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Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise bereits der
DE 28 29 150 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Abgasturbolader weist ein Lagergehäuseelement, ein separat von dem Lagergehäuseelement ausgebildetes, erstes Verdichtergehäuseelement und ein zweites Verdichtergehäuseelement aus, welches separat von dem ersten Verdichtergehäuseelement und separat von dem Lagergehäuseelement ausgebildet ist. Der Abgasturbolader umfasst außerdem ein drehbar an dem Lagergehäuse gelagertes Laufzeug, welches ein Verdichterrad umfasst. Mittels des Verdichterrads kann Luft, die der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, verdichtet werden. Des Weiteren weist der Abgasturbolader einen Aufnahmebereich auf, welcher durch die Verdichtergehäuseelemente direkt begrenzt ist. Dabei ist der Aufnahmebereich in axialer Richtung des Verdichterrads zu dem Lagergehäuse hin direkt durch das zweite Verdichtergehäuseelement begrenzt, sodass das zweite Verdichtergehäuseelement in axialer Richtung des Laufrads zwischen dem Lagergehäuseelement und zumindest einem Teil des ersten Verdichtergehäuseelements angeordnet ist. Dabei ist das Verdichterrad drehbar in dem Aufnahmebereich aufgenommen beziehungsweise angeordnet. Des Weiteren offenbart die
DE 10 2009 001 321 A1 eine aufgeladene Brennkraftmaschine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Verdichtergehäuseelement und das Lagergehäuseelement aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Somit ist beispielsweise das zweite Verdichtergehäuseelement aus einem ersten Werkstoff gebildet, wobei das Lagergehäuseelement beispielsweise aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildet ist. Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem zweiten Verdichtergehäuseelement wenigstens ein von einem, insbesondere flüssigen, Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal verläuft. Bei dem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um Öl, sodass der Kühlkanal beispielsweise ein Ölkanal ist. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Kühlung zumindest eines Teilbereichs des zweiten Verdichtergehäuseelements gewährleistet werden.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Das Lagergehäuse ist beispielsweise ein oder umfasst beispielsweise einen Lagerstuhl, an welchem das Laufzeug, insbesondere unter Vermittlung wenigstens eines als Wälzlager ausgebildeten Lagers drehbar gelagert ist. Da das Lagergehäuseelement separat von den Verdichtergehäuseelementen ausgebildet ist, ist oder bildet das Lagergehäuseelement einen modularen Lagerstuhl beziehungsweise ist der Lagerstuhl modular. Dabei ist beispielsweise das Lagergehäuseelement ein Gussteil, welches eine Lagerung trägt, über welche das Laufzeug drehbar an dem Lagergehäuseelement ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Gussteil (Lagergehäuseelement) aus einem Gusseisen gebildet. Mit anderen Worten kann es sich bei dem zweiten Werkstoff um Gusseisen handeln. Das zweite Verdichtergehäuseelement ist beispielsweise aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung gebildet. Beispielsweise ist oder bildet das zweite Verdichtergehäuseelement eine Scheibe, insbesondere eine Aluminiumscheibe. Insbesondere ist es denkbar, dass das zweite Verdichtergehäuseelement, insbesondere die Scheibe, eine so genannte Verdichterrückwand bildet, durch welche der Aufnahmebereich in axialer Richtung des Verdichterrads zu dem Lagergehäuse hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, direkt begrenzt ist. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass das Verdichterrad, insbesondere dessen in axialer Richtung des Verdichterrads dem Lagergehäuseelement zugewandter Radrücken, in axialer Richtung des Verdichterrads zu dem Lagergehäuseelement hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das zweite Verdichtergehäuseelement, mithin durch die Verdichterrückwand überlappt beziehungsweise überdeckt ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das zweite Verdichtergehäuseelement (Verdichterrückwand), insbesondere direkt, mit dem Lagergehäuseelement (Lagestuhl) verbunden, insbesondere verschraubt ist. Hierzu ist beispielsweise in einem Schraubbereich wenigstens eine oder mehrere Schrauben angeordnet, mittels welcher beziehungsweise welchen das zweite Verdichtergehäuseelement mit dem Lagergehäuseelement, insbesondere direkt, verschraubt ist. Insbesondere ist das zweite Verdichtergehäuseelement (Scheibe beziehungsweise Aluminiumscheibe) an das Lagergehäuseelement angeschraubt. Da das zweite Verdichtergehäuseelement und das Lagergehäuseelement aus den voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind, kann es, insbesondere während eines Betriebs der Abgasturboladers, zu unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen dem Lagergehäuseelement (Gussteil) und dem zweiten Verdichtergehäuseelement (Aluminiumteil beziehungsweise Aluminiumscheibe) kommen. Durch diese unterschiedlichen Wärmedehnungen kann sich beispielsweise ein Schraubverband lösen, welcher beispielsweise das zweite Verdichtergehäuseelement und das Lagergehäuseelement und die Schrauben umfasst und somit dadurch gebildet ist, dass das zweite Verdichtergehäuseelement mit dem Lagergehäuseelement beispielsweise verschraubt ist. Der Schraubverband ist ein Klemmverband, in dem Wärme eingetragen wird, insbesondere während des Betriebs des Abgasturboladers. Da der veränderliche Wärmeeintrag in den Klemmverband hauptsächlich durch das Aluminiumteil (zweites Verdichtergehäuseelement) erfolgt, kann sich gegebenenfalls der Schraubverband beziehungsweise Klemmverband lösen.
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Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Der beispielsweise als Kühlölkanal ausgebildete Kühlkanal kann einen übermäßigen Wärmefluss beziehungsweise einen übermäßigen Wärmeeintrag in den Klemmverband vermeiden beziehungsweise unterbrechen, sodass beispielsweise ein Verschraubungsbereich, in welchem das zweite Verdichtergehäuseelement mit dem Lagergehäuseelement verschraubt ist, während des Betriebs des Abgasturboladers zumindest im Wesentlichen konstant warm bleibt. Dadurch kann ein Lösen des Schraubverbands, mithin einer durch die wenigstens eine Schraube beziehungsweise durch die Schrauben gebildeten Verschraubung des zweiten Verdichtergehäuseelements an dem Lagergehäuseelement vermieden werden. Somit ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Kühlkanal in radialer Richtung des Verdichterrads nach außen hin auf die wenigstens eine Schraube beziehungsweise auf die Schrauben, das heißt auf den Verschraubungsbereich folgt. Dadurch kann ein ungünstiger Wärmefluss, welcher zu einem Lösen des Schraubverbands führen könnte, vermieden werden.
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Die Erfindung ermöglicht es, den modularen Lagerstuhl technisch umzusetzen, da unerwünschte Effekte, die daraus resultieren können, dass das zweite Verdichtergehäuseelement und das Lagergehäuseelement aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind, vermieden werden können. Durch Verwendung des modularen Lagerstuhls können die Kosten des Abgasturboladers besonders gering gehalten werden, und es kann eine Gleichteilstrategie in einer Turboladerentwicklung stark gefördert werden. Somit können beispielsweise unterschiedliche Bauvarianten des Abgasturboladers mit einer sehr hohen Gleichteileanzahl realisiert werden, sodass die unterschiedlichen Bauvarianten auf besonders kostengünstige Weise dargestellt werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die Zeichnung in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Längsschnittansicht einen Abgasturbolader 10 für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines vorzugsweise als Kraftwagen und ganz vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Der Abgasturbolader 10 weist ein auch einfach als Lagergehäuse oder Lagerstuhl bezeichnetes Lagergehäuseelement 12 auf, welches an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, vorzugsweise einstückig ausgebildet ist. Des Weiteren weist der Abgasturbolader 10 einen Verdichter 14, eine Turbine 16 und ein Laufzeug 18 auf. Der Verdichter 14 umfasst ein Verdichtergehäuse 20, welches zwei separat voneinander ausgebildete Verdichtergehäuseelemente 22 und 24 umfasst. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das jeweilige Verdichtergehäuseelement 22 und/oder 24 an sich einstückig ausgebildet ist. Dabei ist das Verdichtergehäuseelement 24 aus einem ersten Werkstoff gebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Werkstoff um ein Leichtmetall beziehungsweise um eine Leichtmetalllegierung, insbesondere um Aluminium beziehungsweise eine Aluminiumlegierung. Somit ist das Verdichtergehäuseelement 24 vorzugsweise aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung gebildet. Daher wird das Verdichtergehäuseelement 24 beispielsweise auch als Aluminiumteil bezeichnet. Aus der Fig. ist erkennbar, dass das Verdichtergehäuseelement 24 scheibenförmig ausgebildet beziehungsweise eine Scheibe ist, wobei das Verdichtergehäuseelement 24 - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - eine Verdichterrückwand ist oder bildet.
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Das Laufzeug 18 ist drehbar an dem Lagergehäuseelement 12 gelagert und umfasst eine Welle 26, ein Verdichterrad 28 als erstes Laufrad und ein Turbinenrad 30 als zweites Laufrad. Das Verdichterrad 28 ist ein Bestandteil des Laufzeugs 18 und über die Welle 26 drehbar an dem Lagergehäuseelement 12 gelagert, sodass das Laufzeug 18 und somit das Verdichterrad 28 um eine Drehachse 32 relativ zu dem Verdichtergehäuseelementen 22 und 24 und relativ zu dem Lagergehäuseelement 12 drehbar ist.
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Die Turbine 16 umfasst ein Turbinengehäuse 34, welches vorzugsweise an sich einstückig ausgebildet ist. Außerdem umfasst die Turbine 16 das Turbinenrad 30, welches über die Welle 26 drehbar an dem Lagergehäuseelement 12 gelagert und somit um die Drehachse 32 relativ zu dem Turbinengehäuse 34 drehbar ist. Insgesamt ist erkennbar, dass das Laufzeug 18 um die Drehachse 32 relativ zu den Verdichtergehäuseelementen 22 und 24, relativ zu dem Lagergehäuseelement 12 und relativ zu dem Turbinengehäuse 34 drehbar ist. Dabei ist das Laufzeug 18, insbesondere die Welle 26, über eine Lagerung 36 drehbar an dem Lagergehäuseelement 12 gelagert, welches die Lagerung 36 trägt. Die Lagerung 36 umfasst beispielsweise zwei als Wälzlager 38 ausgebildete Lager, über welche die Welle 26 und somit das Laufzeug 18 drehbar an dem Lagergehäuseelement 12 gelagert sind. Das Lagergehäuseelement 12 ist aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildet. Bei dem zweiten Werkstoff handelt es sich beispielsweise um Gusseisen, insbesondere um Grauguss. Somit ist das Lagergehäuseelement 12 beispielsweise ein Gussteil. Es ist denkbar, dass das Verdichtergehäuseelement 22 aus einem dritten Werkstoff gebildet ist, welcher ein von dem zweiten Werkstoff unterschiedlicher Werkstoff sein kann. Der Dritte Werkstoff kann ein von dem ersten Werkstoff unterschiedlicher Werkstoff sein, oder der dritte Werkstoff und der erste Werkstoff sind gleich.
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Der Verdichterrad 14 und somit der Abgasturbolader 10 weisen einen auch als Aufnahmeraum bezeichneten Aufnahmebereich 40 auf, welcher direkt durch die Verdichtergehäuseelemente 22 und 24 begrenzt und somit gebildet ist. Dabei ist das Verdichterrad 28 insbesondere im Hinblick auf seine in axialer Richtung des Verdichterrads 28 verlaufende Länge vollständig in dem Aufnahmebereich 40 angeordnet. Der Aufnahmebereich 40 ist in radialer Richtung des Verdichterrads 28 nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Verdichtergehäuseelement 22 direkt begrenzt. In axialer Richtung des Verdichterrads 28 zu dem Lagergehäuseelement 12 hin ist der Aufnahmebereich 40 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Verdichtergehäuseelement 24 direkt begrenzt, sodass das Verdichtergehäuseelement 24 die zuvor genannten Verdichterrückwand bildet. Das Verdichtergehäuseelement 24 ist in axialer Richtung des Verdichterrads 28 zwischen dem Lagergehäuseelement 12 und zumindest einem Teil des Verdichtergehäuseelements 22 angeordnet. Insbesondere ist das Verdichtergehäuseelement 24 in axialer Richtung des Verdichterrads 28 zwischen dem Verdichterrad, insbesondere zwischen dessen dem Lagergehäuseelement 12 und dem Verdichtergehäuseelement 24 in axialer Richtung des Verdichterrads 28 zugewandten Radrücken, und dem Lagergehäuseelement 12 angeordnet.
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Das Turbinenrad 30 ist von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar und dadurch um die Drehachse 32 relativ zu dem Lagergehäuseelement 12 drehbar. Über die Welle 26 kann das Verdichterrad 28 von dem Turbinenrad 30 angetrieben werden, sodass mittels des Verdichterrads 28 der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft verdichtet werden kann. Da das Lagergehäuseelement 12 separat von den Verdichtergehäuseelementen 22 und 24 und vorzugsweise auch separat von dem Turbinengehäuse 34 ausgebildet ist, ist oder bildet das Lagergehäuseelement 12 einen modularen Lagerstuhl, welcher beispielsweise als Gleichteil für unterschiedliche Derivate oder Bauvarianten des Abgasturboladers 10 verwendet werden kann. Dadurch können die unterschiedlichen Bauvarianten besonders kostengünstig dargestellt werden, und durch Verwendung des modularen Lagerstuhls können die Kosten des Abgasturboladers 10 selbst besonders gering gehalten werden.
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Beispielsweise ist das Verdichtergehäuseelement 24 derart mit dem Lagergehäuseelement 12 verbunden, dass das Verdichtergehäuseelement 24 mit dem Lagergehäuseelement 12 verschraubt, insbesondere an das Lagergehäuseelement 12 angeschraubt ist. Somit ist vorzugsweise wenigstens eine insbesondere in einem Verschraubungsbereich angeordnete Verschraubung vorgesehen, mittels welcher das Verdichtergehäuseelement 24 mit dem Lagergehäuseelement 12 verschraubt und dadurch verbunden ist. Die Verschraubung umfasst wenigstens eine oder vorzugsweise mehrere Schrauben, die somit in dem Verschraubungsbereich angeordnet ist beziehungsweise sind. Da der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff voneinander unterschiedliche Werkstoffe sind, kann es insbesondere während eines Betriebs des Abgasturboladers 10 zu unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Verdichtergehäuseelements 24 und des Lagergehäuseelements 12 kommen, welche zusammenfassend auch als Gehäuseelemente bezeichnet werden. Durch diese unterschiedlichen Wärmeausdehnungen kann es zu einem Lösen der Verschraubung kommen. Jedoch können die Kosten des Abgasturboladers 10 durch die unterschiedlichen Werkstoffe besonders gering gehalten werden.
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Um nun ein Lösen der Verschraubung sicher vermeiden zu können, verläuft in dem zweiten Verdichtergehäuseelement 24 wenigstens ein von einem Kühlmedium, insbesondere von Öl, durchströmbarer Kühlkanal 42. Mittels des Kühlkanals 42 und insbesondere mittels des den Kühlkanal 42 durchströmenden Kühlmediums, welches vorzugsweise ein flüssiges Kühlmedium ist, kann das vorzugsweise als Aluminiumscheibe ausgebildete und auch als Aluminiumteil bezeichnete, zweite Verdichtergehäuseelement 24 zumindest in einem Teilbereich vorteilhaft gekühlt werden, wodurch Plastifizierungen in dem Verschraubungsbereich der Aluminiumscheibe vermieden werden können. Dadurch kann ein übermäßiger Verlust einer durch die Verschraubung bewirkten Vorspannkraft vermieden werden. Mit anderen Worten kann die Vorspannkraft erhalten bleiben, sodass die Gehäuseelemente sicher miteinander verbunden bleiben. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt kann durch das Kühlen der Aluminiumscheibe ein Lösen der Verschraubung zwischen dem Gussteil (Lagergehäuseelement 12) und dem beispielsweise als Aluminiumscheibe ausgebildeten Aluminiumteil (Verdichtergehäuseelement 24) vermieden werden.
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Der Kühlkanal 42 ist beispielsweise entlang seiner Umfangsrichtung zumindest überwiegend, das heißt zumindest zur Hälfte, umlaufend durch das zweite Verdichtergehäuseelement 24 direkt begrenzt. Dabei ist der Kühlkanal 42 bei alleiniger Betrachtung des Verdichtergehäuseelements 24 in axialer Richtung des Verdichterrads 28 zu dem Lagergehäuseelement 12 hin offen, sodass beispielsweise der Kühlkanal 42 als eine Ringnut in dem Verdichtergehäuseelement 24 ausgebildet ist.
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In dem Lagergehäuseelement 12 verläuft ein von dem Kühlfluid durchströmbarer und auch als Ölzufuhrkanal bezeichneter Zuführkanal 44, über welchen der Kühlkanal 42 mit dem den Zuführkanal 44 durchströmenden Kühlmedium versorgbar ist. Dies bedeutet, dass der Kühlkanal 42 in Strömungsrichtung des den Zuführkanal 44 durchströmenden und von dem Zuführkanal 44 in den Kühlkanal 42 strömenden Kühlmedium stromab des Zuführkanals 44 angeordnet ist. In dem Zuführkanal 44 ist eine Drossel 46 angeordnet, die von dem den Zuführkanal 44 durchströmenden Kühlmedium durchströmbar ist.
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Des Weiteren verläuft innerhalb des Lagergehäuseelements 12 beziehungsweise in dem Lagergehäuseelement 12 ein auch als Ölablaufkanal bezeichneter Ablaufkanal 48. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Zuführkanal 44 und der Ablaufkanal 48 entlang ihrer jeweiligen Umfangsrichtungen zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, umlaufend direkt durch das Lagergehäuseelement 12 begrenzt sind. Das Kühlmedium kann von dem Zuführkanal 44 in den Kühlkanal 42 strömen, daraufhin den Kühlkanal 42 durchströmen und daraufhin von dem Kühlkanal 42 in den Ablaufkanal 48 strömen, sodass das Kühlmedium aus dem Kühlkanal 42 über den Ablaufkanal 48 abgeführt werden kann. Somit kann das Kühlmedium, nachdem es die Aluminiumscheibe gekühlt hat, über den Ablaufkanal 48 aus dem Kühlkanal 42 angeführt werden. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Wärmeabfuhr von der Aluminiumscheibe (Verdichtergehäuseelement 24) realisiert werden, sodass ein Lösen der Verschraubung beziehungsweise der Gehäuseelemente sicher vermieden werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgasturbolader
- 12
- Lagergehäuseelement
- 14
- Verdichter
- 16
- Turbine
- 18
- Laufzeug
- 20
- Verdichtergehäuse
- 22
- erstes Verdichtergehäuseelement
- 24
- zweites Verdichtergehäuseelement
- 26
- Welle
- 28
- Verdichterrad
- 30
- Turbinenrad
- 32
- Drehachse
- 34
- Turbinengehäuse
- 36
- Lagerung
- 38
- Wälzlager
- 40
- Aufnahmebereich
- 42
- Kühlkanal
- 44
- Zuführkanal
- 46
- Drossel
- 48
- Ablaufkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2829150 A1 [0002]
- DE 102009001321 A1 [0002]