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Die
Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse für einen
Abgasturbolader eines Antriebsaggregats, mit wenigstens einem Spiralkanal,
welcher mit einem Abgastrakt des Antriebaggregats koppelbar ist,
und mit einem Aufnahmeraum für ein stromabwärts
des wenigstens einen Spiralkanals anordenbares, mit Abgas beaufschlagbares
Turbinenrad, welches um eine Drehachse drehbar in dem Turbinengehäuse aufnehmbar
ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
eines solchen Turbinengehäuses.
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Ein
derartiges Turbinengehäuse ist aus der
DE 10 2005 027 080 A1 bekannt.
Das Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader
einer Verbrennungskraftmaschine weist hierbei einen Spiralkanal auf,
welcher mit einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine koppelbar
ist. Stromabwärts des Spiralkanals ist ein Turbinenrad
angeordnet, welches um eine Drehachse drehbar in dem Turbinengehäuse
aufgenommen ist.
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Bei
einem derartigen Turbinengehäuse kann es vergleichsweise
lange dauern, bis aus dem Turbinengehäuse austretendes
Abgas eine dem Turbinengehäuse nachgeschaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung
so weit aufgeheizt hat, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung
vergleichsweise wirkungsvoll betreibbar ist.
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Durch
die fortwährende Verschärfung von Emissionsgrenzwerten,
insbesondere für Stickoxide und Ruß, steigen auch
die Anforderungen an Abgasturbolader bzw. an aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen.
So ergeben sich beispielsweise wachsende Anforderungen hinsichtlich
der Ladedruckbereitstellung über mittlere bis hohe Lastanforderungsbereiche
der Verbrennungskraftmaschine, wodurch Abgasturbolader geometrisch
zunehmend verkleinert werden müssen. Geforderte hohe Turbinenleistungen
von Abgasturboladern werden mit anderen Worten durch eine Steigerung
der Aufstaufähigkeit bzw. durch eine Verringerung der Schluckfähigkeit
des Abgasturboladers im Zusammenspiel mit der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine
realisiert. Um hierbei einer Verringerung des Wirkungsgrads der
Turbine entgegenzuwirken, hat sich das Vorsehen eines Leitgitters
in dem Übertrittsbereich zwischen dem wenigstens einen
Spiralkanal und dem Turbinenrad als vorteilhaft erwiesen.
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Eine
weitere Beeinflussung der Leistungsfähigkeit eines Abgasturboladers
ergibt sich durch im Abgastrakt stromabwärts der Turbine
angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtungen, welche einen Partikelfilter,
einen Katalysator und/oder ein SCR-System umfassen können
(SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion). Derartige
Abgasnachbehandlungseinrichtungen führen zu einer Druckerhöhung
auf einer Austrittsseite des Turbinengehäuses bzw. des
Abgasturboladers. Um ein zum Bereitstellen einer zufriedenstellenden Leistung
des Abgasturboladers ausreichendes Turbinendruckgefälle
zu erhalten, muss auch der Druck stromaufwärts der Turbine
erhöht werden. Als Turbinendruckgefälle ist hierbei
der Quotient des Drucks vor der Turbine und des Drucks nach der
Turbine ermittelbar.
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Ein
Auslegen der Turbinengröße zu besonders kleinen
Werten kann hier zwar die Leistungsanforderung der Verdichterseite
des Abgasturboladers befriedigen, geht jedoch mit geringeren Wirkungsgraden
der Turbine einher. Eine gewisse Verbesserung, insbesondere für
Verbrennungskraftmaschinen mit Abgasrückführsystemen,
bieten hierbei aus dem Stand der Technik bekannte Abgasturbolader,
deren Turbinengehäuse zwei unabhängig voneinander
mit Abgas durchströmbare und üblicherweise asymmetrisch
ausgebildete Spiralkanäle umfassen. Die Spiralkanäle
sind jeweils mit unterschiedlichen Abgassträngen des Abgastrakts
der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt. Jedoch haben auch hier
die Spiralkanäle derartiger Turbinengehäuse mittlerweile
Spiralengrößen erreicht, die durch Wandreibung
und aufgrund der kleinen Abmessungen zu sehr hohen Strömungsverlusten
führen. Zudem bestehen bezüglich der Abgasrückführfähigkeit
in Verbindung mit der erforderlichen Verbrennungsluft der Verbrennungskraftmaschine
besonders im unteren bis mittleren Drehzahlbereich gewisse Probleme.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Turbinengehäuse
der eingangs genannten Art zu schaffen, welches zum vergleichsweise
raschen Einstellen einer effizienten Betriebstemperatur einer stromabwärts
des Turbinengehäuses angeordneten Abgasbehandlungseinrichtung
geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Turbinengehäuse mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe
durch ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Turbinengehäuse für einen
Abgasturbolader eines Antriebsaggregats umfasst wenigstens einen
Spiralkanal, welcher mit einem Abgastrakt des Antriebsaggregats
koppelbar ist. Des Weiteren weist das Turbinengehäuse einen
Aufnahmeraum für ein stromabwärts des wenigstens
einen Spiralkanals anordenbares, mit Abgas beaufschlagbares Turbinenrad
auf, wobei das Turbinenrad um eine Drehachse drehbar in dem Turbinengehäuse
aufnehmbar ist. Hierbei weist der wenigstens eine Spiralkanal ein
von dem Abgas durchströmbares Innenteil auf, wobei zwischen
einer Außenschale des wenigstens einen Spiralkanals und
dem Innenteil zumindest bereichsweise ein thermisch isolierender Spalt
ausgebildet ist. Durch die thermisch isolierende Wirkung des Spalts
ist ein verringerter Wärmeübergang von dem Abgas
auf das Turbinengehäuse gegeben. Somit weist aus dem Turbinengehäuse
austretendes Abgas bereits zu Beginn einer Inbetriebnahme der Turbine
eine vergleichsweise hohe Temperatur auf.
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Bei
einem aus dem Stand der Technik bekannten Turbinengehäuse
erfolgt demgegenüber zu Beginn einer Inbetriebnahme der
Turbine zunächst ein beträchtlicher Wärmeübergang
vom Abgas auf den wenigstens einen Spiralkanal. Das aus dem Turbinengehäuse
austretende Abgas weist hier somit insbesondere zu Beginn der Inbetriebnahme
der Turbine eine vergleichsweise niedrige Temperatur auf.
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Bei
dem das Innenteil aufweisenden Turbinengehäuse ist hingegen
eine zum Behandeln von Abgas besonders geeignete Betriebstemperatur
einer dem Turbinengehäuse nachgeschalteten Abgasbehandlungseinrichtung
aufgrund der geringen Wärmeabgabe des Abgases an das Innenteil
vergleichsweise schnell erreichbar. Somit ist vergleichsweise rasch
eine besonders wirkungsvolle Abgasnachbehandlung von Abgas einer
mit dem Turbinengehäuse koppelbaren Verbrennungskraftmaschine
ermöglicht.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Innenteil
zumindest bereichsweise aus einem, insbesondere eine geringere Wandstärke als
die Außenschale aufweisenden, Blech gebildet. Ein solches,
insbesondere im Vergleich zu der Außenschale dünnes,
Blech weist eine deutlich geringere Wärmekapazität
auf als die Außenschale, welche üblicherweise
als Sandgussteil ausgebildet ist. Die glatte, geringe Rautiefen
aufweisende Oberfläche des Blechs sorgt des Weiteren für
besonders geringe Strömungsverluste des Abgases, wenn dieses
das Innenteil durchströmt. Dies gilt insbesondere, wenn das
Blech mittels eines Tiefziehverfahrens geformt ist. Da die Außenschale
nicht der Strömungsführung des Abgases dient,
kann sie besonders kostengünstig, etwa als Graugussteil
oder Eisengussteil, gefertigt sein. Als weitere kostengünstige
Alternative kann für die Außenschale auch eine
Aluminiumlegierung zum Einsatz kommen. Es kann ein formschlüssiges Verbinden
von Außenschale und Innenteil vorgesehen sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die
Außenschale wenigstens eine mit dem Spalt in Verbindung
stehende Durchtrittsöffnung auf. Dadurch ist es ermöglicht,
den thermisch isolierenden Spalt mittels eines Gießverfahrens
auszubilden, wobei das Innenteil mittels eines Eingießverfahrens
mit dem Spiralkanal verbindbar ist. Über die wenigstens
eine Durchtrittsöffnung ist anschließend ein verlorener
Gusskern entfernbar.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Innenteil wenigstens
ein mit dem Turbinengehäuse verbundenes Verankerungsteil
umfasst. Insbesondere beim Verbinden des Innenteils mit dem Turbinengehäuse
mittels des Eingießverfahrens, aber auch beim formschlüssigen
Verbinden von Außenschale und Innenteil, sorgt das Verankerungsteil für
ein besonders sicheres Festlegen des Innenteils an dem Spiralkanal.
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In
einem Übertrittsbereich zwischen dem Innenteil und dem
Aufnahmeraum für das Turbinenrad kann ein Leitgitter angeordnet
sein. Durch das Vorsehen eines Leitgitters ist es ermöglicht,
den Spiralkanal und damit einhergehend das Innenteil vergleichsweise
groß auszulegen, wobei durch einen vergleichsweise großen
durchströmbaren Querschnitt des Innenteils besonders geringe
Strömungsverluste des Abgases infolge der Wandreibung gegeben
sind. Durch das Leitgitter wird anschließend in dem Übertrittsbereich
zu dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad der Abgasstrom
auf sehr kurzem Wege sehr stark beschleunigt. Dies sorgt für
ein besonders effizientes Anströmen des Turbinenrads und
somit zu einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad der Turbine.
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Gleichzeitig
weist in Folge des Vorsehens des Leitgitters der Spiralkanal eine
Aufstaufähigkeit auf, welche ein Rückführen
von Abgas aus dem mit dem Spiralkanal gekoppelten Abgastrakt in
einen Ladelufttrakt ermöglicht. Das Leitgitter kann insbesondere
durch Eingießen und/oder Verschweißen gasdicht
mit dem Turbinengehäuse verbunden sein. Dadurch ist sichergestellt,
dass temperaturbedingt unterschiedliche Ausdehnungen von Bauteilen
des Turbinengehäuses und/oder Fertigungstoleranzen nicht zum
Ausbilden von Leckageöffnungen führen, welche
den Wirkungsgrad der Turbine erheblich beeinträchtigen
können. Innenteil und Leitgitter können formschlüssig
miteinander verbunden sein.
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Des
Weiteren hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Innenteil
zumindest bereichsweise einstückig mit dem Leitgitter ausgebildet
ist. Dadurch ist ein besonders gasdichter Verbund von Leitgitter und
Innenteil erreichbar. Des Weiteren ist es hierbei möglich,
das einstückig vorgefertigte Teil vor dem Verbinden mit
dem Turbinengehäuse nachzubearbeiten, um es so innerhalb
vorgegebener, aufgrund thermodynamischer Bedingungen einzuhaltender
Toleranzen zu halten. Bei einer derartigen Nachbearbeitung kann
insbesondere ein spanabtragendes Verfahren zum Einsatz kommen. Insbesondere
durch ein derartiges, präzises Nachbearbeiten ist ein Durchströmtwerden
des Turbinengehäuses mit Abgas mit vergleichsweise geringen
Strömungsverlusten und folglich mit besonders hohem Wirkungsgrad erreichbar.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Turbinengehäuses
weist der Spiralkanal zumindest eine Zwischenwandung auf, mittels welcher
in dem Innenteil wenigstens zwei zumindest bereichsweise unabhängig
voneinander durchströmbare Fluten voneinander abgegrenzt
sind. Eine solche zweiflutige Turbine ermöglicht ein voneinander unabhängiges
Nutzen der durchströmbaren Fluten. So kann eine der Fluten
einer Abgasrückführeinrichtung zugeordnet sein,
wobei diese Flut eine größere Aufstaufähigkeit
aufweist als die benachbarte Flut. Die benachbarte Flut bietet sich
dann zum Vorsehen einer Vario-Einrichtung, beispielsweise eines
axial verschiebbaren Leitgitters, an, so dass über einen besonders
hohen Drehzahlbereich das als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten
Antriebsaggregats eine hohe Leistungsfähigkeit des Abgasturboladers
besteht. In alternativen Ausführungsformen können
auch mehr als zwei Zwischenwände vorgesehen sein, mittels
derer dann mehr als zwei Fluten voneinander abgegrenzt sind.
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Die
Zwischenwandung kann zumindest bereichsweise aus einem Gussteil
gebildet sein, welches mit dem Innenteil verbunden, insbesondere gasdicht
verschweißt, ist. Dadurch ist ein die Zwischenwandung und
das Innenteil umfassendes Integralteil bereitstellbar, welches anschließend,
insbesondere durch Verschweißen oder Eingießen,
mit dem Spiralkanal verbindbar ist. Ist die Zwischenwandung formschlüssig
mit dem Innenteil verbunden, so können mechanische Spannungen
in der Zwischenwandung durch ein Gleiten derselben im Lagerbereich
abgebaut werden.
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Insbesondere
kann die Zwischenwandung zumindest bereichsweise einstückig
mit dem in dem Übertrittsbereich zwischen dem Innenteil
und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad angeordneten Leitgitter
ausgebildet sein. Hierbei kann die Zwischenwandung zusammen mit
dem Leitgitter als Gussteil, insbesondere Feingussteil oder Genaugussteil,
als weiteres Integralteil ausgebildet sein. Dies ermöglicht
ein besonders präzises Fertigen und/oder Nachbearbeiten
dieses weiteren Integralteils.
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Insbesondere
kann das Leitgitter einstückig mit der Zwischenwandung
als Feingussteil oder Genaugussteil aus einem Stahlgusswerkstoff
gebildet sein. Dieses Feingussteil oder Genaugussteil ist mit dem
Innenteil, insbesondere stoffschlüssig, alternativ jedoch
auch formschlüssig, verbindbar. Anschließend kann
das mit dem Feingussteil oder Genaugussteil verbundene Innenteil
an dem Spiralkanal festgelegt werden. Zum stoffschlüssigen
Verbinden des Innenteils mit dem, insbesondere die Zwischenwandung
umfassenden, Feingussteil oder Genaugussteil kann ein automatisches
Schweißverfahren, insbesondere ein Laser- oder Elektronenstrahl-Schweißverfahren,
zum Einsatz kommen.
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Des
Weiteren ist es vorstellbar, die Verbindung von Innenteil und Spiralkanal über
ein Eingießen des Leitgitters in ein den Spiralkanal umfassendes
Turbinengehäuseteil zu erreichen. Das Festlegen des Innenteils
an dem Turbinengehäuseteil kann dann sowohl stoffschlüssig
als auch unter Ausbildung eines Kraftschlusses und/oder eines Formschlusses erfolgen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Innenteil zweiteilig ausgebildet, wobei eine erste Innenteilschale
an einer zweiten Innenteilschale festgelegt, insbesondere gasdicht
verschweißt, ist. Ein derartiges Innenteil ist vergleichsweise
einfach herstellbar und ermöglicht insbesondere ein einfaches
Anbinden der Zwischenwandung und/oder des Leitgitters an eine der
Innenteilschalen. Anschließend kann durch Verschweißen
der Innenteilschalen ein das Innenteil umfassendes, gasdichtes Integralteil
bereitgestellt werden. Alternativ können die Innenteilschalen
formschlüssig verbunden sein. Ebenso kann das Innenteil
formschlüssig mit dem Spiralkanal verbunden sein.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Innenteil, insbesondere
unter Einbindung wenigstens eines Verankerungsteils, durch Eingießen
mit dem Spiralkanal verbunden ist. Ein derartiges Verbinden des
Innenteils mit dem Spiralkanal ermöglicht ein besonders
genaues Positionieren des Innenteils gegenüber dem Spiralkanal.
Des Weiteren ist so eine gasdichte Verbindung von Innenteil und Spiralkanal
erreichbar.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Innenteil
gasdicht ausgebildet. Dadurch ist ein Verlust von Abgas vermieden
und so eine besonders weitgehende Nutzung der in dem Abgas enthaltenen
Bewegungs- und Wärmeenergie ermöglicht.
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Von
Vorteil ist es weiterhin, wenn die Außenschale zweiteilig
ausgebildet ist, wobei an einer ersten Außenteilschale
eine zweite Außenteilschale festgelegt, insbesondere gasdicht
verschweißt, ist. Ein derartiges zweiteiliges Ausbilden
der Außenschale ermöglicht ein Einbringen des
Innenteils auf besonders einfache Art und Weise. Hierbei kann das Innenteil
als die Zwischenwandung und/oder das Leitgitter umfassendes Integralteil
ausgebildet sein. Zum Verbinden der Außenschale mit dem
Innenteil kann ein stoffschlüssiges Verfahren, insbesondere ein
Schweißverfahren, zum Einsatz kommen. Das Fixieren kann
jedoch auch durch ein Eingießverfahren erfolgen, wobei
das Innenteil und/oder das mit dem Innenteil verbundene Leitgitter
durch Eingießen mit einer der Außenteilschalen
verbunden wird. Ebenso kann das Innenteil kraftschlüssig
und/oder formschlüssig an der Außenschale festgelegt
werden.
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Schließlich
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn Komponenten des Turbinengehäuses
formschlüssig miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht
ein sehr exaktes Fertigen und insbesondere besonders gutes Nachbearbeiten
der einzelnen Komponenten vor deren Zusammenbau. Ein solcher Aufbau
des Turbinengehäuses stellt zudem eine hohe Dichtigkeit
der Verbindung der Komponenten miteinander sicher. Ein weiterer
Vorteil ist die kostengünstige Herstellbarkeit der Komponenten
des Turbinengehäuses.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses
für einen Abgasturbolader eines Antriebsaggregats mit folgenden
Schritten:
- a) Bereitstellen eines von Abgas
durchströmbaren Innenteils für ein Turbinengehäuseteil,
welches wenigstens einen Spiralkanal umfasst, wobei der Spiralkanal
mit einem Abgastrakt des Antriebsaggregats koppelbar ist, und wobei
ein Aufnahmeraum für ein stromabwärts des wenigstens
einen Spiralkanals anordenbares, mit Abgas beaufschlagbares Turbinenrad
vorgesehen ist, wobei das Turbinenrad um eine Drehachse drehbar
in dem Turbinengehäuse aufnehmbar ist, und
- b) Anordnen des Innenteils an dem Turbinengehäuseteil,
wobei zwischen einer Außenschale des wenigstens einen Spiralkanals
und dem Innenteil zumindest bereichsweise ein thermisch isolierender
Spalt ausgebildet wird.
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Die
für das erfindungsgemäße Turbinengehäuse
beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile
gelten auch für das erfindungsgemäße
Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 in
einer Schnittansicht eine erste Ausführungsform eines zweiflutigen
Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader einer
aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine, bei welchem zwischen einem
Innenteil aus Blech und einer Außenschale eines Spiralkanals
ein thermisch isolierender Spalt ausgebildet ist; und
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2 in
einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines
zweiflutigen Turbinengehäuses, bei welchem eine das Innenteil
aus Blech umgebende Außenschale durch zwei gasdicht miteinander verschweißte
Außenteilschalen gebildet ist.
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Ein
in 1 geschnitten gezeigtes zweiflutiges Turbinengehäuse 10 für
einen Abgasturbolader einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine
umfasst einen Spiralkanal 12, an welchem ein strömungsführendes
Innenteil 48 angeordnet ist. Der Spiralkanal 12 ist
in einem Teilgehäuse 32 des Turbinengehäuses 10 bereitgestellt,
welches nach Art eines einflutigen Turbinengehäuses gebildet
ist. Der Spiralkanal 12 weist jedoch das von Abgas der
Verbrennungskraftmaschine durchströmbare, aus einem Blech
gebildete Innenteil 48 auf, in welchem mittels einer Zwischenwandung 14 eine
erste Flut 50 von einer zweiten Flut 52 abgegrenzt.
Die Strömungsführung des Abgases wird also durch
das Innenteil 48 bestimmt und die Abgrenzung der zwei Fluten 50, 52 durch
die Zwischenwandung 14 in Zusammenwirken mit dem Innenteil 48.
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Zwischen
dem Innenteil 48 und einer Außenschale 54 des,
beispielsweise als Sandgussteil ausgebildeten, Spiralkanals 12 ist
ein thermisch isolierender Spalt 56 ausgebildet. Dadurch,
dass das Innenteil 48 aus dem dünnwandigen, eine
geringe Wärmekapazität aufweisenden Blech gebildet
ist, welches zusätzlich durch den Spalt 56 thermisch
isoliert ist, verlässt beim Betreiben der Abgasturboladers vergleichsweise
heißes Abgas einen Austrittskanal 30 des Turbinengehäuses 10.
Folglich ist eine stromabwärts des Austrittskanals 30 angeordnete
Abgasbehandlungseinrichtung besonders rasch auf die zum effizienten
Nachbehandeln des Abgases einzustellende Temperatur zu bringen.
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In
einem Übertrittsbereich zwischen der ersten Flut 50 und
einem Aufnahmeraum für ein Turbinenrad 18 ist
ein Leitgitter 20 angeordnet. Das Turbinenrad 18 ist
um eine Drehachse A drehbar in dem Turbinengehäuse 10 aufgenommen
und mit dem aus dem Innenteil 48 austretenden Abgas der
Verbrennungskraftmaschine beaufschlagbar.
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Das
Innenteil 48 ist vorliegend durch Verschweißen,
beispielsweise mittels eines Laser- oder Elektronenstrahl-Schweißverfahrens,
mit einem die Zwischenwandung 14 und das Leitgitter 20 umfassenden
Integralteil verbunden. Dieses Integralteil ist als Feingussteil
ausgebildet, wobei das Leitgitter 20 durch Eingießen
in das Teilgehäuse 32 stoffschlüssig mit
diesem verbunden sein kann.
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Zum
definierten Festlegen des mit dem Integralteil verschweißten
Innenteils 48 an dem Teilgehäuse 32 mittels
eines Eingießverfahrens weist das Innenteil 48 Verankerungsteile 44 auf. Über
diese als Eingussstellen fungierenden Verankerungsteile 44 erfolgt
die Positionierung des Innenteils 48 an dem Teilgehäuse 32 während
des Eingießens.
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Zum
Positionieren des Innenteils 48 gegenüber dem
Teilgehäuse 32 mittels eines Eingießverfahrens
ist zusätzlich durch das Leitgitter 20 eine geeignete
Eingussstelle bereitgestellt. Zusätzlich zu einer gewellten
Oberfläche 42 des Leitgitters 20 sorgen
die Verankerungsteile 44 des Innenteils 48 für
ein besonders sicheres stoffschlüssiges Verbinden mit dem Teilgehäuse 32.
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Zum
Entfernen verlorener Gusskerne aus dem Spalt 56 weist die
Außenschale 54 zwei Durchtrittsöffnungen 60 auf,
welche mit dem Spalt 56 in Verbindung stehen. Das Innenteil 48 ist
bei der Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 gemäß 1 gasdicht
ausgebildet. Das durch einen Tiefziehprozess aus Blech hergestellte
Innenteil 48 weist besonders glatte Oberflächen
auf, wodurch die durch das Innenteil 48 im Zusammenwirken
mit der Zwischenwandung 14 gebildeten Fluten 50, 52 besonders
verlustarm von Abgas durchströmbar sind.
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Das
Innenteil 48 ist vorliegend zweiteilig ausgebildet, wobei
eine erste Innenteilschale 62 im Zusammenwirken mit der
Zwischenwandung 14 die Flut 50 abgrenzt. Eine
zweite Innenteilschale 64 des Innenteils 48 grenzt
im Zusammenwirken mit der Zwischenwandung 14 die Flut 52 ab
und ist mit der ersten Innenteilschale 62 verschweißt.
In alternativen Ausführungsformen kann das Innenteil 48 auch
einteilig, insbesondere als einteiliges Blechteil, ausgebildet sein,
welches mit dem die Zwischenwandung 14 oder dem Leitgitter 20 oder
einem die Zwischenwandung 14 und das Leitgitter 20 umfassenden
Integralteil verbindbar ist.
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Das
Teilgehäuse 32 übernimmt bei dem Turbinengehäuse 10 gemäß 1 und 2 eine Stützfunktion
für das strömungsführende Innenteil 48.
Demgegenüber sorgt dieses strömungsführende Innenteil 48 bei
der Ausführungsform des Turbinengehäuse 10 gemäß 1 für
die Gasdichtheit.
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Des
Weiteren sorgt das Teilgehäuse 32 für eine
Kraftübertragung zwischen einem Turbineneintrittsflansch,
einem über einen Anschlussflansch 40 mit dem Turbinengehäuse 10 koppelbaren
Lagergehäuse und dem an dem Austrittskanal 30 bereitgestellten
Turbinenaustrittsflansch. Das Lagergehäuse, welches an
dem Teilgehäuse 32 festlegbar ist, dient hierbei
zum Aufnehmen und Lagern einer Welle 26, welche drehfest
mit dem Turbinenrad 18 verbindbar ist. Im Falle eines Bruchs
einer Schaufel des Turbinenrads 18 sorgt das Teilgehäuse 32 zudem
für einen Schutz von das Turbinengehäuse 10 umgebenden
Bauteilen vor Beschädigung.
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Das
Leitgitter 20 weist vorliegend feststehende Leitschaufeln 38 auf.
Mittels der feststehenden Leitschaufeln 38 ist das die
erste Flut 50 des Innenteils 48 durchströmende
Abgas in dem Übertrittsbereich zwischen dem Innenteil 48 und
dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad 18 auf kurzem
Wege stark zu beschleunigen. Dadurch ist eine sehr effiziente Anströmung
des Turbinenrads 18 erreichbar.
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Durch
das Leitgitter 20 ist der ersten Flut 50 des Innenteils 48 dennoch
eine Aufstaufähigkeit verliehen, welche ein Nutzen eines
an die Flut 50 anschließbaren Abgasstrangs eines
Abgastrakts für eine effiziente Abgasrückführung
möglich macht. Insbesondere durch das beispielsweise mittels
Eingießens bewerkstelligte Verbinden des Leitgitters 20 mit dem
Teilgehäuse 32 ist hierbei sichergestellt, dass temperaturbedingte
unterschiedliche Ausdehnungen von den Spiralkanal 12 umfassenden
Bauteilen des Teilgehäuses 32 und des Leitgitters 20 nicht
zu den Wirkungsgrad der Turbine beeinflussenden Leckagen führen.
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Ein
durchströmbarer Querschnitt der durch die Zwischenwandung 14 abgegrenzten
ersten Flut 50 und ein durchströmbarer Querschnitt
der durch die Zwischenwandung 14 abgegrenzten zweiten Flut 52 sind
vorliegend im Wesentlichen gleich groß. Dadurch fallen
im Vergleich zu einer zweiflutigen asymmetrischen Turbine Strömungsverluste
aufgrund der Wandreibung des Abgases vergleichsweise gering aus.
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Das
vorliegend symmetrisch ausgebildete, zweiflutige Turbinengehäuse 10 hat
somit Eigenschaften eines asymmetrischen Turbinengehäuses, ohne
jedoch die Asymmetrie mit hohen Strömungsverlusten eines
Spiralkanals erkaufen zu müssen.
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Das
zweiteilig ausgebildete Turbinengehäuse 10 umfasst
ein an dem ersten Teilgehäuse 32 festlegbares
zweites Teilgehäuse 34 in welchem der Austrittskanal 30 bereitgestellt
ist. Das zweite Teilgehäuse 34 weist eine Matrize 36 auf,
in welche ein als Strömungsleitelement dienender oder mit
einem Strömungsleitelement gekoppelter Axialschieber als Vario-Einrichtung
einführbar ist. Der Axialschieber kann als Leitgitter ausgebildet
sein.
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Mittels
eines solchen, vorliegend nicht gezeigten und beispielsweise Leitschaufeln
umfassenden Strömungsleitelements sind in dem Übertrittsbereich
zwischen der zweiten Flut 52 und dem Aufnahmeraum für
das Turbinenrad 18 eine Mehrzahl voneinander verschiedener
Strömungszustände einstellbar. Dadurch ist eine
Variabilität der Turbine gegeben. So kann je nach Leistungsanforderung
der Verbrennungskraftmaschine ein unterschiedlich großer durchströmbarer
Querschnitt in dem Übertrittsbereich zwischen der zweiten
Flut 52 und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad 18 eingestellt
werden, so dass über einen sehr weiten, insbesondere niedrige
und mittlere Drehzahlen umfassenden Drehzahlbereich, die Anforderungen
an die Bereitstellung der Ladeluft der Verbrennungskraftmaschine
erfüllbar sind.
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Der
in die Matrize 36 des zweiten Teilgehäuses 34 einführbare
Axialschieber, mittels welchem in dem Übertrittsbereich
zwischen der zweiten Flut 52 und dem Aufnahmeraum für
das Turbinenrad 18 unterschiedliche Strömungszustände
einstellbar sind, ermöglicht das Bereitstellen einen Turbobrake-Funktionalität
(Turbobremse) zum Abbremsen der Verbrennungskraftmaschine.
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Die
Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 gemäß 2 entspricht
im Zusammenbau weitgehend der in 1 gezeigten
Ausführungsform. Jedoch ist hier die Außenschale
zweiteilig ausgebildet und umfasst eine mit dem Leitgitter 20 verbundene erste
Außenteilschale 66. Diese ist durch Verschweißen
mit einer zweiten Außenteilschale 68 verbunden. Eine
entsprechende Schweißnaht 70 ist in Verlängerung
der die Fluten 50, 52 mittig teilenden Zwischenwandung 14 zwischen
den beiden Außenteilschalen 66, 68 angeordnet.
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Das
Innenteil 48, welches wie bei der Ausführungsform
gemäß 1 ebenfalls die zwei miteinander
verschweißten Innenteilschalen 62, 64 umfasst,
ist durch Eingießen des mit dem Innenteil 48 verbundenen
Integralteils aus Zwischenwandung 14 und Leitgitter 20 mit
der ersten Außenteilschale 66 stoffschlüssig
verbunden. Die Verbindung des Innenteils 48 mit der zweiten
Außenteilschale 68 erfolgt dann, beispielsweise
durch Verschweißen, beim Verschweißen der zwei
Außenteilschalen 66, 68 miteinander.
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Durch
das Verbinden der Außenteilschalen 66, 68 mit
dem Innenteil 48 ist der thermisch isolierende Spalt 56 in
radialer Richtung in sich geschlossen. Die Außenteilschalen 66, 68 weisen
im Gegensatz zu der Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 gemäß 1 keine
Durchtrittsöffnungen auf. Da eine Gasdichtheit des Spalts 56 nach
außen durch die Außenteilschalen 66, 68 sichergestellt
ist, kann das Innenteil 48 selber geringere Anforderungen
an eine Gasdichtheit erfüllend ausgebildet sein.
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Das
Leitgitter 20 ist vorliegend als Feingussteil aus einem
Stahlgusswerkstoff, beispielsweise dem Werkstoff 1.4849, ausgebildet.
Das den Spiralkanal 12 aufweisende erste Teilgehäuse 32 des
Turbinengehäuses 10 ist aus dem gleichen Stahlgusswerkstoff
gebildet, jedoch mit einem weniger genauen Gießverfahren,
beispielsweise als Sandgussteil. Insbesondere aufgrund der Verwendung
eines gleichartigen Werkstoffs für das Leitgitter 20 und
das Teilgehäuse 32 ist das Verbinden von Leitgitter 20 und
Teilgehäuse 32 mittels Eingießens oder
mittels eines Schweißprozesses so durchführbar,
dass eine besonders gasdichte Verbindung erreicht wird.
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Bei
den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen
des Turbinengehäuses 10 bilden die Zwischenwandung 14 und
das Leitgitter 20 ein einstückiges Integralteil,
welches stoffschlüssig mit dem Teilgehäuse 32 verbunden
ist. Die Anbindung des Integralteils an das Teilgehäuse 32 kann
auch durch Schweißen erfolgen. Lagergehäuseseitig
liegen zum Verschweißen des Leitgitters 20 mit
dem Teilgehäuse 32 ausreichende Platzverhältnisse
vor.
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Solange
das den Austrittskanal 30 umfassende zweite Teilgehäuse 34 des
Turbinengehäuses 10 noch nicht an dem ersten Teilgehäuse 32 festgelegt
ist, ist auch zum Durchführen eines Schweißverfahrens
zum Anbinden des Innenteils 48 an die Außenteilschale 68 vergleichsweise
viel Platz vorhanden.
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Das
Leitgitter 20 für eines der in 1 oder 2 dargestellten
Turbinengehäuse 10 umfasst einen Tragring, an
welchem die im Profilschnitt tropfenförmigen, feststehenden
Leitschaufeln 38 angeordnet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005027080
A1 [0002]