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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Turbinengehäuses mit zumindest einem spiralförmigen Strömungskanal für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, wobei das Turbinengehäuse mit dem spiralförmigen Strömungskanal in einem Gussprozess erzeugt wird.
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Aus dem Stand der Technik sind Abgasturbolader bekannt, deren Turbinengehäuse zwei unabhängig voneinander mit Abgas durchströmbare und asymmetrisch ausgebildete Spiralkanäle umfassen. Die Spiralkanäle werden jeweils mit unterschiedlichen Abgasleitungen eines Abgastrakts der Brennkraftmaschine gekoppelt.
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Die
DE 10 2008 032 492 A1 beschreibt ein Turbinengehäuse, einen Abgasturbolader und ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Teilgehäuse bereitgestellt. Das Teilgehäuse wird als Feingussteil oder Sandgussteil hergestellt. Das Teilgehäuse umfasst zumindest einen mit einer Abgasflut eines Abgastrakts der Brennkraftmaschine koppelbaren spiralförmigen Strömungskanal und einen stromab des zumindest einen spiralförmigen Strömungskanals angeordneten Aufnahmeraum für ein Turbinenrad. Das Turbinenrad ist mit einem durch den zumindest einen spiralförmigen Strömungskanal führbaren Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagbar. In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein Gehäusemodul ausgewählt, welches ein Leitgitter und eine Anlagerungsfläche für ein Lagergehäuse des Abgasturboladers aufweist. Das Gehäusemodul wird ebenfalls als Feingussteil oder Sandgussteil hergestellt. In einem dritten Verfahrensschritt wird das Gehäusemodul am Teilgehäuse angeordnet, wobei ein Leitgitter des Gehäusemoduls stromauf des Aufnahmeraums angeordnet wird. In einem vierten Verfahrensschritt wird das Gehäusemodul am Teilgehäuse festgelegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Turbinengehäuses mit zumindest einem spiralförmigen Strömungskanal für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Turbinengehäuses mit zumindest einem spiralförmigen Strömungskanal für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine wird das Turbinengehäuse mit dem spiralförmigen Strömungskanal in einem Gussprozess erzeugt.
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Erfindungsgemäß wird der spiralförmige Strömungskanal zumindest in einem Teilbereich derart mechanisch nachbearbeitet, dass eine definierte minimale Querschnittsfläche des Teilbereichs erzeugt wird.
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Aufgrund der mechanischen Nachbearbeitung und der daraus resultierenden definierten minimalen Querschnittsfläche ist ein definiertes Aufstauverhalten im spiralförmigen Strömungskanal des Abgasturboladers erzeugbar, sobald die minimale Querschnittsfläche vom Gesamtmassenstrom des Strömungskanals durchströmt wird. Weiterhin resultiert aus der mechanischen Nachbearbeitung, dass die Querschnittsfläche gleichmäßig und bei einer Mehrzahl hergestellter Turbinengehäuse gleich bleibend, d. h. mit einer geringen Streubreite, erzeugbar ist. Auch bietet die mechanische Nachbearbeitung den Vorteil, dass das Turbinengehäuse in einfacher Weise an unterschiedliche Verwendungen, insbesondere an unterschiedliche Emissionsschutzgesetzgebungen, angepasst werden kann. Hierbei ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, das Turbinengehäuse als Gleichteil stets im gleichen Gussprozess zu erzeugen und erst in der mechanischen Nachbearbeitung durch Erzeugung der definierten Querschnittsfläche an die spätere Verwendung anzupassen. Somit wird ein erhöhter Gleichteileeinsatz erzielt und daraus folgend werden die Herstellungskosten für den Abgasturbolader reduziert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers und
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2 schematisch einen ersten spiralförmigen Strömungskanal des Turbinengehäuses gemäß 1.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Turbinengehäuse 1 für einen nicht gezeigten Abgasturbolader dargestellt. Das Turbinengehäuse 1 umfasst ein Turbinenradgehäuse 1.1 mit einem darin angeordneten, nicht näher dargestellten Turbinenrad. Das Turbinengehäuse 1 umfasst weiterhin einen ersten spiralförmigen Strömungskanal 1.2 und einen zweiten spiralförmigen Strömungskanal 1.3.
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Das Turbinengehäuse 1 mit dem Turbinenradgehäuse 1.1 und den Strömungskanälen 1.2, 1.3 wird in einem Gussprozess, insbesondere einem so genannten Sandgussprozess, hergestellt.
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Der Abgasturbolader ist als so genannter asymmetrischer und zweiflutiger Abgasturbolader ausgebildet und insbesondere in einem nicht dargestellten Abgaskrümmer einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs angeordnet.
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Hierzu ist das Turbinengehäuse 1 zweiflutig ausgebildet. Das heißt, das Turbinengehäuse 1 weist einen zweiflutigen Abgaseinlaufbereich auf, welcher in die zwei spiralförmigen Strömungskanäle 1.2, 1.3 mündet. Die spiralförmigen Strömungskanäle 1.2, 1.3 erstrecken sich weitgehend parallel zueinander radial um das Turbinenrad im Turbinenradgehäuse 1.1. In die Strömungskanäle 1.2, 1.3 eintretende Abgasströme treffen auf das Turbinenrad, welches aufgrund der auftreffenden Abgasströme rotiert. Das Turbinenrad ist über eine nicht näher dargestellte Welle mit einem ebenfalls nicht näher dargestellten Verdichterrad gekoppelt, so dass die Rotation auf das Verdichterrad übertragen wird. Mittels des Verdichterrads wird Luft im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verdichtet.
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Vorzugsweise sind die Strömungskanäle 1.2, 1.3 jeweils mit Auslasskanälen bzw. Abgaskrümmern unterschiedlicher Zylinder der Brennkraftmaschine gekoppelt, so dass Abgasströme in den Strömungskanälen 1.2, 1.3 jeweils durch unterschiedliche, separate Abgasströme erzeugt werden.
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Um einen besonders hohen Wirkungsgrad des Abgasturboladers und somit hohe Leistungen der Brennkraftmaschine zu erzielen, ist es zweckmäßig, den zur Verfügung stehenden Abgasdruck möglichst vollständig zur Erzeugung der Rotationsbewegung des Turbinenrades auszunutzen. Hierzu ist es erforderlich, dass die Querschnittsflächen der Strömungskanäle 1.2, 1.3 derart ausgebildet sind, dass bei minimalem Abgasgegendruck eine maximale Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Turbinenrades erzeugt wird.
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Gleichzeitig wird bei modernen Brennkraftmaschinen ein Teil des erzeugten Abgases der angesaugten und verdichteten Frischluft zugemischt, um die Emission von Schadstoffen zu verringern und Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Hierzu wird ein Teil des Abgases, insbesondere über ein Abgasrückführventil, dem Ansaugtrakt zugeführt. Für diese Zuführung ist ein Mindest-Abgasgegendruck erforderlich, durch welchen eine Abgasrückführrate, d. h. die Menge des von der Auslassseite der Brennkraftmaschine zum Ansaugtrakt transportierten Abgases, bestimmt wird. Mit anderen Worten: Mit steigendem Abgasgegendruck steigt die Abgasrückführrate. Somit besteht ein Zielkonflikt zwischen maximalem Wirkungsgrad des Abgasturboladers bei minimalem Abgasgegendruck und definierter Rückführung des Abgases unter Einstellung eines Mindest-Abgasgegendrucks.
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Aus diesem Grund weisen die Strömungskanäle 1.2, 1.3 unterschiedliche Strömungsquerschnitte auf. Der erste Strömungskanal 1.2, die so genannte Abgasrückführ-Spiralflut, weist dabei einen gegenüber dem zweiten Strömungskanal 1.3 kleineren Strömungsquerschnitt auf, so dass der Mindest-Abgasgegendruck zur Abgasrückführung erzeugbar ist. Der zweite Strömungskanal 1.3 weist den größeren Strömungsquerschnitt auf, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Abgasturboladers bei möglichst geringem Abgasgegendruck zu realisieren.
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Zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte und zum optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine ist es erforderlich, dass bei einer Mehrzahl von hergestellten Abgasturboladern bzw. von Turbinengehäusen 1 stets der gleiche definierte Abgasgegendruck im ersten Strömungskanal 1.2 erzeugt wird. Hierzu ist es notwendig, dass ein für das Aufstauverhalten des Abgases relevanter lokal engster Teilbereich T des ersten Strömungskanals 1.2 eine definierte minimale Querschnittsfläche Q aufweist. Die Querschnittsfläche Q wird später vom Gesamtmassenstrom des Strömungskanals 1.2 durchströmt.
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Der für das Aufstauverhalten des Abgases relevante engste Teilbereich T ist der Bereich des Strömungskanals 1.2, in welchem ein gebildeter Quotient aus dem Volumenstrom des Abgases zu der minimalen Querschnittsfläche Q des Strömungskanals 1.2 am größten ist, also die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ein zumindest lokales Maximum aufweist.
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Zur Erzeugung dieser definierten minimalen Querschnittsfläche Q wird der Teilbereich T in dem Gussprozess zunächst derart ausgebildet, dass eine entstehende Querschnittsfläche kleiner als die definierte Querschnittsfläche Q ist.
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Anschließend wird der spiralförmige Strömungskanal 1.2 im lokal eingeengten Teilbereich T derart mechanisch nachbearbeitet und dadurch gezielt aufgeweitet, dass die definierte minimale Querschnittsfläche Q erzeugt wird. Diese Nachbearbeitung erfolgt mittels Fräsen und/oder Bohren. Anhand dieser mechanischen Bearbeitung ist die Querschnittsfläche Q auch bei einer großen Anzahl von hergestellten Turbinengehäusen 1 sehr genau und konstant, d. h. mit sehr geringer Streuung definiert erzeugbar. Auch nach der Aufweitung ist der Teilbereich T noch eine lokale Engstelle.
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Weiterhin ist besonders vorteilhaft, dass zunächst ein einheitlicher Rohling des Turbinengehäuses 1 hergestellt wird. Anschließend wird dieser in einfacher Weise je nach Anforderungen an lokal unterschiedliche Emissionsgrenzwerte oder unterschiedliche Verwendungen, beispielsweise an unterschiedlichen Typen von Brennkraftmaschinen, durch Erzeugen einer jeweils unterschiedlichen definierten Querschnittsfläche Q an die Anforderungen bzw. Verwendungen angepasst.
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Zusätzlich ist es auch möglich, weitere Teilbereiche des ersten Strömungskanals 1.2 mechanisch nachzubearbeiten oder Strukturen in diesem zu erzeugen. Auch eine Nachbearbeitung des zweiten Strömungskanals 1.3 oder die Erzeugung von Strukturen in diesem sind möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Turbinengehäuse
- 1.1
- Turbinenradgehäuse
- 1.2
- Strömungskanal
- 1.3
- Strömungskanal
- Q
- Querschnittsfläche
- T
- Teilbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008032492 A1 [0003]
