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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hitzeschild, insbesondere für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ladeeinrichtung mit einem derartigen Hitzeschild.
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Aus der
WO 2009/068460 A1 ist ein gattungsgemäßer Hitzeschild in Form einer Scheibe oder einer ein- oder mehrfach abgestuften Topfform mit einer zentralen Durchgangsöffnung bekannt, wobei die Scheibe bzw. die Topfform einen Außenrand mit mehreren um den Umfang verteilten, federnden Stegabschnitten versehen ist. Die Stegabschnitte sind dabei entweder geschlossen oder an einer Stelle offen ausgebildet. Hierdurch soll ein verbesserter Wärmeschutz in einen Wärmeeintrag in eine Lagerung eines Abgasturboladers erreicht werden.
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Nachteilig bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Hitzeschild ist jedoch, dass dessen federnde Abschnitte hinsichtlich ihres Federwegs begrenzt sind, da eine hohe Verformung bzw. eine hohe Biegung der einzelnen Stegabschnitte eine hohe Plastizität verursachen würde. In einem Volllastbetrieb der Ladeeinrichtung können derartige Stegabschnitte bzw. Laschen ihre federnde Wirkung vollständig verlieren, wodurch der Hitzeschild, angetrieben von der Gasströmung, rotieren kann und dabei unter Umständen Schäden, zumindest aber unerwünschte Geräusche, verursacht.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Hitzeschild der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Hitzeschild mit randseitig angeordneten federnden Stegabschnitten auszustatten und diese Stegabschnitte in unterschiedliche Richtungen umzubiegen. Ein erfindungsgemäßer Hitzeschutzschild ist dabei beispielsweise für einen Abgasturbolader ausgebildet und zwischen einem Turbinengehäuse und einem Lagergehäuse eines solchen Abgasturboladers angeordnet. Ausgebildet ist der erfindungsgemäße Hitzeschild in Form einer Scheibe oder ein- oder mehrfach abgestuften Topfform mit jeweils einer zentralen Durchgangsöffnung, wobei die Scheibe bzw. die Topfform den zuvor erwähnten Außenrand mit mehreren um den Umfang verteilten und federnden Stegabschnitten besitzt. Durch die erfindungsgemäße Lösung nun zumindest zwei dieser Stegabschnitte in unterschiedliche Richtungen umzubiegen bzw. abzuwinkeln, wird der für die Fixierung des Hitzeschildes verantwortliche Federweg verdoppelt, wobei sich die Federkraft, mit welcher sich der Hitzeschild zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse abstützt als Klemmkraft über die Anzahl der einzelnen Stegabschnitte beziehungsweise Laschen variieren lässt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weisen die Stegabschnitte abwechselnd, das heißt alternierend, in unterschiedliche Richtungen. Konkret bedeutet dies, dass ein Stegabschnitt in Richtung des Turbinengehäuses umgebogen ist, wogegen der in Umfangsrichtung nächste Stegabschnitt in Richtung des Lagergehäuses, also in die entgegengesetzte Richtung, umgebogen ist. So können die einzelnen Stegabschnitte um den Umfang verteilt jeweils abwechselnd in die eine und die andere Richtung weisen bzw. umgebogen sein und dadurch eine deutlich verbesserte federnde Klemmwirkung für den Hitzeschild zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse entfalten.
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Zweckmäßig ist der Hitzeschild als gestanztes Blechformteil ausgebildet. Um den Hitzeschild einerseits möglichst kostengünstig andererseits aber auch qualitativ hochwertig fertigen zu können, schlägt die Erfindung vor, diesen als gestanztes Blechformteil auszubilden. Der Werkstoff Blech, das heißt Metall, ist dabei in der Lage, die im Bereich des Turbinengehäuses der Ladeeinrichtung auftretenden hohen Temperaturen problemlos zu ertragen und zugleich einen Übertrag derselben auf das vergleichsweise empfindliche Lagergehäuse zu vermeiden. Im Lagergehäuse wird üblicherweise der Rotor des Abgasturboladers gelagert, wobei hier zu hohe Temperaturen zu einem Verkoken des Schmieröls und damit zu einem Heißlaufen des Rotors führen können.
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Zweckmäßig weichen die Stegabschnitte um ca. +/–1° bis +/–20° von der Radialrichtung ab. Je nach dem Grad der Abwinklung der einzelnen Stegabschnitte kann hierüber Einfluss auf die Federkraft und damit auch auf die Klemmkraft genommen werden, wobei stärker von der Radialrichtung abgewinkelte Stegabschnitte eine größere Klemmkraft bewirken. Durch die zumindest zwei in unterschiedliche Richtungen abgewinkelten Stegabschnitte lässt sich jedoch auf jeden Fall der im Vergleich zu in nur einer Richtung abgewinkelter Stegabschnitten vorhandene Federweg verdoppeln und dadurch eine zuverlässige Fixierung des Hitzeschilds auch bei hohen Temperaturen problemlos erreichen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und 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 den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Hitzeschild, sowie eine Detaildarstellung X und Y im Bereich des erfindungsgemäßen Hitzeschildes,
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2 eine Frontal- und Seitenansicht auf den erfindungsgemäßen Hitzeschild,
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3 ein Klemmkraftfederweg-Diagramm zur Verdeutlichung der Vorteile des erfindungsgemäßen Hitzeschildes.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 1, die bspw. als Abgasturbolader ausgebildet sein kann, ein Turbinengehäuse 2 sowie ein Lagergehäuse 3 auf, in welchem ein Rotor 4 gelagert ist. Um nun eine Verkokung des den Rotor 4 schmierenden Öls im Lagergehäuse 3 vermeiden zu können, ist zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Turbinengehäuse 2 ein erfindungsgemäßer Hitzeschild 5 angeordnet, der gemäß der 2 in der Art einer Scheibe oder einer ein- oder mehrfach abgestuften Topfform mit einer zentralen Durchgangsöffnung 6 ausgebildet ist und an seinem Außenrand mehrere um den Umfang verteilte und federnd ausgebildete Stegabschnitte 7, 7‘ aufweist. Erfindungsgemäß sind nun zumindest zwei dieser Stegabschnitte 7, 7‘ in unterschiedliche Richtungen umgebogen, das heißt in Richtung des Turbinengehäuses 2 bzw. in Richtung des Lagergehäuses 3. Durch die insbesondere alternierende Umbiegung der Stegabschnitte 7, 7‘ verdoppelt sich der zur Fixierung des Hitzeschildes 5 zwischen dem Turbinengehäuse 2 und dem Lagergehäuse 3 zur Verfügung stehende Federweg, wodurch auch bei hohen Temperaturen eine zuverlässige Fixierung möglich ist. Hierdurch können insbesondere ein unerwünschtes Mitrotieren und verbunden damit eine evtl. Beschädigung bzw. eine unerwünschte Geräuschemission vermieden werden.
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Bei dem gemäß den 1 und 2 gezeigten Hitzeschild 5 sind dabei die Stegabschnitte 7 in Richtung des Lagergehäuses 3 umgebogen, während die Stegabschnitte 7‘ in Richtung des Turbinengehäuses 2 weisen. Der Hitzeschild 5 kann dabei vier oder sechs oder mehr Stegabschnitte 7, 7‘ aufweisen, wovon üblicherweise die Hälfte in Einbaulage in Richtung des Turbinengehäuses 2 und die andere Hälfte in Richtung des Lagergehäuses 3 weist. Selbstverständlich ist dabei denkbar, dass sämtliche Stegabschnitte 7, 7‘ hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung identisch ausgebildet sind, wie dies beispielsweise bei dem Hitzeschild 5 gemäß der 2 dargestellt ist, oder aber unterschiedlich, wie dies gemäß dem Hitzeschild 5 in der 1 dargestellt ist.
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Üblicherweise weisen die einzelnen Stegabschnitte 7, 7‘ um ca. +/–1° bis +/–10° von der Radialrichtung ab, wobei selbstverständlich auch bis zu 20° Abweichungen denkbar sind, insbesondere sofern bspw. die gewünschte Federkraft erhöht werden soll.
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Betrachtet man die rechte Ansicht auf den erfindungsgemäßen Hitzeschild 5 gemäß der 1, so kann man erkennen, dass dieser drei Stegabschnitte 7‘ und drei Stegabschnitte 7 aufweist, wobei die Stegabschnitte 7 hinsichtlich ihrer Umfangserstreckung deutlich länger ausgebildet sind.
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Zweckmäßig ist der Hitzeschild 5 als gestanztes Blechformteil ausgebildet und dadurch nicht nur kostengünstig, sondern qualitativ hochwertig herstellbar. Durch den doppelten Federweg kann auch eine besonders hohe Robustheit gegen einen Federwegverlust erreicht werden, wodurch der erfindungsgemäße Hitzeschild 5 insgesamt deutlich widerstandsfähiger ist.
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Gemäß der 3 ist dabei ein Klemmkraft-Federweg-Diagramm dargestellt, wobei auf der Ordinate die Klemmkraft in Newton und auf der Abszisse der Federweg in Millimetern dargestellt sind.
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Mit der Kennlinie C ist dabei die Klemmkraft in Abhängigkeit des Federwegs bei einem Hitzeschild gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wogegen mit der Kennlinie A ein Hitzeschild 5 mit insgesamt vier Stegabschnitten 7, 7‘, das heißt Laschen, und mit der Kennlinie B ein Hitzeschild 5 mit insgesamt sechs Stegabschnitten 7, 7‘ dargestellt ist. Vergleicht man dabei beispielsweise die Kennlinie C mit der Kennlinie A und B, so kann man erkennen, dass bei einer Klemmkraft von 100 Newton bei einem Hitzeschild gemäß dem Stand der Technik, also der Kennlinie C bereits ein Federweg von ca. 0,25 Millimetern erreicht ist. Bei einem erfindungsgemäßen Hitzeschild 5 mit vier Stegabschnitten 7, 7‘ bzw. Laschen gemäß der Kennlinie A beträgt der Federweg bei einer Klemmkraft von 100 Newtonmeter dagegen nur ca. 0,18 Millimeter, wogegen er bei einem erfindungsgemäßen Hitzeschild 5 gemäß der Kennlinie B, das heißt mit insgesamt sechs Stegabschnitten 7, 7‘ nur ca. 0,125 Millimeter beträgt.
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Je mehr Stegabschnitte 7, 7‘ bzw. Laschen somit vorhanden sind, umso geringer ist der zugehörige Federweg bei gleicher Klemmkraft. Dies wirkt sich insbesondere bei den im Bereich des Turbinengehäuses 2 wirkenden hohen Temperaturen positiv aus, da sich hierdurch der Hitzeschild 5 zuverlässig bei unterschiedlichsten Temperaturen zwischen dem Turbinengehäuse 2 und dem Lagergehäuse 3 fixieren lässt. Dabei ist insbesondere der Unterschied zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Hitzeschild mit lediglich in eine Richtung weisenden Stegabschnitten signifikant, wie dies gemäß der 3 dargestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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