DE102014206162A1

DE102014206162A1 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102014206162A1
Application number: DE102014206162.8A
Authority: DE
Inventors: Michal Klusácek
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-10-01
Also published as: CN104975949A; US20150275765A1; US9932904B2; CN104975949B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) mit einem Verdichtergehäuse (2) und einem Turbinengehäuse (3). Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Turbinengehäuse (3) über zumindest drei wärmeisolierende Abstandsstifte (5) mit dem Verdichtergehäuse (2) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Verdichtergehäuse und einem Turbinengehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2008 048 126 A1 ist ein gattungsgemäßer Abgasturbolader mit einem Verdichtergehäuse und einem Turbinengehäuse bekannt, wobei die Lagerstellen eines Rotors im Turbinengehäuse und im Verdichtergehäuse sitzen, da diese direkt aneinander angebaut sind, ohne das üblicherweise zwischen Turbinengehäuse und Verdichtergehäuse angeordnete Lagegehäuse. Das Turbinengehäuse ist dabei über einen Distanzring mit dem Turbinengehäuse verbunden, wobei der Distanzring gleichzeitig als Lagerring für eine variable Turbinengeometrie dienen soll. Radial außerhalb des Distanzrings ist das Turbinengehäuse auch direkt mit dem Verdichtergehäuse verbunden, wodurch es hier zu einer Wärmeübertragung kommen kann.
Aus der DE 200 09 004 U1 ist ein weiterer Abgasturbolader mit einer mit der Abgasseite eines Verbrennungsmotors verbundenen Gasturbine bekannt, wobei ein Turbinengehäuse und ein Verdichtergehäuse unmittelbar miteinander zu einem Gehäuse verbunden sind. Eine Wärmeisolierung zwischen diesen beiden Gehäusen ist nicht vorgesehen.
Bei üblichen Abgasturboladern liegt zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse ein Lagergehäuse zur Lagerung eines Rotors, weshalb ein direkter Wärmeübertrag zwischen dem Turbinengehäuse auf das Verdichtergehäuse und verbunden damit Wärmedehnungsprobleme üblicherweise nicht auftreten. Bei Abgasturboladern, deren Rotoren jedoch im Turbinengehäuse und im Verdichtergehäuse gelagert sind und bei denen zwischen diesen beiden Gehäusen kein Lagergehäuse vorgesehen ist, kann es zu einem unerwünschten Wärmeübertrag kommen, der unter Umständen zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Abgasturboladers führen kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Abgasturbolader der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Abgasturbolader ohne Lagergehäuse ein Turbinengehäuse über zumindest drei wärmeisolierende Abstandsstifte mit einem Verdichtergehäuse zu verbinden. Die zumindest drei Abstandsstifte besitzen dabei einen vergleichsweise geringen Wärmeleitkoeffizient, wodurch eine Wärmeübertragung zwischen dem vergleichsweise heißen Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse stark reduziert werden kann. Diese ist insbesondere für solche Abgasturbolader von elementarer Bedeutung, bei welchen das Turbinengehäuse ohne Zwischenschaltung eines Lagergehäuses am Verdichtergehäuse angeordnet wird.
Zweckmäßig sind die Abstandsstifte aus Keramik, insbesondere aus Zirkoniumoxid, ausgebildet. Derartige aus Keramik ausgebildete Abstandsstifte lassen sich nicht nur kostengünstig herstellen, sondern besitzen auch eine sehr geringe Wärmeübertragungsrate, das heißt einen geringen Wärmeleitkoeffizienten, wodurch insbesondere die Wärmeübertragung zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse zumindest stark reduziert werden kann. Insbesondere Zirkoniumoxid besitzt dabei eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen chemische, thermische und mechanische Einflüsse, ebenso wie selbstverständlich auch weitere Keramiken, wodurch die Verwendung in der vorbeschriebenen Weise besonders vorteilhaft ist.
Zweckmäßig sind im Turbinengehäuse und/oder im Verdichtergehäuse Ausnehmungen zur Aufnahme der Abstandsstifte vorgesehen. Über derartige Ausnehmungen ist es möglich, den Abstandsstiften nicht nur eine wärmeisolierende Funktion zuzuweisen, sondern zugleich auch eine Zentrierfunktion, was die Montage des Abgasturboladers deutlich vereinfacht. Die Ausnehmungen können dabei wahlweise langlochartig ausgebildet sein, um beispielsweise eine Wärmedehnung des Turbinengehäuse kompensieren zu können, oder alternativ als Passbohrungen, wodurch beispielsweise eine zuverlässige Fixierung ermöglicht wird. In diesem Fall besitzen die Abstandsstifte üblicherweise eine rotationssymmetrische Gestalt. Alternativ ist selbstverständlich auch eine eckige Gestalt denkbar, wobei in diesem Fall die Ausnehmungen entsprechend ausgebildet sein müssen. Durch die Langloch-artige Ausbildung der Ausnehmungen, die vorteilhafter Weise in radialer Richtung verlaufen, ist eine einfache Kompensation etwaiger Temperaturdehnungen des Turbinengehäuses möglich.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Turbinengehäuse mit dem Verdichtergehäuse verschraubt. Eine derartige Verschraubung ermöglicht sowohl eine vergleichsweise einfache und sichere Montage als auch eine vergleichsweise einfache Demontage der beiden Gehäuseteile, was insbesondere bei Wartungsarbeiten von großem Vorteil ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader,
2 eine teilweise geschnittene Ansicht durch den Abgasturbolader,
3 unterschiedliche Ausführungsformen eines Abstandsstifts,
4 eine Ansicht auf ein Turbinengehäuse,
5 eine Ansicht auf ein Verdichtergehäuse mit Langloch-artigen Ausnehmungen,
6 eine Darstellung wie in 5, jedoch bei anderen Ausnehmungen,
7 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers mit einem Abstandsstift gemäß der 3b.
Entsprechend den 1, 2 und 7, weist ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 ein Verdichtergehäuse 2 sowie ein Turbinengehäuse 3 auf. Das Verdichtergehäuse 2 ist dabei über Schrauben 4 mit dem Turbinengehäuse 3 verschraubt. Erfindungsgemäß ist nun das Turbinengehäuse 3 über zumindest drei wärmeisolierende Abstandsstifte 5 mit dem Verdichtergehäuse 2 verbunden. Selbstverständlich können dabei auch vier oder mehr Abstandsstifte 5 vorgesehen sein. Diese sind erfindungsgemäß aus einem wärmeisolierenden Material ausgebildet, beispielsweise aus Keramik, insbesondere aus Zirkoniumoxid, wodurch eine Wärmeübertragung zwischen dem vergleichsweise heißen Turbinengehäuse 3 und dem Verdichtergehäuse 2 zumindest minimiert werden soll. Bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 wird nämlich auf ein üblicherweise zwischen dem Verdichtergehäuse 2 und dem Turbinengehäuse 3 angeordnetes Lagergehäuse verzichtet, sodass die beiden Gehäuseteile 2, 3 direkt miteinander verbunden sind. Um dabei eine unerwünscht hohe Wärmeübertragung zwischen dem Turbinengehäuse 3 und dem Verdichtergehäuse 2 zumindest reduzierten zu können, sind die zumindest 3 wärmeisolierenden Abstandsstifte 5 vorgesehen.
Betrachtet man die Abstandsstifte 5 gemäß den 3a und 3b, so kann man erkennen, dass diese eine rotationssymmetrische Gestalt aufweisen, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, dass diese eine eckige Gestalt besitzen. Der gemäß der 3a gezeigte Abstandsstift 5 besitzt dabei zwei Axialpins 6, 6', wogegen der gemäß der 3 gezeigte Abstandsstift 5 lediglich einen solchen Axialpin 6 besitzt. Mit dem Axialpin 6 ist es dem Abstandsstift 5 möglich, in eine zugehörige Ausnehmung 7 am Turbinengehäuse 3 einzugreifen. Die Ausnehmungen 7 (vgl. 4) sind dabei im Turbinengehäuse 3 ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet, insbesondere sogar als Passbohrung, wodurch der Abstandsstift 5 lagefixiert darin aufgenommen werden kann.
In gleicher Weise können auch die Ausnehmungen 7' am Verdichtergehäuse 2 ausgebildet sein, wobei alternativ auch denkbar ist, dass diese Langloch-artig ausgebildet sind, wie dies gemäß den 5 und 6 dargestellt ist. Ist der Abstandsstift 5 wie in 3a gezeigt, ausgebildet, so ist dieser in der Lage, sowohl in die Ausnehmungen 7 des Turbinengehäuses 3 als auch in die zugehörigen Ausnehmungen 7' des Verdichtergehäuses 2 einzugreifen und dadurch eine Zentrierfunktion zwischen den beiden Gehäusen 2, 3 zu übernehmen. Durch die Langloch-artige Ausbildung der Ausnehmungen 7' ist darüber hinaus eine Wärmedehnung des Turbinengehäuses 3 beim Betrieb des Abgasturboladers 1 leicht zu kompensieren.
Bei der gemäß der 3b gezeigten Ausführungsform des Abstandsstiftes 5 ist es möglich, diesen in Ausnehmungen 7' des Verdichtergehäuses 2 eingreifen zu lassen, wie dies gemäß den 6 und 7 gezeigt ist, wobei rein theoretisch auch denkbar ist, dass ein derart ausgebildeter Abstandsstift 5 keine Zentrierfunktion übernimmt, so dass dies von anderen Elementen übernommen werden muss. Die Ausnehmungen 7' gemäß der 6 sind dabei als Radialschlitze ausgebildet, in welche der Abstandsstift 5 mit seinem Kopf 9 zumindest teilweise eingreift. Über seinen Axialpin 6 greift der Abstandsstift 5 in die Ausnehmung 7 am Turbinengehäuse 3 ein, wodurch wiederum eine Temperaturunterschiede kompensierende Anordnung des Turbinengehäuses 3 und Verdichtergehäuses 2 ermöglicht wird.
Mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Abstandsstiften 5 ist es möglich, einen unerwünschten Wärmeübertrag zwischen dem Turbinengehäuse 3 und dem Verdichtergehäuse 2 zumindest zu reduzieren, insbesondere bei solchen Abgasturboladern 1, bei welchen das Turbinengehäuse 3 und das Verdichtergehäuse 2 ohne Zwischenschaltung eines Lagergehäuses aneinander angebunden sind. Die Lagerung eines Rotors 8 erfolgt dabei im Turbinengehäuse 3 bzw. im Verdichtergehäuse 2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008048126 A1 [0002]
DE 20009004 U1 [0003]

Claims

Abgasturbolader (1) mit einem Verdichtergehäuse (2) und einem Turbinengehäuse (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (3) über zumindest drei wärmeisolierende Abstandsstifte (5) mit dem Verdichtergehäuse (2) verbunden ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsstifte (5) aus Keramik, insbesondere aus Zirkoniumoxid, ausgebildet sind.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass im Turbinengehäuse (3) und/oder im Verdichtergehäuse (2) Ausnehmungen (7, 7') zur Aufnahme der Abstandsstifte (5) vorgesehen sind.
Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (7') im Turbinengehäuse (3) oder im Verdichtergehäuse (2) langlochartig ausgebildet sind, um eine Wärmedehnung des Turbinengehäuses (3) kompensieren zu können.
Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (7) im Turbinengehäuse (3) oder im Verdichtergehäuse (2) als Passbohrungen ausgebildet sind.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abstandsstifte (5) in die Ausnehmungen (7, 7') im Turbinengehäuse (3) und im Verdichtergehäuse (2) eingreifen und als Zentrierelemente ausgebildet sind, oder – die Abstandsstifte (5) nur in die Ausnehmungen (7, 7') im Turbinengehäuse (3) oder im Verdichtergehäuse (2) eingreifen.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (3) mit dem Verdichtergehäuse (2) verschraubt ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsstifte (5) eine rotationssymmetrische oder eine eckige Gestalt aufweisen, wobei die Ausnehmungen (7, 7') entsprechend ausgebildet sind.