dem Kunststoffverdichtergehäuse und dem Fluidleitelement erreicht, indem sowohl der Grundkörper als auch das Fluidleitelement mit einer Thermoplasthaube versehen werden, die Thermoplasthaube insbesondere aufgespritzt wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, daß der Grundkörper mit dem ersten Verankerungselement und/oder das Fluidleitelement mit einem zweiten Verankerungselement versehen ist, was eine feste Verbindung des Grundkörpers und des Fluidleitelements mit dem Thermoplast sicherstellt. Insbesondere können Nuten vorgesehen sein, in die der Thermoplast während einer Umspritzung eindringt. Das Fluidleitelement kann dabei aus einem Metall oder einem Kunststoff bestehen, so daß keine Rücksicht mehr auf die Kompatibilität des Materials des Fluidleitelements und des Duroplastkörpers genommen werden muß.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft erläutert ist. Dabei zeigt:
1 eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Kunststoffverdichtergehäuse;
2 eine perspektivische Aufsicht auf das Kunststoffverdichtergehäuse der 1;
3 eine perspektivische Unterseitenansicht des Kunststoffverdichtergehäuses der 1;
4 eine Unterseitenansicht des Kunststoffverdichtergehäuses der 1;
5 eine Seitenansicht des Kunststoffverdichtergehäuses der 1;
6 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A der 4;
7 eine Detailansicht des Ausschnitts B der 6;
8 eine Detailansicht des Ausschnitts C der 6;
9 eine Detailansicht des Ausschnitts D der 6;
10 eine Schnittansicht eines Versteifungselements entlang der Schnittlinie D-D der 1;
11 eine Schnittansicht entlang der Linie E-E der 1; und
12 eine Schnittansicht entlang der Linie F-F der 1.
1 zeigt ein Kunststoffverdichtergehäuse 1, welches insbesondere Bestandteil eines nicht dargestellten Turboladers für eine Brennkraftmaschine ist. Das Kunststoffverdichtergehäuse 1 bildet einen Ansaugstutzen 3, durch den Luft in das Kunststoffverdichtergehäuse 1 eingesaugt wird, in einem umlaufenden Verdichterkanal 5 verdichtet wird und über einen Austrittsstutzen 7 aus dem Kunststoffverdichtergehäuse 1 austritt. Wie später näher erläutert wird, besteht das Kunststoffverdichtergehäuse 1 aus einem Grundkörper 9, der im, wesentlichen ein Duroplast umfaßt, wobei der Grundkörper 9 zumindest bereichsweise durch eine Thermoplasthaube 11 bedeckt ist. Die Thermoplasthaube 11 wird vorzugsweise mittels eines Spritzgießverfahrens auf den Duroplastgrundkörper 9 aufgebracht. Wie aus 1 ersichtlich, überdeckt die Thermoplasthaube 11 im wesentlichen vollständig die Oberseite des Grundkörpers 9, wobei das Kunststoffverdichtergehäuse 1 im Bereich des Austrittsstutzens 7 eine „blanke” Duroplastoberfläche aufweist. Zur Befestigung des Kunststoffverdichtergehäuses 1 an einer Tragstruktur, insbesondere einer Turboladerbasis, weist das Kunststoffverdichtergehäuse 1 Befestigungsmittel 13, 13' auf. Deren Aufbau und Funktionsweise wird später detaillierter erläutert. Weiterhin weist das Kunststoffverdichtergehäuse 1 Versteifungseinrichtungen 15 sowie Versteifungseinrichtungen 17 auf, deren Aufbau später genauer dargestellt wird.
In 2 ist eine perspektivische Ansicht des Kunststoffverdichtergehäuses 1 dargestellt. Insbesondere ist in 2 zu erkennen, daß der Bereich des Ansaugstutzens 3 des Grundkör pers 9 aus Duroplast mit der Thermoplasthaube 11 überdeckt bzw. umspritzt ist. Weiterhin ist aus 2 ersichtlich, daß die Versteifungseinrichtungen 15, 17 im wesentlichen in Form von Versteifungsrippen ausgebildet sind und ein im Bereich des Austrittsstutzens 7 angeordnetes Befestigungsmittel 13' weitere Versteifungseinrichtungen im Form von Versteifungsrippen 19 aufweist.
In 3 ist eine perspektivische Ansicht auf die Unterseite des Kunststoffverdichtergehäuses 1 dargestellt. Insbesondere ist zu erkennen, wie die Thermoplasthaube 11 den Grundkörper 9 haubenartig umschließt. In 3 sind weiterhin erste Verankerungselemente in Form von Stegen 21, die umlaufend auf einer ersten Oberfläche des Grundkörpers 9 verteilt sind, zu erkennen. Diese Stege 21 sind im wesentlichen vollständig durch das Thermoplastmaterial umschlossen, so daß ein sicheres Halten der Thermoplastkomponente auf dem Grundkörper sichergestellt ist. Insbesondere nach einem Aufspritzen des Thermoplastmaterials auf den Grundkörper 9 kann es zu Schwindungseffekten in dem aufgespritzten Thermoplast kommen, so daß Spalten zwischen dem Grundkörper 9 und der Thermoplasthaube 11 entstehen könnten. Diese werden wirksam durch die Stege 21, die auf dem Grundkörper 9 ausgebildet sind und deren zweite Oberfläche im wesentlichen vollständig vom dem Thermoplastmaterial abgedeckt wird, verhindert. So „verkrallt” sich das Thermoplastmaterial an den Stegen 21, so daß eine Schrumpfung des Thermoplastmaterials nicht dazu führt, daß es zu einer Verschiebung oder zumindest bereichsweisen Ablösung des Thermoplastmaterials von dem Grundkörper 9 kommt. Durch diese Verankerungselemente in Form der Stege 21 wird ferner sichergestellt, daß in dem Fall, in dem es zu einer Beschädigung des Duroplastgrundkörpers 9 kommt, die Strukturfestigkeit des Kunststoffverdichtergehäuses 1 nicht beeinträchtigt wird, da die Thermoplasthaube 11 das Kunststoffverdichtergehäuse 1 zusammenhält und durch die feste Verbindung des Grundkörpers 9 mit der Thermoplasthaube 11 sichergestellt ist, daß es nicht zur Herauslösung von Bruchstücken des Grundkörpers 9 aus dem Kunststoffverdichtergehäuse 1 kommt.
In nicht dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Kunststoffverdichtergehäuses 1 sind die Verankerungselemente auch durch in dem Grundkörper 9 ausgebildete Durchbrechungen, Hinterschnitte, Nute, Vertiefungen und/oder oder Oberflächenrauhigkeiten realisiert. Durch diese Elemente kommt es bei einer Umspritzung mit dem Thermoplastmaterial zu einer verbesserten Haftung des Thermoplastmaterials auf dem Grundkörper 9.
In 4 ist eine Aufsicht auf die Unterseite des Kunststoffverdichtergehäuses 1 dargestellt. Wie der 4 zu entnehmen ist, weist der Austrittsstutzen 7 auf seiner Oberfläche eine Riffelung 23 auf. Mittels dieser Riffelung 23 wird sichergestellt, daß ein Herabrutschen eines Fluidrohrs, welches auf den Austrittsstutzen 7 aufgeschoben wird, von dem Austrittsstutzen 7 verhindert wird. Ein derartiges Rohr kann insbesondere über eine nicht dargestellte Rohrschelle an dem Austrittsstutzen 7 befestigt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, die auch unabhängig von der Verwendung von Verankerungselementen ausgeführt werden kann, wird ein Fluidleitelement, wie ein Ladeluftdämpfer für einen Turbolader, an dem Austrittsstutzen 7 dadurch befestigt, daß der Ladeluftdämpfer mit dem Grundkörper 9 an dem Austrittsstutzen 7 verbunden wird, insbesondere indem ein Eingangsrohr des Ladeluftdämpfers auf den Austrittsstutzen 7 aufgeschoben wird. Anstelle einer zusätzlichen Rohrschelle wird dann das Komplettsystem bestehend aus dem Grundkörper 9 und dem Ladeluftdämpfer mit dem Thermoplast zur Ausbildung der Thermoplasthaube 11 umspritzt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, daß sowohl im Bereich des Austrittsstutzens 7 erste Verankerungselemente als auch im Bereich des Ladeluftdämpfers auf einer zweiten Oberfläche weitere zweite Verankerungselemente ausgebildet sind. Das Thermoplastmaterial erstreckt sich zumindest bereichsweise bis auf die Oberfläche des Ladeluftdämpfers. Dadurch wird erreicht, daß der Ladeluftdämpfer über das Thermoplastmaterial sicher an dem Kunststoffverdichtergehäuse 1, insbesondere an dem Grundkörper 9 befestigt wird. Die ersten und zweiten Verankerungselemente können insbesondere in Form von Nuten ausgebildet sein, in die das Thermoplastmaterial bei einer Umspritzung eintritt.
In 5 ist eine Seitenansicht des Kunststoffverdichtergehäuses 1 dargestellt. Insbesondere aus 5 ist die Anordnung der Versteifungsrippen 19 im Bereich des Befestigungsmittels 13' zu erkennen.
In 6 ist eine Querschnittsansicht des Kunststoffverdichtergehäuses 1 entlang des Schnittes A-A in 4 dargestellt. Aus 6 ist insbesondere ersichtlich, wie die Thermoplasthaube 11 den Duroplastgrundkörper 9 umschließt bzw. bedeckt. Weiterhin sind aus 6 erste Verankerungselemente in Form der Stege 21, aber auch eines Hinterschnitts 25 zu erkennen. Anhand der 7 bis 9, die Detailansichten B bis D der 6 darstellen, wird nun die Befestigung der Thermoplasthaube 11 an dem Duroplastgrundkörper 9 erläutert. Wie aus 7, die eine Detailansicht des Ausschnitts B der 6 ist, zu erkennen ist, überdeckt die Thermoplasthaube 11 den Duroplastgrundkörper 9. Um ein Ablösen der Thermoplasthaube 11 von dem Duroplastgrundkörper 9 zu verhindern, insbesondere unter extremen Belastungsbedingen, wie einem Containment-Test, weist der Grundkörper 9 auf seiner Oberfläche ein Verankerungselement in Form eines Hinterschnitts 25 auf. Wie aus 7 zu ersehen ist, überdeckt das Thermoplastmaterial den Hinterschnitt 25 im wesentlichen vollständig. Dadurch wird die Thermoplasthaube an dem Duroplastgrundkörper 9 verankert, insbesondere verhindert, daß sich die Thermoplasthaube 11 in der 7 nach oben von dem Grundkörper 9 ablösen kann.
Weiterhin ist der 7 der Aufbau des Befestigungsmittels 13 zu entnehmen. Das Befestigungsmittel 13 umfaßt ein erstes Befestigungsmittel in Form einer in dem Duroplastgrundkörper 9 ausgebildeten Bohrung 27. Weiterhin ist in der Thermoplasthaube 11 ein zweites Befestigungsmittel in Form eines Sacklochs 29 ausgebildet. Zur Befestigung des Kunststoffverdichtergehäuses 1 an einer Tragestruktur, wie einer Basis eines Turboladers, wird eine Schraube in das Befestigungsmittel 13 eingeschraubt. Dabei kann vorgesehen sein, daß sowohl in der Bohrung 27 als auch dem Sackloch 29 bereits ein Gewinde ausgebildet ist, alternativ kann auch eine selbstschneidende Schraube verwendet werden, die in der Bohrung 27 und dem Sackloch 29 ein entsprechendes Gewinde ausbildet. Durch diese Verschraubung des Verdichtergehäuses an dem Turbolader wird die Schraube sowohl in dem Duroplastgrundkörper 9 als auch der Thermoplasthaube 11 fixiert. Die Fixierung des Befestigungselements in Form der Schraube in den Thermoplasten dient dazu, daß diese bei einer Veränderung der Festigkeit des Duroplastgrundkörpers 9, beispielsweise während eines Containment-Tests, in dem Thermoplast fixiert bleibt und sich somit das Kunststoffverdichtergehäuse nicht von dem Turbolader lösen kann als auch verhindert wird, daß sich die Schraube von dem Verdichtergehäuse 1 lösen kann und so zu Beschädigungen führen kann.
In 8 ist eine Detailansicht des Ausschnitts C der 6 dargestellt. Aus 8 ist einerseits ersichtlich, daß die Versteifungseinrichtung 15 im wesentlichen vollständig in dem Thermoplastkörper bzw. der Thermoplasthaube 11 ausgebildet ist. Weiterhin ist aus 8 ersichtlich, wie die Thermoplasthaube 11 den Steg 21, der auf der Oberfläche des Duroplastgrundkörpers 9 ausgebildet ist, im wesentlichen vollständig umschließt. Somit wird die Thermoplasthaube 11 an dem Duroplastgrundkörper 9 verankert. Weiterhin ist aus 8 ersichtlich, daß der Steg 21 in einem Anbringungsbereich 31 für ein nicht dargestelltes Verdichtergehäuseelement, wie eine Verdichterrückwand, angeordnet ist. Im Anbringungsbereich 31 weist der Duroplastgrundkörper 9 insbesondere eine stufenförmige Kontur auf. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann sich die Thermoplasthaube 11 über den Anbringungsbereich 31 hinaus erstrecken, um ein Einrasten der Verdichterrückwand in einem Zwischenraum zu erreichen. Schließlich verdeutlichen die 6 und 8, daß die Versteifungseinrichtung 15 zwischen einer ersten Verdichtergehäuseeinrichtung in Form des Verdichterkanals 5 und einer zweiten Verdichtergehäuseeinrichtung in Form des Anbringungsbereichs 31 angeordnet ist.
9 zeigt eine Detailansicht des Ausschnitts D der 6. Aus 9 ist ersichtlich wie das Thermoplast in Form der Thermoplasthaube 11 ein Ende des Grundkörpers 9 im Bereich des Ansaugstutzens 3 umschließt. Dadurch wird eine Fixierung der Thermoplasthaube 11 auf dem Duroplastgrundkörper 9 verstärkt.
In 10 ist eine Schnittansicht entlang der Linien D-D der 1 dargestellt. Aus 10 ist insbesondere der Aufbau der Versteifungseinrichtung 17, die zwischen einer ersten Verdichtergehäuseeinrichtung in Form des Ansaugstutzens 3 und einer zweiten Verdichtergehäuseeinrichtung in Form des Verdichterkanals 5 angeordnet ist, ersichtlich. Wie 10 zu entnehmen ist, ist die in der Thermoplasthaube 11 ausgebildete Versteifungseinrichtung 17 in Form einer Rippe dadurch ausgebildet, daß eine Rippe in dem Grundkörper 9 ausgebildet wird, die mit dem Thermoplastmaterial umspritzt wird. Somit wird die Versteifungseinrichtung 17 im Gegensatz zu der in 8 dargestellten Versteifungseinrichtung 15, die ausschließlich durch das Thermoplastmaterial gebildet wird, sowohl durch das Duroplastmaterial als auch das Thermoplastmaterial gebildet.
In 11 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie E-E der 1 dargestellt, während in 12 eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie F-F der 1 dargestellt ist. Wie sich aus einem Vergleich der 11 und 12 ergibt, ist die Versteifungseinrichtung 15 im wesentlichen durch das Thermoplastmaterial gebildet, während die Versteifungseinrichtung 17 im wesentlich durch den Duroplastkörper 9 und durch eine Umspritzung mit der Thermoplasthaube 11 gebildet ist. Bei extremen Belastungen, wie einem Containment-Test kommt es durch die auftretenden Kräfte zu einer Verformung der Thermoplasthaube 11 in einer radialen Richtung. Um eine derartige Verformung, die die Funktionsfähigkeit eines Turboladers beeinträchtigen könnte, zu minimieren, wird die Thermoplastkomponente 11 durch ein U-Profil 33, wie aus 12 ersichtlich, verstärkt. Weiterhin wird die Thermoplastkomponente durch die Versteifungseinrichtung 15 in Form von zusätzlichen Rippen gegen entsprechende auftretende Lasten versteift, um insbesondere sicherzustellen, daß bei einer Störung oder einem Brechen des Grundkörpers 9 duroplastische Bruchstücke nicht vom Inneren des Verdichtergehäuse nach Außen austreten können. Die Versteifungseinrichtung 17 sind insbesondere vorgesehen, um eine axiale und/oder radiale Steifigkeit des Kunststoffverdichtergehäuses 1 im Bereich zwischen dem Verdichterkanal 5 und dem Luftansaugstutzen 3 zu erhöhen. Auch hier dient die Umspritzung mit dem Thermoplastmaterial 11 dazu, bei einem Brechen des Duroplastkörpers 9 ein Austreten von Duroplaststücken aus dem Kunststoffverdichtergehäuse zu vermeiden.
Die Versteifungseinrichtungen 15 haben insbesondere eine Breite von ca. 1 mm und sind in einem Abstand zueinander von ca. 10 mm ausgeformt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

1: Kunststoffverdichtergehäuse
3: Ansaugstutzen
5: Verdichterkanal
7: Austrittsstutzen
9: Grundkörper
11: Thermoplasthaube
13, 13': Befestigungsmittel
15: Versteifungseinrichtung
17: Versteifungseinrichtung
19: Versteifungsrippe
21: Steg
23: Riffelung
25: Hinterschitt
27: Bohrung
29: Sackloch
31: Anbringungsbereich
33: U-Profil

Claims

Kunststoffverdichtergehäuse (1), insbesondere Radialverdichtergehäuse, vorzugsweise für einen Turbolader, mit zumindest einem Duroplastkörper (9) zur Bereitstellung von einem Ansaugstutzen (3), einem Verdichterkanal (5) und einem Austrittsstutzen (7), wobei ein Thermoplast (11) zumindest teilweise den Duroplastkörper (9) haubenartig überdeckt, der Duroplastkörper als Grundkörper (9) ausgeformt ist und der Thermoplast (11) auf dem Grundkörper (9) aufgespritzt ist, und wobei auf zumindest einer ersten Oberfläche des Duroplastkörpers (9) zumindest ein erstes Verankerungselement (21) ausgebildet ist, wobei zumindest eine zweite Oberfläche des ersten Verankerungselements (21, 25) im wesentlichen vollständig mit dem Thermoplast (11) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verankerungselement zumindest eine Vertiefung, wie zumindest einen Hinterschnitt (25) und/oder zumindest eine Nut, zumindest einen Oberflächenbereich (23) mit einer im Vergleich zu der im wesentlichen restlichen ersten und/oder zweiten Oberfläche erhöhten Oberflächenrauhigkeit und/oder zumindest eine Durchbrechung der ersten und/oder zweiten Oberfläche umfaßt.
Kunststoffverdichtergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verankerungselement ferner zumindest eine Erhebung, wie zumindest einen Steg (21), umfaßt.
Kunststoffverdichtergehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Endkante des Duroplastkörpers (9) zumindest bereichsweise von dem Thermoplast (11) umgeben, insbesondere mit dem Thermoplast (11) umspritzt, ist, insbesondere der Duroplastkörper (9) sich im Bereich der Endkante, vorzugsweise des Ansaugstutzens (3) und/oder Austrittsstutzens (7), zum freien Ende hin verjüngt, vorzugsweise durch Materialeinsparung an zumindest einer Innenwand, und das Thermoplast (11) mit einer Verlängerung die Endkante umgreift.
Kunststoffverdichtergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Duroplastkörper (9) zumindest im Bereich des Ansaugstutzens (3) und/oder des Verdichterkanals (5) im wesentlichen vollflächig von dem Thermoplast (11) überdeckt ist.
Kunststoffverdichtergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein mit dem Ansaugstutzen (3), dem Verdichterkanal (5) und/oder dem Austrittsstutzen (7) verbindbares Fluidleitelement, insbesondere umfassend zumindest ein Fluidfilterelement, zumindest ein Leitungselement, wie ein Fluidrohr, und/oder zumindest ein Dämpfungselement, wie einen Ladeluftdämpfer, zumindest bereichsweise von dem Thermoplast (11) überdeckt ist, wobei vorzugsweise auf zumindest einer, insbesondere von dem Thermoplast (11) zumindest bereichsweise überdeckten, dritten Oberfläche des Fluidleitelements zumindest ein zweites Verankerungselement ausgebildet ist und/oder zumindest eine, insbesondere von dem Thermoplast zumindest bereichsweise überdeckte, Oberfläche des Ansaugstutzens (3), des Verdichterkanals (5) und/oder des Austrittsstutzens (7) die erste Oberfläche bildet.
Kunststoffverdichtergehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verankerungselement zumindest eine Vertiefung, wie zumindest einen Hinterschnitt und/oder zumindest eine Nut, zumindest eine Erhebung, wie zumindest einen Steg, zumindest einen Oberflächenbereich mit einer im Vergleich zu der im wesentlichen restlichen dritten Oberfläche erhöhten Oberflächenrauhigkeit und/oder zumindest eine Durchbrechung der dritten Oberfläche umfaßt.
Kunststoffverdichtergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (25) und/oder die Durchbrechung des ersten Verankerungselements und/oder des zweiten Verankerungselements im wesentlichen vollständig mit dem Thermoplast (11) aufgefüllt ist, der Steg (21) des ersten Verankerungselements und/oder des zweiten Verankerungselements im wesentlichen allseitig von dem Thermoplast bedeckt ist und/oder der Oberflächenbereich des ersten Verankerungselements und/oder des zweiten Verankerungselements im wesentlichen vollständig von dem Thermoplast bedeckt ist.
Kunststoffverdichtergehäuse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidleitelement zumindest bereichsweise einen Kunststoff und/oder ein Metall umfaßt.
Kunststoffverdichtergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Duroplastkörper (9), vorzugsweise zur Anbringung, insbesondere zur zumindest bereichsweisen Aufnahme, zumindest eines weiteren Verdichtergehäuseelements, wie einer Verdichtergehäuserückwand, das vorzugsweise zumindest bereichsweise ein Metall umfaßt, zumindest einen Anbringungsbereich (31) mit einer angepaßten, insbesondere stufenartigen, Konturform aufweist, wobei insbesondere zumindest eine Oberfläche des Anbringungsbereichs (31) und/oder zumindest eine Oberfläche benachbart zu dem Anbringungsbereich (31) die erste Oberfläche bildet.
Kunststoffverdichtergehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Thermoplast (11), insbesondere zur Bereitstellung zumindest einer Dichtlippe, über den Anbringungsbereich (31), vorzugsweise die stufenartige Konturform, des Duroplastkörpers (9) mit einer Verlängerung hinaus erstreckt, wobei insbesondere das Verdichtergehäuseelement zwischen dem Anbringungsbereich (31) des Duroplastkörpers (9) und der Verlängerung des Thermoplast (11) einrastbar ist.
Kunststoffverdichtergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest ein in dem Duroplastkörper (9) ausgebildetes erstes Befestigungsmittel (27), wobei zumindest ein Befestigungselement mit dem ersten Befestigungsmittel (27) in Wechselwirkung bringbar ist, insbesondere mit dem ersten Befestigungsmittel (27) verbindbar ist, und ein mit dem Befestigungselement in Wechselwirkung bringbares, insbesondere mit dem Befestigungselement verbindbares, und in dem Thermoplast (11) ausgebildetes zweites Befestigungsmittel (29).
Kunststoffverdichtergehäuse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffverdichtergehäuse (1) mittels des Befestigungselementes an zumindest einer Tragstruktur befestigbar ist, wobei insbesondere bei einer Reduzierung der Wechselwirkung, insbesondere der Verbindungskraft, zwischen dem ersten Befestigungsmittel (27) und dem Befestigungselement, insbesondere einer Veränderung einer Festigkeit, vorzugsweise einer Strukturfestigkeit, einer Konsistenz und/oder einer Substanz des Duroplastkörpers (9), insbesondere im Bereich des ersten Befestigungsmittels (27), eine zumindest teilweise Befestigung des Thermoplasten (11) und/oder des Kunststoffverdichtergehäuses (1) an der Tragstruktur sichergestellt ist.
Kunststoffverdichtergehäuse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Befestigungsmittel zumindest eine erste Öffnung (27) und/oder eine erste Halterung in dem Duroplastkörper (9) umfaßt und das zweite Befestigungsmittel eine zweite, insbesondere mit der ersten Öffnung (27) fluchtende, zweite Öffnung (29) und/oder zweite Halterung in dem Thermoplast (11) umfaßt, insbesondere das Befestigungselement in die erste Öffnung (27) und die zweite Öffnung (29) zumindest bereichsweise einbringbar ist, wobei insbesondere die erste und/oder die zweite Öffnung und/oder die erste und/oder die zweite Halterung zumindest eine Bohrung (27), zumindest ein Loch, zumindest ein Sackloch (29) und/oder zumindest ein Gewinde umfaßt bzw. umfassen und/oder das Befestigungselement zumindest eine Nietverbindung, Schraubverbindung und/oder Klipsverbindung umfaßt, wobei vorzugsweise das Gewinde durch Verbindung des Befestigungselements, insbesondere in Form einer selbstschneidenden Schraube, ausbildbar ist.
Kunststoffverdichtergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Thermoplast (11) zumindest eine erste Versteifungseinrichtung (15), insbesondere in Form einer ersten Versteifungsrippe, und/oder in dem Duroplastkörper (9) zumindest eine zweite Versteifungseinrichtung (17), insbesondere in Form zumindest ei ner zweiten Versteifungsrippe, vorzugsweise auf zumindest einer Oberfläche, insbesondere der ersten Oberfläche des Duroplastkörpers (9) und/oder auf zumindest einer Oberfläche des Thermoplasts (11) ausgebildet ist, wobei die erste Versteifungseinrichtung (17) vorzugsweise durch Überdeckung der zweiten Versteifungseinrichtung mit dem Thermoplast (11) gebildet ist.
Kunststoffverdichtergehäuse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine erste Versteifungseinrichtung (15, 19) und/oder zumindest eine zweite Versteifungseinrichtung (17) mit zumindest einer ersten Verdichtergehäuseeinrichtung und/oder zumindest einer zweiten Verdichtergehäuseeiririchtung verbunden ist bzw. sind, insbesondere zwischen der ersten und zweiten Verdichtergehäuseeinrichtung ausgebildet ist, wobei die erste Verdichtergehäuseeinrichtung und/oder die zweite Verdichtergehäuseeinrichtung insbesondere den Ansaugstutzen (3), den Verdichterkanal (5), den Austrittsstutzen (7), das erste Verankerungselement (21, 25), die Endkante des Duroplastkörpers (9), den Abringungsbereich (31), die Dichtlippe, das erste Befestigungsmittel (27), das zweite Befestigungsmittel (29) und/oder das zweite Verankerungselement umfaßt bzw. umfassen.
Kunststoffverdichtergehäuse nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine geometrische Abmessung, insbesondere eine Breite und/oder eine Höhe, zumindest einer ersten Versteifungseinrichtung (15, 19) und/oder zumindest einer zweiten Versteifungseinrichtung (17) von 0,2 mm bis 5 mm, bevorzugter 0,5 mm bis 2,5 mm, noch bevorzugter von 0,75 mm bis 2 mm und am bevorzugtesten von 0,8 mm bis 1,2 mm beträgt und/oder zumindest zwei erste Versteifungseinrichtungen, zumindest zwei zweite Versteifungseinrichtungen und/oder zumindest eine erste Versteifungseinrichtung und zumindest eine zweite Versteifungseinrichtung einen Abstand von ca. 3 mm bis 20 mm, bevorzugter von 5 mm bis 15 mm, noch bevorzugter von 7,5 bis 12,5 mm, am bevorzugtesten von 9 mm bis 11 mm aufweisen.
Kunststoffverdichtergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von ersten Verankerungselementen (21, 25), zweiten Verankerungselementen, ersten Befestigungsmitteln (27), zweiten Befestigungsmitteln (29), Befestigungselementen, ersten Versteifungseinrichtungen (15, 19) und/oder zweiten Versteifungseinrichtungen (17).
Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffverdichtergehäuses nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (9) und das erste Verankerungselement (21, 25) einteilig hergestellt werden, vorzugsweise in einem Spritzverfahren, insbesondere in einem Spritzgießverfahren.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast (11) in einem Spritzgießverfahren aufgespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (9) vor Aufbringung, insbesondere Aufspitzung, des Thermoplasts (11) mit zumindest einem Fluidleitelement verbunden wird und sowohl der Grundkörper (9) zumindest bereichsweise als auch das Fluidleitelement zumindest bereichsweise mit dem Thermoplast (11) überdeckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast (11) zusätzlich zumindest bereichsweise auf dem Grundkörper (9) und/oder dem Fluidleitelement aufgeklipst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Thermoplast (11) ein hochzähes Thermoplast ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwei-Komponenten-Kunststoffverdichtergehäuse (1) für einen Turbolader hergestellt wird.