DE102012201871A1

DE102012201871A1 - Verfahren zur Herstellung eines Abgasturbolader-Turbinengehäuses mit Trennwand

Info

Publication number: DE102012201871A1
Application number: DE201210201871
Authority: DE
Inventors: Holger Fäth; Hartmut Claus; August Hofbauer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-08-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Trennwand versehenen Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader. Gemäß diesem Verfahren wird ein Gießwerkzeug bereitgestellt, ein Sandkern in das Gießwerkzeug eingesetzt, eine Trennwand in den Sandkern eingebracht, der Hohlraum im Gießwerkzeug mit Gussmaterial aufgefüllt, das gebildete Turbinengehäuse-Rohteil mit darin eingesetztem zweiten Bereich der Trennwand abgekühlt und schließlich das abgekühlte Turbinengehäuse-Rohteil mit darin eingegossenem zweiten Bereich der Trennwand und den Innenbereich des Turbinengehäuse-Rohteils in zwei Bereiche trennendem ersten Bereich der Trennwand aus dem Gießwerkzeug entnommen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasturbolader-Turbinengehäuses, welches eine Trennwand aufweist.
Aus der DE 32 32 925 A1 ist bereits ein Turbolader bekannt, der ein unterteiltes Turbinengehäuse aufweist. Dieses enthält eine erste und eine zweite Ringkammer zur Aufnahme von heißen Gasen, wobei diese Kammern in einem ringförmigen Gehäuse angeordnet sind. Des Weiteren enthält der Turbolader ein in diesen ringförmigen Kammern radial nach innen angeordnetes Turbinenrad. Die erste und die zweite Ringkammer werden durch eine Trennwand begrenzt. Dabei werden die beiden Hälften des Turboladergehäuses und die Trennwand jeweils getrennt hergestellt und dann miteinander verbunden. Diese Verbindung ist derart ausgestaltet, dass sich im Betrieb des Abgasturboladers die Trennwand in Radialrichtung ausdehnen kann, so dass keine thermisch bedingten Belastungen des Turboladergehäuses auftreten. Des Weiteren werden durch Wärme induzierte Belastungen in der Trennwand vermieden.
Aus der WO 2007/135449 A1 ist ein Turbolader bekannt, der ein mit einer Trennwand ausgestattetes Turbinengehäuse aufweist. Auch bei diesem Turbolader werden die beiden Hälften des Turbinengehäuses und die Trennwand getrennt hergestellt und dann miteinander verbunden. Auch diese Verbindung ist derart ausgestaltet, dass im Betrieb des Turboladers die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Rissen im Turboladergehäuse und der Trennwand reduziert ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines eine Trennwand aufweisenden Abgasturbolader-Turbinengehäuses anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Der Anspruch 2 hat ein Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader zum Gegenstand.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden bei einem Verfahren zur Herstellung eines Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader folgende Schritte durchgeführt:

– Bereitstellen eines Gießwerkzeuges,
– Einsetzen eines Sandkernes in das Gießwerkzeug derart, dass im Gießwerkzeug ein Hohlraum verbleibt, der die Form des herzustellenden Turbinengehäuses aufweist,
– Einbringen einer Trennwand in den Sandkern derart, dass ein erster Bereich der Trennwand vom Sandkern umschlossen ist und ein zweiter Bereich der Trennwand sich in den Hohlraum erstreckt,
– Auffüllen des Hohlraumes mit Gussmaterial zur Bereitstellung eines Turbinengehäuse-Rohteils mit darin eingesetztem zweiten Bereich der Trennwand,
– Abkühlen des Turbinengehäuse-Rohteils mit darin eingesetztem zweiten Bereich der Trennwand und
– Entnahme des abgekühlten Turbinengehäuse-Rohteils mit darin eingegossenem zweiten Bereich der Trennwand und den Innenbereich des Turbinengehäuse-Rohteils in zwei Bereiche trennendem ersten Bereich der Trennwand aus dem Gießwerkzeug.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Herstellung eines Abgasturbolader-Turbinengehäuses mit darin befestigter Trennwand mittels eines Arbeitsvorganges erfolgen kann. Es ist nicht notwendig, die Gehäusehälften eines Abgasturbolader-Turbinengehäuses und die Trennwand jeweils separat herzustellen und danach zusammen zu fügen.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
1 eine Skizze zur Veranschaulichung von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader,
2 eine Skizze zur Veranschaulichung weiterer Verfahrensschritte zur Herstellung eines Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader,
3 eine Skizze zur Veranschaulichung des aus dem Gießwerkzeug entnommenen Turbinengehäuse-Rohteils mit darin befestigter Trennwand,
4 eine vergrößerte Darstellung des Details D von 3,
5 Skizzen zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für ein Twinscroll-Turbinengehäuse mit eingegossener Trennwand,
6 eine Skizze zur Veranschaulichung einer in einen Sandkern eingesetzten, mit einer Beschichtung versehenen Trennwand,
7 eine Skizze zur Veranschaulichung einer wellig ausgestalteten Trennwand,
8 eine Skizze zur Veranschaulichung einer in Form einer Tellerfeder ausgestalteten Trennwand,
9 eine Skizze zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für ein mit einer eingegossenen Trennwand versehenes, wassergekühltes Aluminium-Turbinengehäuse,
10 eine Skizze zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für ein Twinscroll-Diagonal-Turbinengehäuse mit eingegossener Trennwand und
11 eine Skizze zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für ein Mixflow-Turbinengehäuse mit eingegossener Trennwand.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Herstellung eines Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader, wobei das Turbinengehäuse in seinem Innenbereich eine Trennwand aufweist.
Die 1 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung von Verfahrensschritten zur Herstellung eines derartigen Turbinengehäuses.
Zunächst erfolgt eine Bereitstellung eines Gießwerkzeugs. Dieses Gießwerkzeug ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel zweiteilig und weist einen Unterkasten 1 und einen Oberkasten 2 auf, wobei der Oberkasten 2 aus der 2 ersichtlich ist.
In dieses Gießwerkzeug wird ein Sandkern 3, 4 derart eingesetzt, dass im Gießwerkzeug ein Hohlraum 5 (siehe 2) verbleibt, der die Form des herzustellenden Turbinengehäuses aufweist. Zu diesem Zweck wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst ein lagergehäuseseitiger Spiralkern 3 in den Unterkasten 1 eingesetzt, welcher mit zugehörigen Aussparungen bzw. Bohrungen versehen ist. Danach erfolgt ein Einbringen einer Trennwand 6 auf den in den Unterkasten 1 eingesetzten lagergehäuseseitigen Spiralkern 3. Bei dieser Trennwand 6 handelt es sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen um eine Scheibe, die in ihrem radialen Innenbereich eine durchgehende Aussparung aufweist. Auf diese Scheibe 6 wird im nächsten Schritt ein turbinengehäuseseitiger Sandkern 4 aufgesetzt. Anschließend erfolgt ein Aufsetzen des Oberkastens 2, so dass ein geschlossenes Gießwerkzeug gebildet wird, innerhalb dessen ein Sandkern 3, 4 mit eingesetzter Trennwand 6 enthalten ist.
Dies ist in der 2 dargestellt, welche eine Skizze zur Veranschaulichung weiterer Verfahrensschritte zur Herstellung des Turbinengehäuses zeigt. Aus der 2 ist ersichtlich, dass innerhalb des Gießwerkzeugs 1, 2 ein Hohlraum 5 verbleibt. Des Weiteren ist aus der 2 ersichtlich, dass die Trennwand 6 einen ersten Bereich 6a und einen zweiten Bereich 6b aufweist. Der erste Bereich 6a der Trennwand 6 ist vollständig vom Sandkern 3, 4 umschlossen. Der zweite Bereich 6b der Trennwand erstreckt sich in den Hohlraum 5.
Im nächsten Schritt wird der Hohlraum 5 durch einen in der 2 nicht gezeichneten Speisezugang des Oberkastens 2 mit Gussmaterial aufgefüllt. Durch dieses Auffüllen des Hohlraums 5 mit Gussmaterial wird ein Turbinengehäuse-Rohteil bereitgestellt, bei welchem der zweite Bereich 6b der Trennwand 6 von Gussmaterial eingeschlossen ist. Anschließend erfolgt ein Abkühlen des Turbinengehäuse-Rohteils mit darin eingesetztem zweiten Bereich 6b der Trennwand 6. Schließlich erfolgt eine Entnahme des abgekühlten Turbinengehäuse-Rohteils mit darin eingegossenem zweiten Bereich der Trennwand aus dem Gießwerkzeug. Dabei ist im Turbinengehäuse-Rohteil die Trennwand über ihren gesamten radial äußeren Bereich von Gussmaterial umschlossen und im Turbinengehäuse-Rohteil fixiert.
Die 3 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung des aus dem Gießwerkzeug entnommenen Turbinengehäuse-Rohteils mit darin befestigter Trennwand. Dabei ist ersichtlich, dass der zweite Bereich 6b der Trennwand 6 in das fest gewordene Gussmaterial des Turbinengehäuse-Rohteils 7 eingegossen ist und der erste Bereich 6a der Trennwand 6 den Innenbereich des Turbinengehäuse-Rohteils 7 in zwei Bereiche trennt.
Die 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details D von 3. Auch aus dieser vergrößerten Darstellung ist ersichtlich, dass der zweite Bereich 6b der Trennwand 6 in das Gussmaterial des Turbinengehäuse-Rohteils eingegossen ist und der erste Bereich 6a der Trennwand 6 den Innenbereich des Turbinengehäuse-Rohteils 7 in zwei Bereiche trennt.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Trennwand 6 in Form einer (flachen) Scheibe realisiert. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, zumindest den ersten Bereich 6a der Trennwand 6 mittels eines Prägewerkzeugs spannungsgünstig vorzuprägen. Beispielsweise kann die Trennwand 6 tellerfederförmig vorgeprägt sein oder wellig vorgeprägt sein. Im Falle einer Verwendung einer derart spannungsgünstig vorgeprägten Trennwand ist die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Überlastung im Betrieb weiter reduziert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die scheibenförmige oder spannungsgünstig vorgeprägte Trennwand vor dem Einsetzen in den Sandkern mit einer Beschichtung zu versehen, um im Betrieb des Abgasturboladers Wärmeausdehnungen der Trennwand zuzulassen, ohne dass Risse im Turbinengehäuse auftreten.
Bei der Trennwand 6 handelt es sich beispielsweise um eine Trennwand aus Blech. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Trennwand aber aus einem Material, das hitzebeständig ist, vorzugsweise aus einer Nickelbasislegierung (Inconel) oder einer anderen hoch hitzebeständigen Legierung.
Vorzugsweise ist die Trennwand 6 sehr dünn realisiert. Beispielsweise weist sie eine Dicke von lediglich 1 mm bis 2 mm auf. Der Vorteil einer derart dünnen Trennwand besteht darin, dass der Wirkungsgrad der Einströmung des heißen Abgases in das Turbinenrad gesteigert ist.
Bei dem Turbinengehäuse 7 handelt es sich beispielsweise um ein Turbinengehäuse aus Stahl. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Turbinengehäuse aber aus Aluminium. Dies hat den Vorteil einer Gewichtseinsparung beim Turbinengehäuse. Ein derartiges Turbinengehäuse aus Aluminium mit eingegossener Trennwand weist in vorteilhafter Weise des Weiteren einen Wasserkern auf, durch welchen im Betrieb des Abgasturboladers Wasser zur Kühlung des Turbinengehäuses geleitet wird. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Rissen im Turbinengehäuse weiter reduziert. Die Erfindung ermöglicht folglich eine Realisierung eines mit einer Trennwand versehenen und aus Aluminium bestehenden Turbinengehäuses, das den im Betrieb des Abgasturboladers auftretenden thermischen Belastungen Stand hält.
Nachfolgend werden anhand der 5–11 Ausführungsbeispiele für Turbinengehäuse veranschaulicht, die mittels eines Verfahrens gemäß der Erfindung hergestellt werden können.
Die 5 zeigt Skizzen zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für ein Twinscroll-Turbinengehäuse mit eingegossener Trennwand 6. Die dort gezeigten Schnittansichten zeigen die Form und den Verlauf der in das Turbinengehäuse eingegossenen Trennwand.
Die 6 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung einer in einen einteiligen Sandkern 10 eingesetzten, mit einer Beschichtung 9 versehenen Trennwand 6. Diese Beschichtung verhindert, dass beim Gießvorgang eine feste Verbindung der Trennwand 6 mit der Gussmasse entsteht.
Die 7 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung einer wellig ausgestalteten, in das Turbinengehäuse eingegossenen Trennwand 6.
Die 8 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung einer in das Turbinengehäuse eingegossenen, in Form einer Tellerfeder ausgestalteten Trennwand 6.
Die Vorteile einer wellig oder in Tellerfederform ausgestalteten Trennwand bestehen darin, dass die Trennwand in Form und Ausbildung für eine Temperaturwechselbelastung optimiert ist. Dies kann aber auch durch eine noch andere Formgebung der Trennwand erreicht werden.
Die 9 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für ein mit einer eingegossenen Trennwand 6 versehenes, wassergekühltes Aluminium-Turbinengehäuse 7, wobei der in diesem Turbinengehäuse enthaltene Wasserkern mit der Bezugszahl 8 bezeichnet ist. Die Nähe des Wasserkernes zu dem eingegossenen Bereich der Trennwand verhindert in vorteilhafter Weise im Betrieb des Abgasturboladers eine Überhitzung dieses Bereiches und vermeidet dort auftretende Risse.
Die 10 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für ein Twinscroll-Diagonal-Turbinengehäuse mit eingegossener, wellig geformter Trennwand 6.
Die 11 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für ein Mixflow-Turbinengehäuse mit eingegossener Trennwand 6.
Bei den in den 10 und 11 gezeigten Ausführungsbeispielen erfolgt die Anströmung zum Turbinenrad jeweils mit einem axialen Anteil.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3232925 A1 [0002]
WO 2007/135449 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen eines Gießwerkzeuges (1, 2), – Einbringen einer Trennwand (6) in einen Sandkern derart, dass ein erster Bereich (6a) der Trennwand vom Sandkern umschlossen ist und ein zweiter Bereich (6b) der Trennwand sich in den Hohlraum erstreckt, – Einsetzen des Sandkernes (3, 4) in das Gießwerkzeug derart, dass im Gießwerkzeug ein Hohlraum (5) verbleibt, der die Form des herzustellenden Turbinengehäuses aufweist, – Auffüllen des Hohlraumes mit Gussmaterial zur Bereitstellung eines Turbinengehäuse-Rohteils (7) mit darin eingesetztem zweiten Bereich der Trennwand, – Abkühlen des Turbinengehäuse-Rohteils mit darin eingesetztem zweiten Bereich der Trennwand und – Entnahme des abgekühlten Turbinengehäuse-Rohteils mit darin eingegossenem zweiten Bereich der Trennwand und den Innenbereich des Turbinengehäuse-Rohteils in zwei Bereiche trennendem ersten Bereich der Trennwand aus dem Gießwerkzeug.
Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader, welches eine Trennwand (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich (6a) der Trennwand den Innenbereich des Turbinengehäuses in zwei Bereiche trennt und ein zweiter Bereich (6b) der Trennwand in das Turbinengehäuse eingegossen ist.
Turbinengehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Aluminium besteht.
Turbinengehäuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Wasserkern (8) aufweist.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Trennwand (6) im Bereich von 1 mm bis 2 mm liegt.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand aus einer Nickelbasislegierung besteht.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (6) mit einer Beschichtung versehen ist.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (6) wellig oder als Tellerfeder ausgebildet ist.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 2–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmung zum Turbinenrad mit einem axialen Anteil erfolgt.