DE102016205257A1

DE102016205257A1 - Abgas-zuführanordnung eines abgasturboladers

Info

Publication number: DE102016205257A1
Application number: DE102016205257.8A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Régent
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2016-10-13
Also published as: WO2016164661A1; RU2017136891A; US10371043B2; EP3280882A1; EP3280882B1; US20180209327A1; AU2016244858A1; RU2715304C2; RU2017136891A3; AU2016244858B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgas-Zuführanordnung (1) eines Turbinenrades (11) eines Abgasturboladers (2), aufweisend einen Flansch (14) zum Anschluss an einen Krümmer (3) eines Verbrennungsmotors (4), eine vom Flansch (14) zum Turbinenrad (11) führende Abgasführung, und eine Trennwand (13), die die Abgasführung in zwei Fluten (12) unterteilt, wobei in der Draufsicht des Flansches (14) ein Koordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung in der Mitte der Trennwand (13) liegt, dessen y-Achse der Trennwand (13) folgt und dessen x-Achse senkrecht zur y-Achse steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgas-Zuführanordnung zu einem Turbinenrad eines Abgasturboladers und einen Abgasturbolader mit der entsprechenden Abgas-Zuführanordnung.
Mittels der Abgas-Zuführanordnung wird das Abgas vom Ende eines Krümmers eines Verbrennungsmotors bis auf das Turbinenrad des Abgasturboladers geleitet. Üblicherweise ist die Abgas-Zuführanordnung integraler Bestandteil des Turbinengehäuses. Im vorliegenden Fall werden zweiflutige Abgas-Zuführanordnungen betrachtet. In diesen zweiflutigen Anordnungen ist die Abgas-Zuführanordnung durch eine Trennwand in die zwei Fluten unterteilt. Dabei kann es sich um eine Zwillingsstromanordnung oder eine Doppelstromanordnung handeln. Die Abgas-Zuführanordnung wird üblicherweise über einen Flansch mit dem Krümmer verbunden. Die Belastung am Flansch, insbesondere die thermische Belastung, ist stellenweise so groß, dass es bei bestimmten Anordnungen zu Rissen kommt. Diese Problematik und erste Lösungsansätze beschreibt beispielsweise die Druckschrift EP 0 664 385 A1 .
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Abgas-Zuführanordnung eines Abgasturboladers anzugeben, die bei kostengünstiger Herstellung und Montage einen dauerfesten und wartungsarmen Betrieb ermöglicht. Insbesondere soll der Flansch der Abgas-Zuführanordnung dauerhaft den Betriebslasten standhalten.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Abgas-Zuführanordnung eines Turbinenrades eines Abgasturboladers. Diese Abgas-Zuführanordnung weist einen Flansch zum Anschluss an einen Krümmer eines Verbrennungsmotors auf. Vom Flansch bis zum Turbinenrad führt eine Abgasführung. Diese Abgasführung ist durch eine Trennwand in zwei Fluten unterteilt. Die Trennwand beginnt am Flansch und erstreckt sich bis kurz vor dem Turbinenrad. Insbesondere wird hier ein Abgasturbolader mit Zwillingsstromanordnung betrachtet. Bei der Zwillingsstromanordnung verlaufen die beiden Fluten stets parallel zueinander und treffen nebeneinander auf das Turbinenrad. Allerdings ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Flansches auch bei einer Doppelstromanordnung anwendbar. Bei der Doppelstromanordnung verlaufen die beiden Fluten zunächst parallel zueinander und treffen dann um beispielsweise 180° versetzt auf das Turbinenrad. In beiden Anordnungen beginnt im Bereich des Flansches die Trennwand und somit eine Unterteilung in zwei Fluten. Dadurch treten in beiden Anordnungen die hier diskutierten thermischen Belastungen im Bereich des Flansches auf.
Zur genauen Beschreibung der Geometrie und erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Flansches ist ein Koordinatensystem definiert. In Draufsicht des Flansches liegt der Ursprung dieses Koordinatensystems in der Mitte der Trennwand. Das Koordinatensystem ist auf derjenigen Fläche definiert, die am Krümmer des Verbrennungsmotors anliegt. Im Folgenden wir stets diese Fläche beschrieben, auch wenn allgemein vom „Flansch“ gesprochen wird. Die y-Achse des Koordinatensystems folgt der Trennwand. Die y-Achse steht senkrecht zur x-Achse. Insbesondere liegt der Ursprung des Koordinatensystems in der Mitte der Trennwand. Sämtliche Längen und Radien werden einige Millimeter im Inneren des Flansches gemessen, sodass Gussradien oder Fasen unberücksichtigt bleiben.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abgas-Zuführanordnung integraler Bestandteil eines Turbinengehäuses des Abgasturboladers ist. Das Turbinengehäuse ist insbesondere ein Gussbauteil.
Der Flansch weist vorteilhafterweise im Wesentlichen eine rechteckige Grundform auf. Die beiden zur x-Achse parallelen Seiten werden als X-Außenseiten definiert. Dazu senkrecht und zur y-Achse parallel stehen zwei Y-Außenseiten. Die X-Außenseiten und Y-Außenseiten müssen keine geraden Seiten sein, sondern lediglich die im Wesentlichen rechteckige Grundform des Flansches beschreiben.
Im Rahmen der Erfindung wurde beachtet, dass die Abgasführung vom Flansch zum Turbinenrad gebogen verläuft. Dadurch gibt es eine X-Außenseite des Flansches, die der Bogenaußenseite zugeordnet ist. Diese kann auch als radial äußere X-Außenseite beschrieben werden. Die gegenüberliegende X-Außenseite ist der Bogeninnenseite zugeordnet. Im Rahmen der Erfindung, insbesondere anhand vieler Simulationsberechnungen, wurde erkannt, dass insbesondere bogenaußenseitig die größten thermischen Belastungen auftreten. Deshalb wird im Rahmen der Erfindung eine asymmetrische Gestaltung des Flansches vorgeschlagen:
So ist bevorzugt vorgesehen, dass der Flansch bezüglich der x-Achse asymmetrisch ist. Zusätzlich oder alternativ sind vorzugsweise die Querschnitte der beiden Fluten unterschiedlich, sodass der Flansch bezüglich der y-Achse asymmetrisch ist. Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, dass die einzelne Flut bezüglich jeder zur y-Achse parallelen Geraden asymmetrisch ist. Zusätzlich oder alternativ ist die einzelne Flut bezüglich jeder zur x-Achse parallelen Gerade asymmetrisch. Durch diese asymmetrische Gestalt kann beim Design des Flansches und der Abgas-Zuführanordnung berücksichtigt werden, dass in Abhängigkeit von dem gebogenen Verlauf der Abgasführung radial außen höhere thermische Beanspruchungen auftreten.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Flansch an zumindest einer der X-Außenseiten eine Verstärkung in Form einer Erhebung aufweist, wobei diese Erhebung mittig in der X-Außenseite ausgebildet ist. Insbesondere ist die Erhebung symmetrisch zur y-Achse angeordnet.
Wie bereits beschrieben, tritt die größte thermische Belastung an der Bogenaußenseite (radial außen) auf. Deswegen ist insbesondere vorgesehen, dass lediglich an derjenigen X-Außenseite die Erhebung ausgebildet ist, die der Bogenaußenseite zugeordnet ist.
Die Erhebung weist einen Erhebungsradius ER auf. Der Erhebungsradius ER beträgt bevorzugt 10 bis 50 mm, insbesondere 15 bis 45 mm, besonders vorzugsweise 20 bis 40 mm.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Erhebung eine Erhebungsbreite EB aufweist. Die Erhebungsbreite EB ist senkrecht zur y-Achse definiert. Der gesamte Flansch weist senkrecht zur y-Achse eine Flanschbreite FB auf. Gemessen wird an der breitesten Stelle. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Erhebungsbreite EB das 0,2- bis 0,7-fache, insbesondere das 0,3- bis 0,5-fache, der Flanschbreite FB beträgt.
Diese verschiedenen Dimensionen der Erhebung wurden in unterschiedlichen Simulationen und Versuchen ermittelt und stellen gute Werte für eine den Flansch stabilisierende Erhebung dar. Insbesondere erhöht diese Erhebung die Steifigkeit des Flansches sowie die thermische Trägheit in diesem Bereich. Aufgrund der Anordnung der Erhebung auf der X-Außenseite und der Anordnung der Trennwand entlang der Y-Achse ist eine relative Positionierung der Erhebung zur Trennwand definiert.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Erhebung beidseitig in jeweils ein Tal übergeht. Die Erhebungsbreite EB ist dann insbesondere von Talboden zu Talboden definiert. Die beiden Täler gehen jeweils in eine Seitenerhebung der X-Außenseite über. Diese Seitenerhebungen bilden die entsprechend benötigte Fläche für Montagelöcher, die üblicherweise in den vier Ecken des Flansches ausgebildet sind. Über diese Montagelöcher wird der Flansch mit dem gegenüberliegenden Flansch des Krümmers verschraubt. Durch die Ausgestaltung der Erhebung mit den beiden Tälern und den beiden Seitenerhebungen ergibt sich eine wellenförmige Form dieser einen X-Außenseite.
Die beiden Täler weisen vorteilhafterweise jeweils einen Talradius TR auf. Der Talradius TR beträgt bevorzugt zumindest 20 mm, insbesondere zumindest 25 mm, besonders vorzugsweise zumindest 30 mm. So liegen der Talradius TR und Erhebungsradius ER in etwa in derselben Größenordnung, uns es ergibt sich eine deutlich ausgebildete Wellenstruktur.
Vorzugsweise ist an der dünnsten Stelle der Trennwand eine Dicke D der Trennwand definiert ist, wobei die Dicke D zwischen 6 und 16 mm, vorzugsweise zwischen 8 und 14 mm, beträgt.
Des Weiteren sind am Flansch sog. Flanschstärken definiert. Diese werden jeweils senkrecht zur x-Achse gemessen. Zwischen der einzelnen Flut und der zumindest einen X-Außenseite ist eine erste Flanschstärke FS1 definiert. Diese erste Flanschstärke FS1 wird insbesondere vom Boden des jeweiligen Tals bis zur Flut und parallel zu y-Achse gemessen. Die erste Flanschstärke FS1 beträgt bevorzugt 60% bis 190%, insbesondere 80% bis 170%, besonders vorzugsweise 100% bis 150%, der Dicke D der Trennwand.
Zusätzlich oder alternativ zu der soeben beschriebenen Erhebung in der X-Außenseite des Flansches wird vorzugsweise der Querschnitt der einzelnen Flut neu gestaltet. Diese Gestaltung der einzelnen Flut kann zusätzlich oder alternativ zur Ausgestaltung der Erhebung eingesetzt werden. Im Rahmen von Simulationen hat sich herausgestellt, dass sowohl die Erhebung als auch die Gestaltung der einzelnen Flut für sich genommen einen Vorteil bezüglich der Dauerfestigkeit des Flansches ergibt. Besonders vorteilhafte Ergebnisse haben sich bei einer Kombination dieser beiden Maßnahmen ergeben.
Die einzelne Flut weist einen im Wesentlichen rechteckigen oder ovalen Querschnitt auf. An der einzelnen Flut in Draufsicht des Flansches sind folgende Seiten und Übergänge definiert. Die „X-Seiten“ verlaufen im Wesentlichen parallel zur x-Achse. Die „Y-Seiten“ verlaufen im Wesentlichen parallel zur y-Achse:
Die einzelne Flut weist eine erste Y-Flutenseite auf, die an der Trennwand definiert ist. Eine erste X-Flutenseite ist, unter Beachtung, dass die Abgasführung vom Flansch zum Turbinenrad gebogen verläuft, der Bogenaußenseite zugeordnet. Der ersten Y-Flutenseite liegt eine zweite Y-Flutenseite gegenüber. Ein erster Übergang führt von der ersten Y-Flutenseite in die erste X-Flutenseite. Ein zweiter Übergang führt von der ersten X-Flutenseite in die zweite Y-Flutenseite. Ein dritter Übergang führt von der zweiten Y-Flutenseite in eine zweite X-Flutenseite. Ein vierter Übergang führt von der zweiten X-Flutenseite in die erste Y-Flutenseite.
Im Rahmen der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Übergang (von der ersten Y-Flutenseite in erste X-Flutenseite) zwei einzelne Bögen und somit zwei Radien (erster Radius R1 und zweiter Radius R2) aufweist. Üblicherweise weisen solche Übergänge lediglich einen Radius auf. Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch erkannt, dass durch die Verwendung zweier kleinerer Bögen die thermische Belastung reduziert werden kann. Die beiden Radien R1, R2 können gleich groß sein.
Die genaue Ausgestaltung des ersten Übergangs sieht vor, dass vorteilhafterweise zwischen den beiden Radien eine Verbindung angeordnet ist. D.h., das Ende des einen Radius trifft nicht direkt auf das Ende des zweiten Radius, sondern die beiden Radien sind entweder über eine Gerade oder über einen weiteren Bogen miteinander verbunden. Der weitere Bogen weist dabei jedoch einen Radius auf, der sehr viel größer ist, als der erste oder zweite Radius. Insbesondere ist vorgesehen, wenn die Verbindung als Bogen ausgeführt ist, dass dieser Bogen einen Radius von zumindest 3·R1 oder 3·R2 aufweist.
Die Verbindung zwischen den beiden Radien am ersten Übergang weist eine Verbindungslänge auf. Bei Ausgestaltung der Verbindung als eine Gerade ist diese Länge selbstverständlich die Länge der Geraden. Wenn die Verbindung als Bogen mit großem Radius gestaltet wird, so ist als Verbindungslänge die Bogenlänge definiert. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Verbindungslänge höchstens b·1/2(R1 + R2) beträgt, wobei b maximal 2, vorteilhafterweise maximal 1, besonders vorteilhafterweise maximal 0,5 ist. b kann auch 0 sein, so dass zwischen den beiden Radien R1, R2 keine Verbindung angeordnet ist, sondern die beiden Radien direkt ineinander übergehen. Die beiden Radien R1, R2 weisen bevorzugt zwei unterschiedliche Mittelpunkte auf.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die als Gerade ausgebildete Verbindung gegenüber der y-Achse einen bestimmten Winkel α aufweist. Wenn die Verbindung als Bogen mit großem Radius gestaltet wird, so wird der Winkel der Tangente des Bogens bezüglich der y-Achse gemessen. Die Tangente schneidet den Bogen dabei in der Mitte des Bogens. Der Winkel α liegt vorteilhafterweise zwischen 45° und 85°. Besonders vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Winkel α zwischen 50° und 75°, insbesondere zwischen 55° und 70°, liegt.
Durch die beiden relativ kleinen Radien R1, R2 am ersten Übergang und durch die bevorzugt verwendete Verbindung zwischen den beiden Radien R1, R2 ergibt sich ein relativ langgestreckter erster Übergang. Versuche und Berechnungen haben ergeben, dass sich dadurch eine Verbesserung bezüglich der Steifigkeit und der thermischen Trägheit des Flansches ergibt.
Für den ersten Radius R1 und den zweiten Radius R2 sind vorteilhafterweise eine Obergrenze und eine Untergrenze definiert. Die Untergrenze liegt bevorzugt bei 5 mm, insbesondere 8 mm, besonders vorzugsweise 10 mm. Die Obergrenze beträgt insbesondere 20 mm, vorzugsweise 16 mm, besonders vorzugsweise 14 mm.
Wie bereits beschrieben, können der erste Radius R1 und der zweite Radius R2 gleich groß sein. Allerdings haben die Berechnungen ergeben, dass sich auch eine gewisse Abweichung zwischen den beiden Radien vorteilhaft auswirken kann. So ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Radius R1 65% bis 150%, vorzugsweise 75% bis 130%, besonders vorzugsweise 80% bis 120%, des zweiten Radius R2 beträgt.
Der zweite Übergang und/oder der dritte Übergang können wie im Stand der Technik üblich, durch einen entsprechenden Radius, hier definiert als dritter Radius R3, gebildet werden. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass der dritte Radius R3 vorteilhafterweise zwischen 5 und 20 mm, insbesondere zwischen 8 und 15 mm, liegen sollte.
Der vierte Übergang ist vorzugsweise durch einen vierten Radius R4 definiert. Der vierte Radius R4 beträgt vorteilhafterweise zwischen 10 und 30 mm, insbesondere zwischen 12 und 25 mm.
Ferner bevorzugt ist der dritte Radius R3 größer als der erste Radius R1 und größer als der zweite Radius R2. Der vierte Radius R4 ist bevorzugt größer als der dritte Radius R3.
Vorteilhafterweise werden die beiden Radien R1, R2 in Abhängigkeit der Breite der einzelnen Flut gewählt bzw. wird die Breite der Flut wird in Abhängigkeit der entsprechenden vorteilhaften Radien gewählt. So ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Breite B der einzelnen Flut am Flansch an der breitesten Stelle definiert ist. Die Breite B wird parallel zur x-Achse gemessen. Die Breite B ist in Abhängigkeit der beiden Radien R1, R2 definiert: B = a·(R1 + R2), wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass a zwischen 0,8 und 1,8, vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,7 liegt.
Eine Höhe H der einzelnen Flut am Flansch ist parallel zur y-Achse und an der höchsten Stelle definiert. Die Höhe H beträgt vorteilhafterweise das 1,3- bis 1,7-fache der Breite B.
Bevorzugt verlaufen die erste Y-Flutenseite und/oder die zweite Y-Flutenseite, vorteilhafterweise mit einer Abweichung von maximal 10°, parallel zur y-Achse. Bevorzugt verlaufen die erste X-Flutenseite und/oder die zweite X-Flutenseite, vorteilhafterweise mit einer Abweichung von max. 10°, parallel zur x-Achse.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste X-Flutenseite zwischen dem ersten Übergang und dem zweiten Übergang eine Gerade oder ein Bogen ist. Bei Ausgestaltung als Bogen wird ein sehr großer Radius gewählt, der wesentlich größer ist als der zweite Radius R2 oder der dritte Radius R3. Die Gerade zwischen den beiden Übergängen verläuft vorteilhafterweise mit einer maximalen Abweichung von 10° parallel zur x-Achse. Bei einer Gestaltung der ersten X-Flutenseite durch einen Bogen wird hier die Tangente in der Mitte des Bogens betrachtet. Diese Tangente verläuft dann mit einer Abweichung von max. 10° parallel zur x-Achse.
Die Erfindung umfasst des Weiteren einen Abgasturbolader mit der soeben beschriebenen Abgas-Zuführanordnung. Die im Rahmen der Abgas-Zuführanordnung beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung für den erfindungsgemäßen Abgasturbolader.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:
1 einen Abgasturbolader mit einer erfindungsgemäßen Abgas-Zuführanordnung gemäß beiden Ausführungsbeispielen in Anordnung mit einem Verbrennungsmotor,
2 den Abgasturbolader mit der erfindungsgemäßen Abgas-Zuführanordnung gemäß beiden Ausführungsbeispielen in einem schematisch vereinfachten Schnitt,
3 eine Seitenansicht des Abgasturboladers mit der erfindungsgemäßen Abgas-Zuführanordnung gemäß beiden Ausführungsbeispielen,
4 einen Flansch der erfindungsgemäßen Abgas-Zuführanordnung des ersten Ausführungsbeispiels im Detail, und
5 einen Flansch der erfindungsgemäßen Abgas-Zuführanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels im Detail.
1 zeigt einen Abgasturbolader 2. Eine schematisch vereinfachte Schnittansicht des Abgasturboladers 2 ist in 2 gezeigt. Eine weitere Ansicht zum Abgasturbolader 2 zeigt 3.
Gemäß 1 ist der Abgasturbolader 2 über einen zweiflutigen Krümmer 3 mit einem Verbrennungsmotor 4 verbunden. Insbesondere der Krümmer 3 und der Verbrennungsmotor 4 sind rein schematisch dargestellt. Der Krümmer 3 weist zwei Rohre auf, die Abgas von unterschiedlichen Zylindern in die beiden Fluten des Krümmers zusammenführen.
Gemäß 2 umfasst der Abgasturbolader 2 einen Verdichter 5. Der Verdichter 5 umfasst ein Verdichtergehäuse 6. In dem Verdichtergehäuse 6 ist ein Verdichterrad 7 angeordnet. Das Verdichterrad 7 saugt Luft axial an und verdichtet radial nach außen. Die verdichtete Luft wird dem Verbrennungsmotor 4 zugeführt.
Eine Turbine 9 des Abgasturboladers 2 umfasst ein Turbinengehäuse 10. In dem Turbinengehäuse 10 ist ein Turbinenrad 11 angeordnet. Das Turbinenrad 11 wird radial über zwei Fluten 12 angeströmt. Die zwei Fluten 12 sind dabei durch eine Trennwand 13 voneinander getrennt.
Über eine Welle 8 ist das Turbinenrad 11 mit dem Verdichterrad 7 verbunden. Durch Antreiben des Turbinenrades 11 mittels Abgas werden somit auch die Welle 8 und das Verdichterrad 7 in Rotation versetzt.
Eine Abgas-Zuführanordnung 1 des Abgasturboladers 2 führt, als integraler Bestandteil des Turbinengehäuses 10, von einem Flansch 14 bogenförmig bis zum Turbinenrad 11. Dies zeigen insbesondere die 1 bis 3.
4 zeigt den Flansch 14 der Abgas-Zuführanordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die in 4 gezeigte Fläche des Flansches 14 liegt am Krümmer 3 an.
In der Mitte des Flansches 14 liegt ein Ursprung eines Koordinatensystems. Senkrecht zur Trennwand 13 erstreckt sich die x-Achse. Die x-Achse steht im hier gezeigten Beispiel der Zwillingsstromanordnung parallel zur Welle 8. Die y-Achse des Koordinatensystems steht senkrecht zur x-Achse. Im Folgenden wird insbesondere die Gestaltung des Flansches 14 in der Ebene dieses Koordinatensystems beschrieben:
Der Flansch 14 weist im Wesentlichen eine rechteckige Grundform auf. Die in 4 dargestellte Ober- und Unterseite des Flansches werden als erste X-Außenseite 15 und zweite X-Außenseite 16 bezeichnet. Betrachtet man beispielsweise die Darstellung in 1, so ergibt sich, dass die Abgas-Zuführanordnung 1 bogenförmig bis zum Turbinenrad 11 verläuft. Dadurch ergibt sich eine Bogenaußenseite 22. Die erste X-Außenseite 15 in 4 ist dieser Bogenaußenseite 22 zugewandt. Im Bereich dieser Bogenaußenseite 22 treten im Bereich des Flansches 14 die größten thermischen Beanspruchungen auf.
Seitlich ist der Flansch 14 begrenzt durch jeweils eine Y-Außenseite 17. In den Ecken des Flansches sind Montagelöcher 18 zum Verschrauben des Flansches 14 mit dem Krümmer 3 ausgebildet.
Zur Verstärkung des Flansches 14 wird im Rahmen der Erfindung die in 4 dargestellte Erhebung 19 vorgeschlagen. Diese Erhebung 19 befindet sich in der ersten X-Außenseite 15, also derjenigen X-Außenseite, die der Bogenaußenseite 22 zugeordnet ist.
An der Erhebung 19 ist ein Erhebungsradius ER definiert. Seitlich geht die Erhebung 19 in zwei Täler 20 über. Die beiden Täler 20 erheben sich zu Seitenerhebungen 21. Die Seitenerhebungen 21 bilden die Ecken der rechteckigen Grundform und umranden die Montagelöcher 18.
Die beiden Täler 20 weisen jeweils einen Talradius TR auf. Eine Erhebungsbreite EB ist parallel zur x-Achse definiert und erstreckt sich von Talboden zu Talboden. Die Erhebungsbreite EB ist in Abhängigkeit der Flanschbreite FB definiert. Die Flanschbreite FB wiederum erstreckt sich ebenfalls parallel zur x-Achse.
In 4 ist parallel zur x-Achse und an den oberen Enden der beiden Fluten 12 eine gestrichelte Hilfslinie gezeichnet. Von dieser Hilfslinie aus werden Flanschstärken FS1, FS2 und FS3 zur ersten X-Außenseite 15 gemessen. Bis zum Boden des einzelnen Tales 20 ergibt sich die erste Flanschstärke FS1. Bei den Seitenerhebungen 21 ist die dritte Flanschstärke FS3 definiert. In der Mitte, auf der y-Achse, ist die zweite Flanschstärke FS2 definiert. FS1 ist vorteilhafterweise wesentlich kleiner als FS2 und FS3. Insbesondere ist vorgesehen, dass FS2 zumindest 120%, insbesondere zumindest 140%, von FS1 beträgt.
Die Trennwand 13 weist eine Dicke D auf. Die Dicke D ist parallel zur x-Achse definiert und wird an der dünnsten Stelle gemessen.
Die einzelne Flut 12 weist eine erste Y-Flutenseite 23 auf. Zwischen den beiden ersten Y-Flutenseiten 23 der beiden Fluten 12 ist die Trennwand 13 gebildet.
Der ersten Y-Flutenseite liegt in der einzelnen Flut 12 eine zweite Y-Flutenseite 24 gegenüber. Des Weiteren ist die einzelne Flut 12 begrenzt durch eine erste X-Flutenseite 25 und eine gegenüberliegende zweite X-Flutenseite 26. Ein erster Übergang 27 ist ausgebildet zwischen der ersten Y-Flutenseite 23 und der ersten X-Flutenseite 25. Ein zweiter Übergang 28 geht von der ersten X-Flutenseite 25 zur zweiten Y-Flutenseite 24. Ein dritter Übergang 29 geht von der zweiten Y-Flutenseite 24 zur zweiten X-Flutenseite 26. Ein vierter Übergang 30 geht von der zweiten X-Flutenseite 26 zur ersten Y-Flutenseite 23.
Im Rahmen der Erfindung wird insbesondere vorgeschlagen, den ersten Übergang 27 entsprechend den thermischen Belastungen am Flansch 14 neu zu gestalten. Der erste Übergang 27 ist, im Vergleich zum vierten Übergang 30 stärker belastet, da er der Bogenaußenseite 22 (s. 1) zugewandt ist. Der zweite und dritte Übergang 28, 29 sind mit einem relativ großen dritten Radius R3 gestaltet. Der vierte Übergang 30 ist mit einem relativ großen vierten Radius R4 gestaltet. Demgegenüber ist der erste Übergang 27 durch zwei Radien, dem ersten Radius R1 und dem zweiten Radius R2 gestaltet. Die beiden durch die Radien R1, R2 gebildeten Bögen sind über eine Verbindung 31 miteinander verbunden. Diese Verbindung 31 kann eine Gerade oder ein Bogen mit sehr großem Radius sein.
Die Verbindung 31 weist eine Verbindungslänge L auf.
Eine Breite B der einzelnen Flut 12 wird an der breitesten Stelle und parallel zur x-Achse gemessen. Eine Höhe H der einzelnen Flut 12 wird an der höchsten Stelle und parallel zur y-Achse gemessen.
4 zeigt ferner einen Winkel α der Verbindung 31 zur y-Achse. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verbindung 31 als Gerade gebildet. Allerdings ist es auch möglich, die Verbindung 31 als Bogen mit großem Radius auszugestalten. In diesem Fall würde man den Winkel α der Tangente messen. Verwendet wird hier die Tangente, die den Bogen in der Mitte der Bogenlänge schneidet.
Im ersten Ausführungsbeispiel betragen die beide Radien R1 und R2 12,5 mm. Die Dicke D beträgt 11 mm. Der Radius der Erhebung ER beträgt 30 mm. Der Winkel α beträgt 62°.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Flansch 14 mit dem Querschnitt beider Fluten 12 symmetrisch bezüglich der y-Achse. 5 zeigt einen asymmetrischen Flansch gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Mit Ausnahme von R1, R2 und α sind alle Größen und Elemente in den beiden Ausführungsbeispielen identisch. Der Übersichtlichkeit halber zeigt 5 nur eine Hälfte des Flansches 14.
Die gemäß 5 rechte Flut 12 entspricht der rechten Flut 12 aus 4. Der Querschnitt der linken Flut 14 in 5 ist abgeändert: die beide Radien R1‘ und R2‘ betragen 15 mm. Der Winkel α‘ beträgt 65°. Alle anderen Längen und Radien entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel. 5 zeigt anhand eines Ausführungsbeispiels, dass die beiden Fluten 12 unterschiedlich gestaltet und an die thermischen Belastungen angepasst werden können. Folgende Verhältnisse haben sich dabei als vorteilhaft erwiesen:
R1‘ beträgt 50% bis 150%, insbesondere 65% bis 135%, besonders vorzugsweise 75% bis 125%, von R1, wobei sich R1 und R1‘ vorzugsweise um zumindest 5%, besonders vorzugsweise um zumindest 10%, unterscheiden.
R2‘ beträgt 50% bis 150%, insbesondere 65% bis 135%, besonders vorzugsweise 75% bis 125%, von R2, wobei sich R2 und R2‘ vorzugsweise um zumindest 5%, besonders vorzugsweise um zumindest 10%, unterscheiden.
α‘ beträgt 80% bis 120%, insbesondere 90% bis 110%, besonders vorzugsweise 93% bis 107%, von α, wobei sich α und α‘ vorzugsweise um zumindest 1%, besonders vorzugsweise um zumindest 3%, unterscheiden.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Radius R1‘ 65% bis 150%, vorzugsweise 75% bis 130%, besonders vorzugsweise 80% bis 120%, des zweiten Radius R2‘ beträgt.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 5 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Abgas-Zuführanordnung
2: Abgasturbolader
3: Krümmer
4: Verbrennungsmotor
5: Verdichter
6: Verdichtergehäuse
7: Verdichterrad
8: Welle
9: Turbine
10: Turbinengehäuse
11: Turbinenrad
12: Fluten
13: Trennwand
14: Flansch
15: erste X-Außenseite
16: zweite Y-Außenseite
17: Y-Außenseiten
18: Montagelöcher
19: Erhebung
20: Täler
21: Seitenerhebungen
22: Bogenaußenseite
23: erste Y-Flutenseite
24: zweite Y-Flutenseite
25: erste X-Flutenseite
26: zweite X-Flutenseite
27: erster Übergang
28: zweiter Übergang
29: dritter Übergang
30: vierter Übergang
31: Verbindung
ER: Erhebungsradius
TR: Talradius
EB: Erhebungsbreite
FB: Flanschbreite
FS1–FS3: Flanschstärken
D: Dicke
R1: erster Radius
R2: zweiter Radius
R3: dritter Radius
R4: vierter Radius
B: Flutbreite
H: Fluthöhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0664385 A1 [0002]

Claims

Abgas-Zuführanordnung (1) zu einem Turbinenrad (11) eines Abgasturboladers (2), aufweisend – einen Flansch (14) zum Anschluss an einen Krümmer (3) eines Verbrennungsmotors (4), – eine vom Flansch (14) zum Turbinenrad (11) führende Abgasführung, und – eine Trennwand (13), die die Abgasführung in zwei Fluten (12) unterteilt, – wobei in der Draufsicht des Flansches (14) ein Koordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung in der Mitte der Trennwand (13) liegt, dessen y-Achse der Trennwand (13) folgt und dessen x-Achse senkrecht zur y-Achse steht.
Abgas-Zuführanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Zuführanordnung integraler Bestandteil eines Turbinengehäuses (10) des Abgasturboladers (2) ist.
Abgas-Zuführanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (14) bezüglich der x-Achse asymmetrisch ist, und/oder der Flansch (14) bezüglich der y-Achse asymmetrisch ist, und/oder die einzelne Flut (12) bezüglich jeder zur y-Achse parallelen Geraden asymmetrisch ist, und/oder die einzelne Flut (12) bezüglich jeder zur x-Achse parallelen Geraden asymmetrisch ist.
Abgas-Zuführanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (14) eine rechteckige Grundform mit zwei parallel zur x-Achse verlaufenden X-Außenseiten (15, 16) und zwei parallel zur y-Achse verlaufenden Y-Außenseiten (17) aufweist, wobei zumindest eine der X-Außenseiten (15) eine Verstärkung in Form einer Erhebung (19) aufweist, und wobei die Erhebung (19) mittig in der X-Außenseite (15) ausgebildet ist.
Abgas-Zuführanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (19) einen Erhebungsradius (ER) von 10 bis 50 mm, vorzugsweise von 15 bis 45 mm, besonders vorzugsweise von 20 bis 40 mm, aufweist.
Abgas-Zuführanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (19) eine Erhebungsbreite (EB) senkrecht zur y-Achse aufweist, wobei der Flansch (14) senkrecht zur y-Achse eine größte Flanschbreite (FB) aufweist, und wobei die Erhebungsbreite (EB) das 0,2 bis 0,7-fache, vorzugsweise 0,3 bis 0,5-fache, der Flanschbreite (FB) beträgt.
Abgas-Zuführanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Flansch (14), an der dünnsten Stelle der Trennwand (13) eine Dicke (D) der Trennwand (13) definiert ist, wobei die Dicke (D) zwischen 6 und 16 mm, vorzugsweise zwischen 8 und 14 mm, beträgt.
Abgas-Zuführanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Fluten (12) am Flansch (14) begrenzt ist durch: – eine erste Y-Flutenseite (23) die an der Trennwand (13) definiert ist, – eine zweite Y-Flutenseite (24), die der ersten Y-Flutenseite (23) gegenüber liegt, – einen ersten Übergang (27) von der ersten Y-Flutenseite (23) in eine erste X-Flutenseite (25), – einen zweiten Übergang (28) von der erste X-Flutenseite (25) in die zweite Y-Flutenseite (24), – einen dritten Übergang (29) von der zweiten Y-Flutenseite (24) in eine zweite X-Flutenseite (26), – einen vierten Übergang (30) von der zweiten X-Flutenseite (26) in die erste Y-Flutenseite (23), – wobei der erste Übergang (27) einen Bogen mit einem ersten Radius (R1) und einen Bogen mit einem zweiten Radius (R2) aufweist.
Abgas-Zuführanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Übergang (27) zwischen den beiden Radien (R1, R2) eine Verbindung (31) aufweist, wobei die Verbindung (31) eine Gerade oder ein Bogen ist, wobei der Radius des Bogen wesentlich größer ist als der erste Radius (R1) und der zweite Radius (R2).
Abgas-Zuführanordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radius (R1) und/oder der zweite Radius (R2) zwischen einer Obergrenze und einer Untergrenze liegen, wobei die Untergrenze 5 mm, vorzugsweise 8 mm, besonders vorzugsweise 10 mm, beträgt und wobei die Obergrenze 20 mm, vorzugsweise 16 mm, besonders vorzugsweise 14 mm, beträgt.
Abgas-Zuführanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radius (R1) 65% bis 150%, vorzugsweise 75% bis 130%, besonders vorzugsweise 80% bis 120%, des zweiten Radius (R2) beträgt.
Abgas-Zuführanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (B) der einzelnen Flut (12) am Flansch (14) parallel zur x-Achse und an der breitesten Stelle definiert ist, wobei die Breite (B) in Abhängigkeit des ersten und zweiten Radius (R1, R2) definiert ist durch: B = a·(R1 + R2) mit 0,8 < = a < = 1,8, vorzugsweise mit 1,0 < = a < = 1,7.