DE102018212260A1

DE102018212260A1 - Abgasturbolader mit optimiertem akustischen Verhalten

Info

Publication number: DE102018212260A1
Application number: DE102018212260.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Reuter; Achim Koch; Jan Ehrhard; Christian Schmidt
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2020-01-30
Also published as: WO2020020640A1

Abstract

Es wird ein Abgasturbolader mit optimiertem akustischen Verhalten beschrieben. Zwischen Turbinengehäuse und Lagergehäuse des Abgasturboladers ist mindestens ein Schwingungsdämpfungselement in Form eines aus mehreren benachbarten Schichten eines gewellten Drahtgewebes, -gewirkes oder -geflechtes zusammengesetzten Korpus verspannt. Auf diese Weise wird die Übertragung von Schwingungen vom Lagergehäuse auf das Turbinengehäuse reduziert, wodurch der Energieeintrag ins Abgassystem herabgesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse, einer drehbar im Lagergehäuse mit Hilfe einer Lagereinheit gelagerten Welle, die ein Verdichterrad und ein Turbinenrad aufweist, einem das Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehäuse, und einer Befestigungseinrichtung zwischen Lagergehäuse und Turbinengehäuse, die eine axiale Verspannung beider Gehäuse miteinander bewirkt.
Ein derartiger Abgasturbolader ist bekannt. Lagergehäuse und Turbinengehäuse sind hierbei in der Regel über Schraubverbindungen oder eine entsprechende Verspannung aneinander befestigt. Die im Lagergehäuse untergebrachte Lagereinheit für die Welle weist in der Regel zwei im Abstand zueinander angeordnete Radiallager und ein Axiallager auf. Bei den Radiallagern kann es sich um Gleitlager, Wälzlager u. dgl. handeln.
Das klassische Radiallagersystem eines derartigen Abgasturboladers eines modernen Verbrennungsmotors, das typischerweise als Gleitlager mit Schwimmbuchse ausgebildet ist, erzeugt aufgrund seines hydrodynamischen Verhaltens akustische Schwingungen. Diese Anregungen, welche durch den Abgasturbolader erzeugt werden, der als Schwingungsquelle dient, werden durch seine Anbauteile, insbesondere die Abgasanlage, verstärkt und werden somit im Nahfeld des entsprechenden PKWs als vibroakustische Phänomene wahrgenommen. Aufgrund zunehmend leiserer Antriebsaggregate werden diese Schwingungen, welche z. B. als Unwucht-Pfeifen (initiiert durch die Unwucht des Rotorsystems) und Konstantton (initiiert durch Instabilitäten der Schmierfilmlagerung) bekannt sind, als sehr störend empfunden.
Das akustische Problem kann durch geeignete Auslegung der Schwimmbuchsen-Gleitlagerung gelöst werden. Dabei hat man die oben beschriebenen akustischen Phänomene reduziert, indem Instabilitäten im Schmierfilm der Lagerung gezielt beeinflusst wurden. Die akustische und die robustheitstechnische Optimierung eines Radiallagers stehen jedoch im technischen Konflikt. Somit führt eine Reduzierung der akustischen Schwingungen zu einer Verschlechterung in Bezug auf Robustheit und damit Haltbarkeit bzw. Lebensdauer.
Das Unwucht-Pfeifen kann durch eine Reduktion des Unwuchtlevels reduziert werden. Dieser Prozess ist jedoch in einer Serienproduktion sehr teuer und aufwändig. Die Nachhaltigkeit dieser Maßnahme hängt vom Betriebsverhalten des Rotorsystems in Bezug auf Unwuchtveränderungen ab.
Alternativ können die oben beschriebenen Geräuschprobleme mittels Optimierung des Transferpfades, d. h. des Energieübertragungspfades von der Schwingungsquelle zum Empfänger, reduziert werden. Diese Maßnahmen sind jedoch sehr teuer und liegen üblicherweise nicht im Verantwortungsbereich des Abgasturbolader-Herstellers.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgasturbolader vorzusehen, der ein besonders gutes akustisches Verhalten besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Abgasturbolader der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass an der Schnittstelle zwischen beiden Gehäusen mindestens ein Schwingungsdämpfungselement in Form eines aus mehreren benachbarten Schichten eines gewellten Drahtgewebes, -gewirkes oder -geflechtes zusammengesetzten Korpus verspannt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung des vorstehend beschriebenen Schwingungsproblems betrifft eine Optimierung des akustischen Übertragungspfades. Die eigentliche Schwingungsquelle, nämlich das Lagersystem des Abgasturboladers, wird hierbei nicht verändert.
Erfindungsgemäß werden das Lagergehäuse, welches zusammen mit dem Lagersystem die eigentliche Schwingungsquelle darstellt, und das Turbinengehäuse, worüber die Schwingungsenergie ins Abgassystem geleitet wird, mit Hilfe von mindestens einem Schwingungsdämpfungselement entkoppelt. Dabei wird erfindungsgemäß dafür gesorgt, dass das Turbinengehäuse und Lagergehäuse nur über das mindestens eine Schwingungsdämpfungselement miteinander in Kontakt stehen und ansonsten kein direkter Kontakt der zueinander benachbarten Flächen besteht (abgesehen von den eigentlichen Befestigungselementen).
Das erfindungsgemäß eingesetzte mindestens eine Schwingungsdämpfungselement ist als aus mehreren benachbarten Schichten eines gewellten Drahtgewebes, -gewirkes oder -geflechtes zusammengesetzter Korpus ausgebildet, der zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse angeordnet und dort verspannt ist. Die äußere Form des Schwingungsdämpfungselementes spielt dabei für die Erfindung nur eine untergeordnete Rolle, so dass das Schwingungsdämpfungselement beispielsweise als Block, Scheibe, aufgerolltes Element oder Hohlzylinder ausgebildet sein kann. Wesentlich ist, dass sich der Korpus aus mehreren Schichten eines gewellten Drahtgebildes zusammensetzt, bei dem es sich beispielsweise um ein gewebtes, gewirktes oder geflochtenes Gebilde handeln kann. Wesentlich ist ferner, dass das Drahtgebilde eine Wellung aufweist, so dass benachbarte Schichten des Drahtgebildes vorwiegend über die entsprechenden Wellenberge in Kontakt miteinander stehen und somit dazwischen entsprechende Freiräume vorhanden sind. Aufgrund der Reibung des Drahtgebildes werden die vom Lagergehäuse kommenden Schwingungen gedämpft, wodurch die auf das Turbinengehäuse übertragene Schwingungsenergie reduziert wird. Dadurch wird letztendlich der Energieeintrag ins Abgassystem herabgesetzt, wodurch die vibroakustischen Phänomene im Nahfeld des PKW und damit die Geräuschprobleme verringert werden können.
Erfindungsgemäß wird somit mindestens ein Schwingungsdämpfungselement an der Schnittstelle Lagergehäuse/Turbinengehäuse zur Dämpfung der im Lagersystem erzeugten Schwingungen implementiert. Dabei wird das Schwingungsdämpfungselement vorzugsweise so ausgebildet, dass eine Temperaturbeständigkeit bis ca. 350°C gegeben ist.
Wie bereits vorstehend erwähnt, spielt die Form des Schwingungsdämpfungselementes für den erfindungsgemäßen Effekt nur eine untergeordnete Rolle. So kann das Schwingungsdämpfungselement beispielsweise als Vollelement oder Hohlelement ausgebildet sein und in Kombination mit entsprechenden Befestigungsarten oder Befestigungselementen eingesetzt werden. Die Erfindung ist nicht auf spezielle Befestigungsarten der beiden Gehäuse beschränkt. Beispielsweise können diese miteinander verschraubt oder verklemmt sein.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist das Schwingungsdämpfungselement als Hohlzylinder ausgebildet. Hierbei kann es ein Befestigungselement zwischen den Gehäusen umgeben, wobei sich beispielsweise eine Schraube durch das hohlzylindrisch ausgebildete Schwingungsdämpfungselement erstrecken kann. Das als Hohlzylinder ausgebildete Schwingungsdämpfungselement umgibt dabei die Schraube und stützt sich mit seinen beiden Ringflächen (Stirnflächen) an den beiden Gehäusen ab, wobei durch die Schraubverbindung die gewünschte axiale Verspannung des Schwingungsdämpfungselementes erreicht wird, die die Umwandlung der Schwingungsenergie in Reibung zwischen den einzelnen Schichten des Dämpfungselementes erzeugt.
Das mindestens eine Schwingungsdämpfungselement kann beispielsweise in einer Ausnehmung im Lagergehäuse und/oder Turbinengehäuse angeordnet sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Schwingungsdämpfungselement zwischen zwei ebenen Endflächen des Lagergehäuses und Turbinengehäuses angeordnet. In beiden Fällen wird erreicht, dass die beiden Gehäuse, abgesehen von den Befestigungselementen, nur über das Schwingungsdämpfungselement oder die Schwingungsdämpfungselemente miteinander in Kontakt stehen, so dass eine Schwingungsübertragung im Wesentlichen nur über die Dämpfungselemente erfolgen kann.
Die Lagereinheit des Lagergehäuses weist vorzugsweise zwei Radiallager auf, die in bekannter Weise ausgebildet sein können, beispielsweise als Gleitlager mit Schwimmbuchse, als Wälzlager etc.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 einen schematischen Teilschnitt durch einen Abgasturbolader;
2 eine Detailansicht im Schnitt einer Befestigungsstelle zwischen Lagergehäuse und Turbinengehäuse;
3 eine räumliche Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Schwingungsdämpfungselementes; und
4 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Schwingungsdämpfungselementes.

Der in 1 schematisch dargestellte Abgasturbolader besitzt ein Lagergehäuse 1, in dem eine Welle 3 mit Hilfe einer Lagereinheit drehbar gelagert ist. Am Ende der Welle befindet sich ein Turbinenrad 5, das Teil einer Turbine des Turboladers bildet, welche ein Turbinengehäuse 2 aufweist. Das am anderen Ende der Welle 3 angeordnete Verdichterrad ist hier nicht dargestellt.
Die Lagereinheit umfasst zwei als Gleitlager mit Schwimmbuchse ausgebildete Radiallager 4, die im Abstand voneinander angeordnet sind. Weitere Einzelheiten des Lagergehäuses 1 sind hier nicht dargestellt.
Zwischen Lagergehäuse 1 und Turbinengehäuse 2 befindet sich ein Hitzeschild 6.
Lagergehäuse 1 und Turbinengehäuse 2 weisen mehrere entlang ihres Umfangs angeordnete Befestigungsstellen 7 auf, an denen beide Gehäuse miteinander verschraubt sind. Ein Detail einer derartigen Befestigungsstelle 7 ist in 2 schematisch im Schnitt dargestellt. Zur Befestigung dient eine Schraube 9, durch die die beiden Gehäuse 1, 2 gegeneinander gepresst werden. Um die Schraube an der Schnittstelle zwischen den beiden Gehäusen erstreckt sich ein hohlzylindrisches Schwingungsdämpfungselement 8, das sich aus mehreren aufgewickelten gewellten Schichten 11 eines Drahtgeflechtes zusammensetzt. Die entsprechenden Wellungen sind in 3 schematisch bei 10 angedeutet. Das hohlzylindrische Schwingungsdämpfungselement 8 stützt sich mit seinen beiden ringförmigen Stirnflächen am Lagergehäuse 1 und Turbinengehäuse 2 ab und wird durch die Verschraubung axial zusammengepresst. Hierdurch wird die durch die Lagereinheit des Lagergehäuses erzeugte Schwingungsenergie nur in reduziertem Maße auf das Turbinengehäuse übertragen, so dass der Energieeintrag ins Abgassystem herabgesetzt wird. Entsprechende Geräuschprobleme werden verringert.
Bei der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich somit ein Befestigungselement durch das hohlzylindrisch ausgebildete Schwingungsdämpfungselement 8. 4 zeigt ein Schwingungsdämpfungselement 20, das hierbei als blockförmiges Vollelement ausgebildet ist und aus mehreren gewellten Schichten 21 eines Drahtgeflechtes besteht. Derartige blockförmige Schwingungsdämpfungselemente können beispielsweise in einem geeigneten Abstand von Befestigungselementen zwischen Lagergehäuse und Turbinengehäuse angeordnet sein. Eine entsprechende Fixierung der Dämpfungselemente kann durchgeführt sein, um eine radiale Bewegung derselben zu verhindern. Auch hier werden die Schwingungsdämpfungselemente axial zusammengepresst, so dass der entsprechende Dämpfungseffekt erzielt wird.

Claims

Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse, einer drehbar im Lagergehäuse mit Hilfe einer Lagereinheit gelagerten Welle, die ein Verdichterrad und ein Turbinenrad aufweist, einem das Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehäuse und einer Befestigungseinrichtung zwischen Lagergehäuse und Turbinengehäuse, die eine axiale Verspannung beider Gehäuse miteinander bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schnittstelle zwischen beiden Gehäusen (1,2) mindestens ein Schwingungsdämpfungselement (8,20) in Form eines aus mehreren benachbarten Schichten (11,21) eines gewellten Drahtgewebes, -gewirkes oder -geflechtes zusammengesetzten Korpus verspannt ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsdämpfungselement (20) als Block ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsdämpfungselement als Scheibe ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsdämpfungselement als aufgerolltes Element ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsdämpfungselement (8) als Hohlzylinder ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrisch ausgebildete Schwingungsdämpfungselement (8) ein Befestigungselement (9) zwischen den Gehäusen (1,2) umgibt.
Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Schraube (9) durch das hohlzylindrisch ausgebildete Schwingungsdämpfungselement (8) erstreckt.
Abgasturbolader nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit zwei Radiallager (4) aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallager (4) als Gleitlager mit Schwimmbuchse ausgebildet sind.
Abgasturbolader nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsdämpfungselement in einer Ausnehmung im Lagergehäuse und/oder Turbinengehäuse angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsdämpfungselement (8) zwischen zwei ebenen Endflächen des Lagergehäuses (1) und Turbinengehäuses (2) angeordnet ist.