DE102010038909A1

DE102010038909A1 - Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102010038909A1
Application number: DE102010038909A
Authority: DE
Inventors: Michael Kastenmaier; Stefan Ehrmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Turbinengehäuse (1) für einen Turbolader für eine Brennkraftmaschine, wobei in dem Turbinengehäuse (1) zumindest ein, von einem Kühlmittel gekühlter Spiralkanal (2) zur Abgasführung vorgesehen ist, durch den das Abgas auf ein Turbinenrad leitbar ist, wobei für das Kühlmittel ein Kühlmittelkanal (3) vorgesehen ist, der sich weitgehend radial außen am Spiralkanal (2) erstreckt, wobei der Kühlmittelkanal (3) gegenüber dem Spiralkanal (2) über eine innere Wandung (4) und gegenüber einer äußeren Umgebung (5) über eine äußere Wandung (6) gebildet ist und mit einer Kühlmittelzulauföffnung (7) und einer Kühlmittelablauföffnung (8), wobei in dem Kühlmittelkanal (3) zumindest eine Verbindungswand (9) vorgesehen ist, die die innere Wandung (4) und die äußere Wandung (6) verbindet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine höhere Festigkeit im Turbinengehäuse im Bereich des Spiralkanals (2) erzielt. Der Kühleffekt für den Spiralkanal (2) bleibt in vorteilhafter Weise erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Wirkungsgradsteigerung eines Abgasturboladers sind flüssigkeitsgekühlte Turbinengehäuse vielfach bekannt. Beispiele hierfür finden sich beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 43 07 098 A1 , in der PCT-Patentanmeldung WO 2009/092792 A2 oder auch in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 011 258 A1 .
Ein weiteres flüssigkeitsgekühltes Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 011 257 A1 , von der diese Erfindung ausgeht, bekannt. Das Turbinengehäuse weist einen, von dem Kühlmittel gekühlten Spiralkanal zur Abgasführung auf, durch den das Abgas auf ein Turbinenrad geleitet wird. Für das Kühlmittel ist ein Kühlmittelkanal vorgesehen, der sich weitgehend radial außen um den Spiralkanal erstreckt. Der Kühlmittelkanal ist gegenüber dem Spiralkanal über eine innere Wandung, vorzugsweise ein Gussmaterial, und gegenüber einer äußeren Umgebung über eine äußere Wandung abgegrenzt und weist eine Kühlmittelzulauföffnung und eine Kühlmittelablauföffnung auf. Bei diesem bekannten Ausführungsbeispiel ist die äußere Wandung von einem Schalenelement aus einem Blech gebildet.
Nachteilig bei der bekannten Ausführung ist eine ungenügende Stabilität des Turbinengehäuses im Bereich des Spiralkanals, was dazu führen kann, dass bei einem Bersten des Turbinenlaufrades Bruchstücke durch das Turbinengehäuse dringen können und das Turbinengehäuse den sog. Containment-Test nicht besteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie die Stabilität oder Festigkeit eines gattungsgemäßen Turbinengehäuses verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine wesentlich höhere Festigkeit des Turbinengehäuses im Bereich des Spiralkanals erzielt. Bei einem Bersten des Turbinenlaufrades treten somit keine Bruchstücke mehr durch das Turbinengehäuse und das Turbinengehäuse besteht problemlos den sog. Containment-Test. In vorteilhafter Weise bleibt der Kühleffekt für den Spiralkanal erhalten.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist eine besonders bevorzugte Ausgestaltungsvariante, die dem Turbinengehäuse insbesondere zum Spiralkanal radial umlaufend eine gute Festigkeit verleiht.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante, bei der sich keine heißen Stellen, sog. „hot spots”, am Turbinengehäuse ausbilden.
Die Ausgestaltungen gemäß den Patentansprüchen 4 und 5 sind wiederum bevorzugte Ausführungsvarianten.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader.
2 zeigt einen Schnitt senkrecht zu einer Drehachse eines Turbinenlaufrades durch das erfindungsgemäße Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader.
3 zeigt einen Schnitt entlang der Drehachse des Turbinenlaufrades durch das erfindungsgemäße Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader.
Im Folgenden gelten in den 1 bis 3 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse 1 für einen Abgasturbolader für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine. Ein Flansch 12 mit einer Abgaseintrittsöffnung 11 ist im Vordergrund zu erkennen. In dem Flansch 12 befinden sich drei Kühlmittelzulauföffnungen 7 sowie drei Kühlmittelablauföffnungen 8 für drei Kühlmittelkanäle 3, die sich radial außen um einen in 2 dargestellten Spiralkanal 2 herum erstrecken. Zur Übersichtlichkeit sind nur ein Kühlmittelkanal 3, eine Kühlmittelzulauföffnung 7 und eine Kühlmittelablauföffnung 8 beziffert.
Erfindungsgemäß ist zwischen den Kühlmittelkanälen 3 eine Verbindungswand 9, die eine innere Wandung 4 der Kühlmittelkanäle 3 mit einer äußeren Wandung 6 der Kühlmittelkanäle 3 miteinander verbindet. Die innere Wandung 4 begrenzt ihrerseits die Kühlmittelkanäle 3 gegenüber dem Spiralkanal 2 und die äußere Wandung 6 begrenzt die Kühlmittelkanäle 3 gegenüber einer Umgebung 5, der Umgebungsluft. In weiteren Ausführungsbeispielen können, je nach den Anforderungen an die Stabilität und den Kühlbedarf des Turbinengehäuses 1, auch mehr oder weniger Verbindungswände 9, bzw. Kühlmittelkanäle 3 realisiert sein. Eine Begrenzung der Kühlmittelkanäle 3 ist auf dem Turbinengehäuse 1 mit 10 beziffert.
Besonders bevorzugt erstreckt sich die Verbindungswand 9 weitgehend von der Kühlmittelzulauföffnung 7 zur Kühlmittelablauföffnung 8. Selbstverständlich können die Kühlmittelzulauföffnung 7 und die Kühlmittelablauföffnung 8 auch umgekehrt zueinander angeordnet sein.
Weiterhin weist die Verbindungswand 9 besonders bevorzugt eine ähnliche Materialstärke wie die innere und/oder äußere Wandung 4, 6 auf, damit heiße Bereiche, sog. „hot spots” vermieden werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Verbindungswand 9, die innere Wandung 4 und die äußere Wandung 6 einstückig ausgebildet. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch die Verbindungswand 9 nur mit der inneren Wandung 4 oder mit der äußeren Wandung 6 einstückig ausgebildet sein. In wiederum einem anderen Ausführungsbeispiel können die Verbindungswand 9, die innere Wandung 4 und die äußere Wandung 6 separate Einzelteile sein, die beispielsweise nach einer Montage des Turbinengehäuses 1 miteinander verschweißt oder hartgelötet werden.
Weiter ist in diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel das Turbinengehäuse 1 ein Gussteil, welches aus einem Stahlwerkstoff oder auch einem Leichtmetallwerkstoff bestehen kann.
2 zeigt einen Schnitt senkrecht zu einer Drehachse (X) eines nicht dargestellten Turbinenlaufrades durch das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 1 für einen Abgasturbolader. An dem Flansch 12 ist die Abgaseintrittsöffnung 11 erkennbar, die in den Spiralkanal 2 übergeht, in dessen Mitte das nicht dargestellte Turbinenlaufrad drehbar anordenbar ist. Weiter ist neben der Abgaseintrittsöffnung 11 die Kühlmittelzulauföffnung 7 erkennbar, von der aus sich der Kühlmittelkanal 3 radial außen um den Spiralkanal 2 bis zur Kühlmittelablauföffnung 8 erstreckt. Begrenzt ist der Kühlmittelkanal 3 wiederum durch die innere Wandung 4 gegenüber dem Spiralkanal 2 und über die äußere Wandung 6 gegenüber der Umgebung 5.
3 zeigt einen Schnitt entlang der Drehachse (X) des nicht dargestellten Turbinenlaufrades durch das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 1 für einen Abgasturbolader. Zwei Kühlmittelzulauföffnungen 7 und zwei Kühlmittelablauföffnungen 8, bzw. zwei Kühlmittelkanäle 3 sind durch die Verbindungswand 9 voneinander getrennt. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine wesentlich höhere Festigkeit des Turbinengehäuses 1 im Bereich des Spiralkanals 2 erzielt. Bei einem Bersten des nicht dargestellten Turbinenlaufrades können somit keine Bruchstücke des Turbinenlaufrades mehr durch das Turbinengehäuse 1 treten und das Turbinengehäuse 1 besteht problemlos den sog. Containment-Test. In vorteilhafter Weise bleibt der Kühleffekt für den Spiralkanal erhalten.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es, in thermisch hochbelasteten Bereichen des Turbinengehäuses 1 Verbindungswände 9, wie Rippen einzuarbeiten. Die Verbindungswände 9 bzw. die Rippen sollten eine ähnliche Wandstärke wie die des Turbinengehäuses 1 bzw. eines nicht dargestellten Abgaskrümmers ausgeführt werden. Gleiche Wandstärken sorgen dafür, dass keine heißen Bereiche, sog. „hot spots” im Turbinengehäuse 1 auftreten. Durch die Trennung des Kühlmittelkanals 3 können im Turbinenbereich Verbindungswände 9 bzw. Rippen realisiert werden, die sich sehr positiv auf die Bauteilfestigkeit auswirken. Die Materialanhäufungen im umlaufenden Bereich des Spiralkanals 2 dienen dazu, den Containment-Test abzusichern. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich eine wesentlich höhere Festigkeit des Turbinengehäuses 1 insbesondere im Bereich des Spiralkanals 2. Der Kühleffekt des Spiralkanals 2 bleibt in vorteilhafter Weise vollständig erhalten. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch für flüssigkeitsgekühlte Abgaskrümmer Verwendung finden.
Bezugszeichenliste

1: Turbinengehäuse
2: Spiralkanal
3: Kühlmittelkanal
4: innere Wandung
5: Umgebung
6: äußere Wandung
7: Kühlmittelzulauföffnung
8: Kühlmittelabfauföffnung
9: Verbindungswand
10: Begrenzung
11: Abgaseintrittsöffnung
12: Flansch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4307098 A1 [0002]
WO 2009/092792 A2 [0002]
DE 102008011258 A1 [0002]
DE 102008011257 A1 [0003]

Claims

Turbinengehäuse (1) für einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, wobei in dem Turbinengehäuse (1) zumindest ein, von einem Kühlmittel gekühlter Spiralkanal (2) zur Abgasführung vorgesehen ist, durch den das Abgas auf ein Turbinenrad leitbar ist, wobei für das Kühlmittel ein Kühlmittelkanal (3) vorgesehen ist, der sich weitgehend radial außen um den Spiralkanal (2) erstreckt, wobei der Kühlmittelkanal (3) gegenüber dem Spiralkanal (2) über eine innere Wandung (4) und gegenüber einer äußeren Umgebung (5) über eine äußere Wandung (6) gebildet ist und mit einer Kühlmittelzulauföffnung (7) und einer Kühlmittelablauföffnung (8), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlmittelkanal (3) zumindest eine Verbindungswand (9) vorgesehen ist, die die innere Wandung (4) und die äußere Wandung (6) verbindet.
Abgasturbolader nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verbindungswand (9) weitgehend von der Kühlmittelzulauföffnung (7) zur Kühlmittelablauföffnung (8) erstreckt.
Abgasturbolader nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungswand (9) eine ähnliche Materialstärke wie die innere und/oder äußere Wandung (4, 6) aufweist.
Abgasturbolader nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungswand (9) und die innere Wandung (4) und/oder die äußere Wandung (6) einstückig sind.
Abgasturbolader nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) ein Gussteil ist.