DE102010005492A1 - Spiral housing e.g. turbine housing, for supercharger of motor car, has tongue element made of wear- and resistant materials and firmly connected with housing, and channel structure connected with cooling system - Google Patents

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Abstract

The housing (1) has a tongue element (2) made of wear- and resistant materials and firmly connected with the housing. The tongue element is made of a material selected from one of a group consisting of steel, hard metal, nickel-based material, ceramic, plastic, glass and light metal i.e. aluminum. The tongue element is formed as a metal injection molding (MIM)-component, sintered component and a cast iron insert. The tongue element comprises a channel structure (4) that is connected with a cooling system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spiralgehäuse, insbesondere ein Turbinen- oder ein Verdichtergehäuse eines Abgasturboladers für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem derartigen Spiralgehäuse ausgestattete Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader.The present invention relates to a spiral housing, in particular a turbine or a compressor housing of an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a charging device equipped with such a spiral housing, in particular an exhaust gas turbocharger.

Aus der DE 10 2007 058 246 A1 ist ein gattungsgemäßes Spiralgehäuse bekannt, welches einen Spiralkanal für einen Abgasstrom umfasst. Ein in Umfangrichtung bewegbares, kreissegmentartig ausgebildetes Regelorgan fährt dabei in den Spiralkanal ein bzw. aus und verengt einen Querschnitt, so dass die Leistung des Abgasturboladers gesteuert werden kann.From the DE 10 2007 058 246 A1 a generic volute casing is known which comprises a spiral channel for an exhaust gas flow. A movable in the circumferential direction, circular segment-like trained control organ moves in the spiral channel on or off and narrows a cross section, so that the performance of the exhaust gas turbocharger can be controlled.

Aus der US 4,679,398 ist ebenfalls ein Spiralgehäuse für einen Abgasturbolader bekannt, welches ein bewegliches Zungenelement zur Steuerung der Leistung des Abgasturboladers aufweist.From the US 4,679,398 Also, a volute casing for an exhaust gas turbocharger is known, which has a movable tongue element for controlling the power of the exhaust gas turbocharger.

Die Auslegung von Zungenelementen in Spiralgehäusen, insbesondere bei Abgasturboladern, richtet sich im Wesentlichen an den Erfordernissen der Gehäusefertigung, in der Regel des Gießprozesses. Hierzu gehören insbesondere ein minimaler Zungenradius sowie eine Lage des Zungenelements zu einem Turbinen- bzw. Verdichterrad. Da das Zungenelement hohe thermische bzw. aerodynamische Belastungen aushalten muss, wird die Widerstandsfähigkeit eines Spiralgehäuses oftmals von der Widerstandsfähigkeit des Zungenelements bestimmt. Um somit ein widerstandsfähiges Spiralgehäuse zu erhalten, muss das Zungenelement – und sofern dieses einteilige mit dem Spiralgehäuse ausgebildet – das gesamte Spiralgehäuse aus einem widerstandsfähigem und dadurch teurem Material ausgebildet werden.The design of tongue elements in spiral housings, in particular in exhaust-gas turbochargers, is essentially based on the requirements of the housing production, as a rule of the casting process. These include in particular a minimum tongue radius and a position of the tongue element to a turbine or compressor wheel. Since the tongue element has to endure high thermal or aerodynamic loads, the resistance of a spiral housing is often determined by the resistance of the tongue element. Thus, to obtain a durable volute casing, the tongue element - and if integral with the volute casing - must form the entire volute casing from a durable and therefore expensive material.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Spiralgehäuse der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen erhöhten Verschleißwiderstand und gleichzeitig geringe Herstellkosten auszeichnet.The present invention addresses the problem of providing a spiral housing of the generic type, an improved or at least one alternative embodiment, which is characterized in particular by an increased wear resistance and at the same time low production costs.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den in einem Spiralgehäuse am höchsten belasteten Bereich separat auszubilden und dadurch vergleichsweise kostengünstig aus einem hochwiderstandsfähigem Material herstellen zu können, wodurch die Widerstandsfähigkeit des gesamten Spiralgehäuses mit vergleichsweise geringen Kosten erhöht werden kann. Der am höchsten in einem Spiralgehäuse belastete Bereich ist der Bereich an einem Zungenelement, so dass dieses erfindungsgemäß separat zum Spiralgehäuse ausgebildet, anschließend fest mit dem Spiralgehäuse verbunden und insbesondere aus einem verschleiß- bzw. widerstandsfähigen Material ausgebildet wird. Das Zungenelement ist dabei an das Spiralgehäuse angepasst und kann in der Art einen Inserts in dieses eingebaut werden. Nach Einbau des Zungenelements ist die geometrische Form der Spirale vollständig ausgebildet. Das Zungenelement bildet somit geometrisch die Zungenkante, die den Belastungen der aerodynamischen Strömung voll ausgesetzt ist. Zu den weiteren Belastungen gehören turbinenseitig auch Temperaturbelastungen und verdichterseitig ein Beschuss durch Kondensat- und/oder Staubpartikel. Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Zungenelement lassen sich der Verschleißwiderstand und die Widerstandsfähigkeit des gesamten Spiralgehäuses deutlich erhöhen, da das Zungenelement im am höchsten belasteten Bereich angeordnet wird und dadurch bisher eine Schwachstelle bildete. Das Zungenelement kann bspw. mittels eines Sinterprozesses, mittels Schmieden, mittels Strangpressen, mittels Zerspanen oder Umformprozesse hergestellt werden. Insgesamt ist es mit dem erfindungsgemäßen Zungenelement möglich, das Spiralgehäuse an sich aus einem kostengünstigen Werkstoff zu fertigen und ausschließlich den hochbelasteten Zungenbereich durch das gesondert hergestellte Zungenelement zu verstärken. Das vergleichsweise kleine Zungenelement benötigt dabei lediglich eine geringe Menge an teurem Material.The present invention is based on the general idea to separately form the highest loaded in a volute casing area and thereby comparatively inexpensive to produce from a highly resistant material, whereby the resistance of the entire volute casing can be increased with relatively low cost. The region which is subjected to the highest load in a spiral housing is the region on a tongue element, so that according to the invention it is formed separately from the spiral housing, then firmly connected to the spiral housing and in particular formed from a wear-resistant material. The tongue element is adapted to the spiral housing and can be installed in the manner of an insert in this. After installation of the tongue element, the geometric shape of the spiral is completely formed. The tongue element thus forms geometrically the tongue edge, which is fully exposed to the loads of the aerodynamic flow. The other loads also include temperature loads on the turbine side and bombardment by condensate and / or dust particles on the compressor side. With the tongue element designed according to the invention, the wear resistance and the resistance of the entire spiral housing can be markedly increased, since the tongue element is arranged in the region which is subjected to the highest load and thus hitherto constituted a weak point. The tongue element can be produced, for example, by means of a sintering process, by means of forging, by means of extrusion, by means of machining or forming processes. Overall, with the tongue element according to the invention, it is possible to manufacture the spiral housing per se from a cost-effective material and to reinforce exclusively the highly stressed tongue area by the separately produced tongue element. The comparatively small tongue element requires only a small amount of expensive material.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist das Zungenelement eine Kanalstruktur auf, welche kommunizierend mit einem Kühlsystem verbunden ist. Da insbesondere auf der Turbinenseite die Temperaturbelastung einen wesentlichen Einfluss auf die Widerstandsfähigkeit des Zungenelements besitzt, kann eine Kühlung desselben die Widerstandsfähigkeit deutlich erhöhen, wodurch die Widerstandsfähigkeit des gesamten Spiralgehäuses an sich gesteigert werden kann. Die Kanalstruktur kann dabei mit der ohnehin in einem Turbinengehäuse bzw. einem Lagergehäuse des Abgasturboladers vorhandenen Kühlkanalstruktur kommunizierend verbunden werden, wodurch lediglich geringe Modifikationen zum Einsatz des erfindungsgemäßen Zungenelements erforderlich sind.In an advantageous development of the solution according to the invention, the tongue element has a channel structure which is communicatively connected to a cooling system. Since, in particular, on the turbine side, the temperature load has a significant influence on the strength of the tongue member, a cooling of the same can significantly increase the resistance, whereby the resistance of the entire volute casing itself can be increased. In this case, the channel structure can be connected in a communicating manner with the cooling channel structure which is present anyway in a turbine housing or a bearing housing of the exhaust gas turbocharger, as a result of which only slight modifications to the use of the tongue element according to the invention are required.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1 ein erfindungsgemäßes Spiralgehäuse mit einem eingesetzten Zungenelement, 1 an inventive spiral housing with an inserted tongue element,

2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einem anders ausgebildeten Zungenelement, 2 a representation like in 1 but with a tongue element of a different design,

3 eine Darstellung wie in der 2, jedoch mit einer weiteren Alternative des Zungenelements. 3 a representation like in the 2 but with a further alternative of the tongue element.

Entsprechend den 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßes Spiralgehäuse 1, welches bspw. als Turbinen- oder Verdichtergehäuse eines nicht gezeigten Abgasturboladers eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann, ein separat zum Spiralgehäuse 1 ausgebildetes Zungenelement 2 auf, welches geometrisch mehrdimensional ausgebildet und fest mit dem Spiralgehäuse 1 verbunden und gleichzeitig aus einem verschleiß- und widerstandsfähigem Material ausgebildet ist. Das Zungenelement 2 kann bspw. aus Stahl, Hartmetall, Nickelbasiswerkstoff, Keramik, Glas, Leichtmetall, insbesondere Aluminium, ausgebildet sein, wobei insbesondere bei einem Verdichtergehäuse auch die Ausbildung aus Kunststoff denkbar ist. Eine Befestigung des Zungenelements 2 mit dem Spiralgehäuse 1 erfolgt üblicherweise durch ein Verkleben, ein Verschweißen, ein Vernieten, ein Verschrauben, ein Verstemmen oder ein Verlöten.According to the 1 to 3 , Has a spiral housing according to the invention 1 which may be formed, for example, as a turbine or compressor housing of an exhaust gas turbocharger, not shown, of a motor vehicle, a separate from the spiral housing 1 trained tongue element 2 which is geometrically multi-dimensional and fixed to the volute casing 1 connected and simultaneously formed of a wear and resistant material. The tongue element 2 can, for example, be made of steel, hard metal, nickel-based material, ceramics, glass, light metal, in particular aluminum, wherein, in particular in a compressor housing, the formation of plastic is conceivable. An attachment of the tongue element 2 with the spiral housing 1 is usually done by gluing, welding, riveting, screwing, caulking or soldering.

Generell kann das Zungenelement 2 als massives Bauteil, als Blechbauteil (vgl. 2) oder als Stift (vgl. 3) ausgebildet sein. Ebenso ist auch eine hülsenartige Ausbildung des Zungenelements 2 denkbar, wobei durch ein derartig hülsenartig ausgebildetes Zungenelement 2 ein Befestigungsmittel 3 (vgl. 3) bspw. eine Schraube, geführt werden kann, über welche gleichzeitig zwei Schalen des Spiralgehäuses 1 miteinander verbunden werden können. Das Zungenelement 2 sitzt üblicherweise an der im Spiralgehäuse 1 höchstbelasteten Stelle und muss bei einer turbinenseitigen Anordnung eine hohe Temperaturbelastung ertragen. Bei einer verdichterseitigen Anordnung ist das erfindungsgemäße Zungenelement 2 insbesondere einem Beschuss mit Kondensat- und/oder Staubpartikeln ausgesetzt und dadurch mechanisch hoch belastet.Generally speaking, the tongue element 2 as a solid component, as a sheet metal component (see. 2 ) or as a pen (cf. 3 ) be formed. Likewise, a sleeve-like design of the tongue element 2 conceivable, being formed by such a sleeve-like tongue element 2 a fastener 3 (see. 3 ), for example, a screw can be guided, over which two shells of the spiral housing at the same time 1 can be connected to each other. The tongue element 2 usually sits on the spiral housing 1 Most heavily loaded point and must endure a high temperature load in a turbine-side arrangement. In a compressor-side arrangement is the tongue element according to the invention 2 especially exposed to a bombardment with condensate and / or dust particles and thereby mechanically stressed.

Um die Widerstandsfähigkeit des Zungenelements 2 weiter steigern zu können, kann dieses zusätzliches beschichtet und/oder wärmebehandelt sein. Gemäß der 2 ist dabei das Zungenelement 2 als gebogenes Blechbauteil ausgebildet, welches sich der Geometrie des Spiralgehäuses 1 anpasst. Eine weitere Steigerung des Verschleißwiderstands bzw. der Widerstandsfähigkeit des Zungenelements 2 kann bspw. durch eine in diesem verlaufende Kanalstruktur 4 erreicht werden, welche kommunizierend mit einem Kühlsystem des Abgasturboladers verbunden ist, so dass über die Kanalstruktur 4 eine Kühlung des Zungenelements 2 und/oder eines das Zungenelement 2 umgebenden Bereichs und dadurch eine Reduzierung der auf dieses wirkenden Temperaturbelastung erreicht werden kann. Generell kann das Zungenelement 2 an aerodynamische Erfordernisse angepasst werden, wobei eine geometrische Form nahezu beliebig gestaltbar ist. Auch kann das erfindungsgemäße Zungenelement 2 zur Reduzierung einer Geräuschbelastung, insbesondere verdichterseitig, eingesetzt werden. Das Zungenelement 2 bildet dabei geometrisch die Zungenkante, die den Belastungen der aerodynamischen Strömungen sowie der zugehörigen Temperaturbelastung voll ausgesetzt ist. Die Breite bzw. der Querschnitt des Zungenelements 2 ist dabei auf die Breite bzw. den Querschnitt des Strömungskanals 5 im Spiralgehäuse 1 angepasst.To the resistance of the tongue element 2 To further increase, this additional can be coated and / or heat treated. According to the 2 is the tongue element 2 formed as a bent sheet metal component, which is the geometry of the spiral housing 1 adapts. A further increase of the wear resistance or the resistance of the tongue element 2 can, for example, by a running in this channel structure 4 be reached, which is communicatively connected to a cooling system of the exhaust gas turbocharger, so that via the channel structure 4 a cooling of the tongue element 2 and / or one the tongue element 2 surrounding area and thereby a reduction of acting on this temperature load can be achieved. Generally speaking, the tongue element 2 be adapted to aerodynamic requirements, with a geometric shape can be designed almost arbitrarily. Also, the tongue element of the invention 2 to reduce noise pollution, especially on the compressor side, are used. The tongue element 2 It forms geometrically the tongue edge, which is fully exposed to the loads of aerodynamic flows and the associated temperature load. The width or the cross section of the tongue element 2 is on the width or the cross section of the flow channel 5 in the spiral housing 1 customized.

Theoretisch kann das Zungenelement 2 auch stabförmig ausgebildet sein und durch eine Bohrung, die die beiden Schalen des Spiralgehäuses 1 miteinander verbindet, eingesetzt werden. Damit kann das Zungenelement 2 auch zum Verschrauben einzelner Turboladerkomponenten dienen. Insbesondere bei geteilten Spiralgehäusen 1 oder bei Befestigung des Spiralgehäuses 1 an einer nicht dargestellten Rumpfgruppe ist dies von Vorteil. Das Zungenelement 2 kann dabei an den Enden zylindrisch und im Zungenbereich konturiert ausgeführt sein, wobei diese Kontur derart angepasst ist, dass das Zungenelement 2 durch die Bohrung im Spiralgehäuse 1 geführt werden kann.Theoretically, the tongue element 2 also be rod-shaped and through a bore, which is the two shells of the spiral housing 1 be used together. This allows the tongue element 2 also serve to screw individual turbocharger components. Especially with split volute casings 1 or when mounting the spiral housing 1 This is an advantage on a fuselage group, not shown. The tongue element 2 can be designed to be cylindrical at the ends and contoured in the tongue area, wherein this contour is adapted such that the tongue element 2 through the hole in the spiral housing 1 can be performed.

Mit dem erfindungsgemäßen Zungenelement 2 lässt sich auf vergleichsweise kostengünstige Weise die Widerstandsfähigkeit des Spiralgehäuses 1 steigern, indem lediglich der am höchsten belastete Bereich, nämlich der Bereich an welchem das Zungenelement 2 im Spiralgehäuse 1 eingesetzt ist, verstärkt wird.With the tongue element according to the invention 2 can be in a relatively inexpensive manner, the resistance of the spiral housing 1 increase, by only the highest loaded area, namely the area at which the tongue element 2 in the spiral housing 1 is used, is reinforced.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007058246 A1 [0002] DE 102007058246 A1 [0002]
  • US 4679398 [0003] US 4679398 [0003]

Claims (8)

Spiralgehäuse (1), insbesondere ein Turbinen- oder Verdichtergehäuse eines Abgasturboladers für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass ein separat zum Spiralgehäuse (1) ausgebildetes Zungenelement (2) vorgesehen ist, das fest mit dem Spiralgehäuse (1) verbunden und aus einem verschleiß- und widerstandsfähigen Material ausgebildet ist.Spiral housing ( 1 ), in particular a turbine or compressor housing of an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, characterized in that a separate from the spiral housing ( 1 ) formed tongue element ( 2 ), which is fixed to the spiral housing ( 1 ) is connected and formed of a wear and resistant material. Spiralgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass das Zungenelement (2) zumindest einen der folgenden Werkstoffe aufweist, Stahl, Hartmetall, Nickelbasiswerkstoff, Keramik, Kunststoff, Glas, Leichtmetall, insbesondere Aluminium, und/oder – dass das Zungenelement (2) als MIM-Bauteil (Metal Injection Moulding), als Sinterbauteil oder als Guss-Insert ausgebildet ist.Spiral housing according to claim 1, characterized in that - the tongue element ( 2 ) has at least one of the following materials, steel, hard metal, nickel-based material, ceramic, plastic, glass, light metal, in particular aluminum, and / or - that the tongue element ( 2 ) is designed as an MIM component (metal injection molding), as a sintered component or as a cast insert. Spiralgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zungenelement (2) mit dem Spiralgehäuse (1) verklebt, verschweißt, vernietet, verschraubt, verstemmt oder verlötet ist.Spiral housing according to claim 1, characterized in that the tongue element ( 2 ) with the spiral housing ( 1 ) glued, welded, riveted, screwed, caulked or soldered. Spiralgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zungenelement (2) als massives Bauteil, als Stift oder als Blechbauteil ausgebildet ist.Spiral housing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tongue element ( 2 ) is designed as a solid component, as a pin or as a sheet metal component. Spiralgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zungenelement (2) eine Kanalstruktur (4) aufweist, welche kommunizierend mit einem Kühlsystem verbunden ist.Spiral housing according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tongue element ( 2 ) a channel structure ( 4 ), which is communicatively connected to a cooling system. Spiralgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zungenelement (2) zumindest bereichsweise beschichtet und/oder wärmebehandelt ist.Spiral housing according to one of claims 1 to 5, characterized in that the tongue element ( 2 ) is at least partially coated and / or heat treated. Spiralgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zungenelement (2) hülsenartig ausgebildet ist und ein Befestigungsmittel (3), insbesondere eine Schraube aufnimmt, über welche vorzugsweise zwei Schalen des Spiralgehäuses (1) miteinander verbunden sind.Spiral housing according to one of claims 1 to 6, characterized in that the tongue element ( 2 ) is sleeve-like and a fastening means ( 3 ), in particular a screw receives, via which preferably two shells of the spiral housing ( 1 ) are interconnected. Ladeeinrichtung mit einem Spiralgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Charging device with a spiral housing ( 1 ) according to one of claims 1 to 7.
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