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Verweis auf bezogene Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0112248 , eingereicht im koreanischen Patentamt am 31. Oktober 2011, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse eines Turboladers für ein Fahrzeug (z. B. Kraftfahrzeug). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Turbinengehäuse eines Turboladers für ein Fahrzeug, welches die Haltbarkeit (Widerstandsfähigkeit) verbessert/Lebensdauer erhöht.
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Bezogene Technik
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Üblicherweise kann die Verbrennungsmotorausgangsleistung pro Zyklus erhöht werden, wenn der Druck der Ansaugluft, welche in den Zylinder eines Verbrennungsmotors strömt, über atmosphärischen Druck und die Luftmenge im Zylinder erhöht wird. Dies wird (Turbo-)Aufladung genannt. Mechanische Aufladung verschlechtert den thermischen Wirkungsgrad, obwohl die Kurbelwellenleistung erhöht wird, da die Ausgangsleistung der Kurbelwelle zur Verdichtung des Gases genutzt wird.
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Um dieses Problem zu lösen, wurde der Abgasturbolader entwickelt. Beim Abgasturbolader, führt ein Verdichter, welcher fest mit einer Abgasturbine verbunden ist, dem Zylinder Luft zu, wenn die Abgasturbine durch die Energie des Abgases angetrieben wird. Damit wird die Antriebsleistung verbessert. Der Abgasturbolader ist in Dieselmotoren weit verbreitet, in welchen im Gegensatz zu Ottomotoren üblicherweise kein Klopfen auftritt, falls der Druck im Zylinder durch Turboaufladung übermäßig erhöht wird.
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Im Detail sind in einem Turbolader ein Turbinenrad, welches die Energie des Abgases wiedergewinnt, und ein Verdichterrad, welches verdichtete Luft in den Zylinder einbringt, an jeweiligen Enden der gleichen Welle angeordnet, und ein Gehäuse umgibt jedes Rad, um den Abgasstrom und die (Ansaug-)Luft zu führen, Beispielsweise sind Turbinengehäuse eingeteilt in zwei Typen: den Einzel-Schnecken-Lader (Single-Scroll-Lader), welcher einen Abgaskanal hat, und den Zwillings-Schnecken-Lader (Twin-Scroll-Lader), welcher zwei, durch eine Abtrennung (z. B. Trennwand) geteilte Abgaskanäle hat. Der Zwillings-Schnecken-Lader verhindert eine Abgasüberlagerung des Verbrennungsmotors und nutzt effizient einen Stoßeffekt des Abgases und somit kann die Effizienz der Drehbewegung des Turbinenrads verbessert werden.
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Die Druckdifferenz zwischen den Zylindern beim Zwillings-Schnecken-Lader ist im Vergleich zum Einzel-Schnecken-Lader jedoch größer, und deshalb wird eine seitliche Kraft auf die Abtrennung aufgrund der Abgasstromstöße ausgeübt. Daher entsteht oft ein Riss bzw. Sprung in der Abtrennung. Die Haltbarkeit der Abtrennung kann ferner durch wiederholtes Ausdehnen und Zusammenziehen aufgrund eines abnormen Temperatur-Inversions-Effektes (z. B. abnormen Temperaturunterschieds) von inneren (z. B. radial weiter innen liegenden) und äußeren (z. B. radial weiter außen liegenden) Bereichen der Schnecke (z. B. und der Abtrennung) geschwächt werden.
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Die Informationen, welche in dem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung” offenbart sind, dienen lediglich zum besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollten nicht als Bestätigung oder in irgendeiner Weise als Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann (schon) bekannt ist, gehören.
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Erläuterung der Erfindung
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Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung schaffen ein Turbinengehäuse eines Turboladers für ein Fahrzeug, welches Vorteile hinsichtlich einer verbesserten Haltbarkeit einer Abtrennung des Turbinengehäuses eines Zwillings-Schnecken-Laders hat.
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In einem Aspekt der Erfindung kann ein Turbinengehäuse eines Turboladers für ein Fahrzeug, welches mit einem Abgaskrümmer verbunden ist und in welchem ein Turbinenrad unter Ausnutzung der kinetischen Energie des hindurch strömenden Abgases gedreht wird, aufweisen: einen Turbinenradaufnahmeabschnitt, welcher die Form eines runden (z. B. kreisrunden) Lochs hat, um das Turbinenrad darin aufzunehmen, einen Schneckenabschnitt (Schneckenkanalabschnitt), welcher den Turbinenradaufnahmeabschnitt umgebend ausgebildet ist, wobei ein Abgaskanal entlang einer Drehrichtung des Turbinenrads in (z. B. durch) dem Schneckenabschnitt ausgebildet ist, eine Abtrennung, welche den Abgaskanal des Schneckenabschnitts in wenigstens zwei Kanäle aufteilt, und einen Schlitz (z. B. einen Durchgangsschlitz), welcher an der Abtrennung in eine radiale Richtung der Abtrennung ausgebildet ist.
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Die Abtrennung kann aufweisen: Eine Schneckenwand (z. B. Trennwand), welche sich von der Innenfläche des Schneckenabschnitt in Richtung eines Zentrums des Turbinengehäuses erstreckt, und eine Schneckenspitze (z. B. Trennwandspitze), welche an einem Endabschnitt der Schneckenwand ausgebildet ist, wobei die Schneckenspitze dünner ist als die Schneckenwand.
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Der Schneckenabschnitt kann aufweisen: Innere Ränder, welche sich von einer Innenfläche des Turbinengehäuses ausgehend erstrecken und zwischen welchen die Schneckenspitze angeordnet ist, um das Abgas dem Turbinenrad durch Öffnungen, welche zwischen den Rändern und der Schneckenspitze ausgebildet sind, zuzuführen.
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Ein (Der) Durchmesser (bezüglich des Zentrums des Turbinengehäuses) der Ränder ist kleiner als ein (der) Durchmesser der Schneckenspitze.
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Wenigstens ein Abschnitt des Abgaskanals des Schneckenabschnitts ist in Richtung des Turbinenrands geöffnet, so dass die kinetische Energie des Abgases dem Turbinenrad zugeführt wird.
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Eine (Die) Breite des Schlitzes ist konstant entlang einer radialen Richtung der Abtrennung.
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Die Breite des Schlitzes liegt zwischen einem Wert von ungefähr 0.2 mm und einem Wert von ungefähr 0.4 mm.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder detaillierter ausgeführt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Turbinengehäuses eines Turboladers für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine schematische Darstellung eines Turboladers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schneckenabschnitts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 ist eine perspektivische Ansicht einer Abtrennung (hier einer Trennwand) entlang einer Linie A-A in 2.
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Es sollte klar sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, unter anderem z. B. konkrete Abmessungen, Richtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
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In allen Zeichnungen beziehen sich die gleichen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten. Ansprüchen definiert, enthalten sein können.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Turbinengehäuses eines Turboladers für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 1 gezeigt, ist ein Turbinengehäuse 10 eines Turboladers für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Abgaskrümmer 30 verbunden, und weist einen Schneckenabschnitt (Schneckenkanalabschnitt) 11 und einen Turbinenradaufnahmeabschnitt 15 auf.
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Das Turbinengehäuse 10 ist derart ausgebildet, um Abgas aus dem Abgaskrümmer 30 zu erhalten. Weiterhin ist das Turbinengehäuse 10 derart ausgebildet, um eine Turbine mit der kinetischen Energie des Abgases zu betreiben.
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Der Turbinenradaufnahmeabschnitt 15 ist in Form eines kreisförmigen Lochs ausgebildet, welches das Turbinengehäuse 10 durchdringt.
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Der Schneckenabschnitt 11 bildet Kanäle aus, um das Abgas entlang einer äußeren Kreislinie des Turbinenradaufnahmeabschnitts 15 zu strömen/strömen zu lassen.
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2 ist eine schematische Darstellung eines Turboladers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 2 gezeigt, weist der Schneckenabschnitt 11 ein Energiezuführloch 17 (z. B. Öffnung, durch die die Energie des Abgases dem Turbinenrad zugeführt wird), eine Abtrennung 14 und eine Zwillingsschnecke (Zwillingsschneckenkanalabschnitt/Twin-Scroll) 12 auf und ein Turbinenrad 16 ist an dem Turbinenradaufnahmeabschnitt 15 angeordnet.
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Das Energiezuführloch 17 ist entlang einer inneren Kreislinie des Schneckenabschnitts 11 ausgebildet, so dass ein Abgaskanal des Schneckenabschnitts 11 zu dem Turbinenrad 16 hin mit einer vordefinierten Spaltweite geöffnet ist.
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Die Abtrennung 14 ist derart ausgebildet, dass diese den Abgaskanal des Schneckenabschnitts 11 in zwei Kanäle teilt und die beiden Kanäle, welche von der Abtrennung 14 getrennt sind, werden Zwillingsschnecke (Twin-Scroll) 12 genannt. Die Abtrennung 14 steht ferner von einer inneren Fläche eines radial äußeren/radial außen gelegenen Abschnitts des Schneckenabschnitts 11 bis in die Nähe des Energiezuführlochs 17 vor und als Folge wird die Zwillingsschnecke 12 ausgebildet.
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Wenn das Abgas vom Abgaskrümmer 30 dem Turbinengehäuse 10 zugeführt wird, dann rotiert das Abgas um das Turbinenrad 15 entlang der Zwillingsschnecke 12. Zu diesem Zeitpunkt, wird die Energie des Abgases dem Turbinenrad 16 durch das Energiezuführloch 17 zugeführt. Folglich wird das Turbinenrad 16 gedreht. Die Pfeile in 2 stellen den Fluss des Abgases dar, welches vom Abgaskrümmer 30 zugeführt wird.
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Das Drehmoment des Turbinenrads 16, welches wie durch den oben beschriebenen Vorgang gedreht wird, wird (über die gemeinsame Welle) einem Verdichterrad 20 zugeführt und die verdichtete Luft, welche durch die Drehung des Verdichterrads 20 entsteht, wird einem Zylinder zugeführt. Die Funktion des Turboladers, der die Ausgangsleistung eines Verbrennungsmotors durch diese Vorgänge verbessert, ist dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet wird.
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3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schneckenabschnitts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 3 gezeigt, weist die Abtrenung 14, die den Abgaskanal des Schneckenabschnitts 11 derart teilt, dass die Zwillingsschnecke 12 entsteht, eine Schneckenwand (z. B. Trennwand) 14a und eine Schneckenspitze (z. B. Trennwandspitze) 14b auf.
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Die Schneckenwand 14a bezieht sich auf einen Teil der Abtrennung 14, welche von der inneren Fläche des radial äußeren Bereichs des Schneckenabschnitts 11 hervorsteht. Ferner bezieht sich die Schneckenspitze 14b auf einen anderen Teil der Abtrennung 14 nahe des Energiezuführlochs 17. Mit anderen Worten wird die Schneckenspitze 14b, welche dem Turbinenrad 16 nahe ist, schneller erwärmt als die Schneckenwand 14a. Die Schneckenspitze 14b, welche dünner als die Schneckenwand 14a ausgebildet ist, gibt ferner Wärme einfach(er) ab und kühlt schnell(er) ab/kann schnell(er) gekühlt werden (als die Schneckenwand 14a). Aus diesem Grund, kann übermäßiges (z. B. temperaturbedingtes) Zusammenziehen und Ausdehnen der Schneckenspitze 14b im Vergleich zur Schneckenwand 14a auftreten.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weist der Schneckenabschnitt 11 innere Ränder 25 auf, welche sich ausgehend von einer Innenfläche des Turbinengehäuses 10 erstrecken, und die Schneckenspitze 14b ist zwischen den Rändern 25 angeordnet, um Abgas dem Turbinenrad 16 durch Öffnungen zuzuführen, welche zwischen den Rändern 25 und der Schneckenspitze 14b ausgebildet sind.
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Der Durchmesser (in Bezug auf das Zentrum des Turbinengehäuses) der Ränder 25 kann kleiner als der Durchmesser der Schneckenspitze 14b sein.
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4 ist eine perspektivische Ansicht einer Abtrennung entlang einer Linie A-A in 2.
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Wie in 4 gezeigt kann die Abtrennung 14 eine runde (z. B. kreisrunde) Form haben und einen Schlitz (oder auch mehrere Schlitze) 18 aufweisen, wenn man sie entlang der Linie A-A in 2 betrachtet.
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Wenigstens einer der Schlitze 18 ist in radialer Richtung an (bzw. in) der runden Form der Abtrennung 14 ausgebildet (und geht z. B. in Axialrichtung durch die Trennwand durch). Jeder Schlitz 18 ist ferner ein schmaler Spalt, welcher von der Schneckenspitze 14b zur Schneckenwand 14a ausgebildet ist, um die Abtrennung 14 zu zerschneiden bzw. in mehrere getrennte Abschnitte zu teilen. Ferner kann die Breite des Schlitzes 18 ungefähr zwischen ca. 0.2 mm und ca. 0.4 mm liegen, vorzugsweise bei ungefähr 0.3 mm.
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Drei gerade Schlitze 18 zerschneiden die Abtrennung 14 wie in 4 gezeigt, aber die Anzahl und die Form der Schlitze 18 sind nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform in 4 beschränkt. Die Anzahl und die Form der Schlitze 18 kann verschiedenartig von einem Fachmann verändert werden.
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Da die Schlitze 18, wie oben beschrieben, an (bzw. in) der Abtrennung 14 ausgebildet sind, kann die Haltbarkeit (Widerstandsfähigkeit) der Abtrennung 14, welche wiederholtes (z. B. temperaturbedingtes) Ausdehnen und Zusammenziehen erfährt, verbessert werden. Mit anderen Worten wird die Alterung (der Verschleiß) des Turboladers verringert, da das Auftreten eines Risses in der Abtrennung 14 vermieden wird.
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Obwohl die Erfindung in Verbindung mit gegenwärtig als zweckmäßig angesehenen, beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es klar, dass die Erfindung nicht auf die (hierin) offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu gedacht ist, diverse Alternativen. und Abwandlungen abzudecken, die im Sinn und Umfang der angehängten Ansprüchen enthalten sein können.
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Zur Erleichterung der Erklärung und genauen Definition der beigefügten Ansprüche werden die Begriffe „obere(r), „untere(r)”, „innere(r)” und „äußere(r)” dazu verwendet, um Eigenschaften der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf Positionen dieser Merkmale, welche in den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben.
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Die vorhergehende Beschreibung von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diente dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihrer praktischen Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist gewünscht, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2011-0112248 [0001]
