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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 103 44 868 A1 ist ein Abgasturbolader bekannt, der eine Turbine, einen Verdichter und eine Welle aufweist. Die Turbine besitzt ein Turbinenrad, das in einem Turbinengehäuse mit Spiralkanal angeordnet ist. Der Verdichter besitzt ein Verdichterrad, das in einem Verdichtergehäuse mit Spiralkanal angeordnet ist. Die Welle verbindet das Turbinenrad drehfest mit dem Verdichterrad und ist in einem Lagergehäuse drehbar gelagert.
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Beim bekannten Abgasturbolader ist das Turbinengehäuse mit einem Kühlmittelpfad ausgestattet, so dass das Turbinengehäuse mit einem flüssigen Kühlmittel kühlbar ist. Das Turbinengehäuse ist an das Lagergehäuse angebaut. Ferner ist beim bekannten Abgasturbolader das Verdichtergehäuse an das Lagergehäuse angebaut. Des Weiteren ist beim bekannten Abgasturbolader das Verdichtergehäuse zweiteilig konfiguriert, wobei ein an das Lagergehäuse angebauter Kanalteil den Spiralkanal enthält, während ein Deckelteil den Kanalteil an einer dem Lagergehäuse zugewandten Seite verschließt. Der Spiralkanal ist dabei in einem von der Turbine abgewandten Bereich angeordnet.
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Aus der
US 4,147,467 ist ein weiterer Abgasturbolader bekannt, bei dem das Turbinengehäuse einen Kühlmittelpfad zur Kühlung der Turbine aufweist. Dabei ist der Kühlmittelpfad in einem Kühlmantel ausgebildet, der das Turbinengehäuse mit Spiralkanal umhüllt. Ein erster Teil des Kühlmantels ist dabei integral am Lagergehäuse ausgeformt. Das Turbinengehäuse mit Spiralkanal ist an diesen ersten Teil des Kühlmantels angebaut. Ein zweiter Teil des Kühlmantels ist an den ersten Teil des Kühlmantels und an das Turbinengehäuse mit Spiralkanal angebaut. Auch bei diesem Abgasturbolader ist das Verdichtergehäuse zweiteilig konzipiert, wobei ein an das Lagergehäuse angebauter Kanalteil den Spiralkanal aufweist, während ein Deckelteil den Kanalteil an einer dem Lagergehäuse zugewandten Seite verschließt. Auch hier ist der Spiralkanal des Verdichters in einem von der Turbine abgewandten Bereich angeordnet.
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Der mehrteilige Aufbau des Abgasturboladers ist vergleichsweise aufwändig. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich durch einen reduzierten Herstellungsaufwand auszeichnet.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Lagergehäuse gemeinsam mit einem den Spiralkanal des Verdichtergehäuses aufweisenden Kanalteil des Verdichtergehäuses aus einem Stück herzustellen. Hierdurch entfällt ein Bauteil sowie die zugehörige Montage. Der Aufwand zur Herstellung des Abgasturboladers wird dadurch reduziert.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Kanalteil eine der Turbine zugewandte innere Seitenwand eines vom Verdichterrad zum Spiralkanal führenden ringförmigen Abströmkanals aufweisen. Hierdurch erhöht sich der Integrationsgrad im Kanalteil, was den Vorteil der Integration des Kanalteils in das Lagergehäuse erhöht.
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Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei welcher der Spiralkanal bezüglich der inneren Seitenwand in einem der Turbine zugewandten Bereich angeordnet oder ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme baut das Lagergehäuse mit Kanalteil axial, also parallel zur Rotationsachse der Welle vergleichsweise kompakt. Außerdem kann dadurch verdichterseitig entstehende Wärme besser in das Lagergehäuse abgeleitet werden.
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Zweckmäßig kann das Verdichtergehäuse ein Deckelteil aufweisen, das eine von der Turbine abgewandte äußere Seitenwand des zuvor genannten Abströmkanals aufweist. Diese äußere Seitenwand liegt dabei axial der inneren Seitenwand gegenüber. Der Deckelteil erhält dadurch eine Zusatzfunktion bei einfacher Herstellbarkeit.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der Deckelteil außerdem einen bezüglich der Drehachse der Welle axial orientierten Zuströmkanal aufweisen. In diesem Fall ist ein Einströmbereich, durch den die zu verdichtende Frischluft in den Verdichter zum Verdichterrad strömt, in den Deckteil integriert, wodurch der Deckelteil eine völlig neue Funktionalität erhält.
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Entsprechend einer anderen Weiterbildung kann der Deckelteil lösbar mit dem Kanalteil verbunden sein, beispielsweise mittels einer Verschraubung oder mittels einer Schelle oder mittels einer Schrumpfverbindung. Grundsätzlich kann der Deckelteil auch in den Kanalteil eingeschraubt sein. Der Deckelteil ist dann mit einem Außengewinde ausgestattet, während der Deckelteil mit einem dazu komplementären Innengewinde versehen ist. Alternativ kann der Deckelteil auch unlösbar mit dem Kanalteil verbunden sein. Vorstellbar sind beispielsweise eine Verschweißung, eine Verlötung, eine Verstemmung oder eine Verpressung.
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Zweckmäßig ist das Lagerteil mit dem Kanalteil als Gussteil konzipiert. Hierdurch lässt sich das kompakte Bauteil besonders preiswert realisieren.
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Vorteilhaft lässt sich das Lagergehäuse mit dem Kanalteil aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetalllegierung herstellen. Dies macht insbesondere dann Sinn, wenn das Turbinengehäuse gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform einen Kühlmittelpfad aufweist, so dass das Turbinengehäuse mit einem flüssigen Kühlmittel kühlbar ist. Das aus einem Leichtmetall, wie zum Beispiel Aluminium, oder aus einer Leichtmetalllegierung, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, hergestellte kombinierte Bauteil mit Lagergehäuse und Kanalteil kann die im Betrieb in das Lagergehäuse bzw. in das Verdichtergehäuse eingeleitete Wärme vergleichsweise gut ableiten und insbesondere dem gekühlten Turbinengehäuse zuführen. Somit kann die thermische Belastung des Lagergehäuses und des Verdichtergehäuses signifikant reduziert werden.
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Zweckmäßig kann der Deckelteil ebenfalls aus einem Leichtmetall bzw. aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein. Alternativ kann der Deckelteil auch aus Eisen bzw. aus einer Eisenlegierung, insbesondere aus Grauguss, hergestellt sein.
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Auch für das Turbinengehäuse wird ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung bevorzugt. Die Herstellung der einzelnen Gehäuseteile aus einem Leichtmetall bzw. aus einer Leichtmetalllegierung erhöht einerseits die Wärmeleitung, was in Verbindung mit einer aktiven Kühlung den Wärmehaushalt des Abgasturboladers verbessert bzw. die thermische Belastung des Abgasturboladers reduziert. Andererseits baut dadurch der Abgasturbolader insgesamt deutlich leichter, wodurch an einem damit ausgestatteten Fahrzeug Gewicht eingespart werden kann.
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Es ist klar, dass es grundsätzlich ebenso möglich ist, das Lagergehäuse mit Kanalteil und/oder den Deckelteil und/oder das Turbinengehäuse, insbesondere mit Kühlmantel aus einem Kunststoff herzustellen, der faserverstärkt sein kann. Die Verwendung von Kunststoffen kann sich beispielsweise dann anbieten, wenn die zu erwartenden Temperaturen geringer ausfallen als die Abgastemperaturen bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine und/oder sobald Kunststoffe mit noch höherer Temperaturbeständigkeit gefunden worden sind. Reduzierte Abgastemperaturen liegen beispielsweise bei Hybridantrieben vor, wenn die Brennkraftmaschine konstant, also quasi stationär auf einem optimalen Betriebspunkt betrieben wird und ein Zusatzantrieb, z.B. ein Elektromotor, nur eine gegebenenfalls benötigte zusätzliche Leistung erzeugt. Ebenso sind bei Brennstoffzellensystemen die Abgastemperaturen niedriger als bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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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.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch einen Abgasturbolader.
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Entsprechend 1 umfasst ein Abgasturbolader 1, der bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, zur Anwendung kommen kann, eine Turbine 2, einen Verdichter 3 und eine Welle 4. Die Turbine 2 weist ein Turbinenrad 5 auf, das in einem Turbinengehäuse 6 angeordnet ist. Das Turbinengehäuse 6 weist einen Spiralkanal 7 auf, der das zu entspannende Abgas dem Turbinenrad 5 radial zuführt. Im Beispiel ist das Turbinengehäuse 6 außerdem mit einem Kühlmantel 8 ausgestattet, der das Turbinengehäuse 6 zumindest im Bereich des Spiralkanals 7 umhüllt. Im gezeigten Beispiel ist der Kühlmantel 8 integral am übrigen Turbinengehäuse 6 ausgeformt. Insoweit ist das Turbinengehäuse 6 zusammen mit dem Kühlmantel 8 aus einem Stück hergestellt. Im Kühlmantel 8 ist ein Kühlmittelpfad 9 ausgebildet, durch den ein flüssiges Kühlmittel geführt werden kann, um das Turbinengehäuse 6 aktiv zu kühlen.
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Der Verdichter 3 weist ein Verdichterrad 10 auf, das in einem Verdichtergehäuse 11 angeordnet ist. Das Verdichtergehäuse 11 weist ebenfalls einen Spiralkanal 12 auf, der vom Verdichterrad 10 kommende verdichtete Frischluft abführt. Das Verdichtergehäuse 11 ist hier zweiteilig konfiguriert und umfasst einen Kanalteil 13, der den Spiralkanal 12 des Verdichtergehäuses 11 beinhaltet, und einen Deckelteil 14, der eine axiale Öffnung 23 des Kanalteils 13 und somit den Kanalteil 13 axial, also parallel zu einer Rotationsachse 15 der Welle 4 verschließt.
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Die Welle 4 verbindet das Turbinenrad 5 drehfest mit dem Verdichterrad 10. Die Welle 4 ist in einem Lagergehäuse 16 drehbar gelagert. Beim hier vorgestellten Abgasturbolader ist das Lagergehäuse 16 zusammen mit dem Kanalteil 13 des Verdichtergehäuses 11 aus einem Stück, also integral hergestellt. Im gezeigten Beispiel weist das Lagergehäuse 16 außerdem einen Schmierölkanal 17 auf, über den ein Schmieröl zum Schmieren und Kühlen von Lagerstellen der Welle 4 im Lagergehäuse 16 zuführbar und abführbar ist.
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Das Verdichtergehäuse 11 beinhaltet einen ringförmigen Abströmkanal 18, der die verdichtete Frischluft vom Verdichterrad 10 zum Spiralkanal 12 führt. Dieser Abströmkanal 18 ist dabei zwischen zwei Seitenwänden 19, 20 ausgebildet, die einander axial gegenüberliegen. Die eine Seitenwand 19 befindet sich an einer der Turbine 2 zugewandten Seite und wird im Folgenden als innere Seitenwand 19 bezeichnet. Die andere Seitenwand 20 befindet sich an einer von der Turbine 2 abgewandten Seite und wird im Folgenden als äußere Seitenwand 20 bezeichnet. Die innere Seitenwand 19 ist am Kanalteil 13 integral ausgeformt. Die äußere Seitenwand 20 ist dagegen am Deckelteil 14 integral ausgeformt.
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Bemerkenswert ist außerdem, dass der Spiralkanal 12 des Verdichters 3 bezüglich des Abströmkanals 18 bzw. bezüglich der inneren Seitenwand 19 in einem der Turbine 2 zugewandten Bereich angeordnet ist. Mit anderen Worten, entsprechend der Darstellung in 1 befindet sich der verdichterseitige Spiralkanal 12 rechts vom Abströmkanal 18. Durch diese Maßnahme wird die bauliche Integration des Spiralkanals 12 bzw. des Kanalteils 13 in das Lagergehäuse 16 verbessert. Insbesondere erleichtert sich dadurch die Herstellung des aus Lagergehäuse 16 und Kanalteil 13 gebildeten integralen Bauteils.
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Bei der hier vorgestellten Ausführungsform weist der Deckelteil 14 außerdem einen Zuströmkanal 21 auf, der bezüglich der Rotationsachse 15 oder Drehachse 15 axial orientiert ist. Demnach strömt die zu verdichtende Frischluft durch den Zuströmkanal 21 zum Verdichterrad 10 und wird von diesem in den Abströmkanal 18 gefördert, durch den es in den Spiralkanal 12 gelangt.
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Analog dazu weist das Turbinengehäuse 6 einen Abströmkanal 24 auf, der bezüglich der Rotationsachse 15 axial orientiert ist. Das entspannte Abgas strömt vom Turbinenrad 5 somit axial ab.
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Der Deckelteil 14 ist auf geeignete Weise am Kanalteil 13 befestigt. Hierbei können lösbare Verbindungen ebenso zur Anwendung kommen wie unlösbare Verbindungen. Rein exemplarisch ist in 1 eine Schweißverbindung 22 angedeutet, um den Deckelteil 14 am Kanalteil 13 zu fixieren.
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Zweckmäßig handelt es sich beim Lagergehäuse 16 mit dem darin integrierten Kanalteil 13 um ein Gussteil. Dabei kann das Lagergehäuse 16 mit Kanalteil 13 aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein. Der Deckelteil 14 kann ebenfalls aus einem Leichtmetall bzw. aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein. Alternativ dazu ist es grundsätzlich ebenso möglich, den Deckelteil 14 aus Eisen bzw. aus einer Eisenlegierung, insbesondere aus Grauguss herzustellen.
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Das Turbinengehäuse 6, insbesondere mit daran integral ausgeformten Kühlmantel 8 kann zweckmäßig ebenfalls aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein.
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Ein besonderer Vorteil des hier vorgestellten Abgasturboladers 1 ist darin zu sehen, dass die aktive Kühlung des Turbinengehäuses 6 die Verwendung weniger temperaturbeständiger Materialien zur Herstellung einerseits des Turbinengehäuses 6 und andererseits des Lagergehäuses 16 und wenigstens eines Teils, nämlich des Kanalteils 13 des Verdichtergehäuses 11 ermöglicht. Die Verwendung dieser leichteren Materialien unterstützt dabei die Wärmeleitung vom Verdichter 3 zur Turbine 2, so dass auch die thermische Belastung des Verdichters 3 durch die Kühlung der Turbine 2 reduziert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10344868 A1 [0002]
- US 4147467 [0004]
