DE10260042A1

DE10260042A1 - Turbolader-Gehäuse

Info

Publication number: DE10260042A1
Application number: DE10260042A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. Ermisch; Ingo Dipl.-Ing. Zimbal
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-08

Abstract

Ein Turbolader-Gehäuse (1) eines Abgasturboladers eines Verbrennungsmotors weist ein aus einem Duroplast gefertigtes Verdichtergehäuse (2) auf, welches eine Verdichterrückwand (4) sowie ein unter Bildung eines Verdichterinnenraums (5) mit dieser verbundenes Verdichterfrontteil (3) mit einer innenseitigen Schneckenkontur (7) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbolader-Gehäuse eines Abgas-Turboladers eines Verbrennungsmotors.
Ein Gehäuse eines Abgasturboladers, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist in der Regel aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Eine Gewichtseinsparung ist durch die Verwendung von keramischen Werkstoffen oder Kohlenstoffverbundwerkstoffen möglich. Turbolader-Gehäuse aus solchen Werkstoffen sind beispielsweise aus der US 6,238,617 B1 und aus der US 5,810,556 A bekannt. Diese Turbolader-Gehäuse bedingen jedoch aufwändige Fertigungsverfahren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbolader-Gehäuse für einen Abgasturbolader eines Verbrennungsmotors anzugeben, welches sich bei geringem Gewicht durch eine besonders rationelle Herstellungsmöglichkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Turbolader-Gehäuse eines Abgasturboladers eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Turbolader-Gehäuse weist ein Verdichtergehäuse auf, welches aus einem Duroplast gefertigt ist. Das Verdichtergehäuse ist dabei mehrteilig ausgebildet mit einer Verdichterrückwand und einem Verdichterfrontteil, welche zwischen sich einen Verdichterinnenraum einschließen. Zumindest im Bereich des Verdichterfrontteils weist die von diesem gebildete Wandung des Verdichterinnenraums eine Schneckenkontur auf. Die mehrteilige Ausbildung des Verdichtergehäuses aus Duroplast-Bauteilen ermöglicht sehr rationelle Fertigungsverfahren, wobei ohne Nachbearbeitung gute Oberflächenqualitäten erzeugbar sind. Durch diese gute Oberflächenqualität der Verdichterrückwand sowie des Verdichterfrontteils ist die innere Reibung der Luft im Verdichterinnenraum herabgesetzt. Die geringe Reibung erhöht zum einen unmittelbar die im Verdichterinnenraum erzielbaren Strömungsgeschwindigkeiten und damit den möglichen Luftdurchsatz durch den Verdichter. Zum anderen bewirkt die geringe Reibung eine entsprechend geringe reibungsbedingte Aufheizung der Luft, wodurch die Aufheizung der Luft im Verdichter reduziert wird und somit die geförderte Luftmasse zusätzlich erhöht wird.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei einem Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor stark temperaturbeanspruchte Bauteile hauptsächlich im Bereich der Turbine vorhanden sind. Die Werkstoffe der Turbine des Turboladers müssen daher eine entsprechende Temperaturbeständigkeit aufweisen. Dagegen sind die Bauteile des Turboladers in dessen Verdichterteil vergleichsweise gering thermisch beansprucht. Die in diesem Teil des Turboladers, insbesondere des Turbolader-Gehäuses verwendeten Werkstoffe müssen daher nicht notwendigerweise mit den für die Turbine des Turboladers verwendeten Werkstoffen übereinstimmen oder eine ähnliche Temperaturbeständigkeit aufweisen. Aus diesem Grund kann das Gehäuse des Turboladers im Bereich des Verdichters, das so genannte Verdichtergehäuse, aus einem thermisch relativ gering belastbaren, jedoch sehr rationell verarbeitbaren Werkstoff, nämlich einem Duroplast, gefertigt sein. Durch die Teilung des Verdichtergehäuses in eine Verdichterrückwand und ein Verdichterfrontteil ist eine besonders rationelle Herstellung, z.B. im Druckguss- oder Spritzgussverfahren, ermöglicht.
Die Schneckenkontur des Verdichterinnenraums ist zumindest im Wesentlichen im Bereich des Verdichterfrontteils ausgebildet. In fertigungstechnisch vorteilhafter Weise ist das Verdichterfrontteil bevorzugt mehrteilig, mit einer Außenschale und einer Laufschale, ausgebildet. Dabei weist die Laufschale bevorzugt eine, bezogen auf die Rotationsachse des Turbinenlaufrads, zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrische Laufradgegenfläche auf.
Die Verdichterrückwand kann in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise eine im Wesentlichen ebene Begrenzung des Verdichterinnenraums bilden. Eine strömungstechnische Verbesserung im Verdichterinnenraum ist jedoch vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Schneckenkontur innerhalb des Verdichterinnenraums teilweise auch durch die Verdichterrückwand gebildet ist.
Ein Öffnen des aus der Verdichterrückwand und dem Verdichterfrontteil zusammengesetzten Turbolader-Gehäuses ist in der Regel nicht vorgesehen. Das Verdichterfrontteil ist daher mit der Verdichterrückwand vorzugsweise nicht lösbar, beispielsweise durch eine Schnappverbindung und/oder eine Klebeverbindung gasdicht verbunden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt die einzige Figur schematisch im Querschnitt ein Turbolader-Gehäuse.
In der Figur ist ein Turbolader-Gehäuse 1 ausschnittsweise dargestellt. Die Darstellung zeigt ausschließlich das Verdichtergehäuse 2 mit einem Verdichterfrontteil 3 und einer Verdichterrückwand 4. Zwischen den in der Darstellung getrennten Verdichtergehäuseteilen 3, 4 ist ein Verdichterinnenraum 5 eingeschlossen. Eine Achse A ist die Rotationsachse eines nicht dargestellten Verdichterlaufrades, welches in den Verdichterinnenraum 5 einzusetzen ist. Der ebenfalls nicht dargestellte Turbinenteil schließt sich an die in der Darstellung rechte Seite der Verdichterrückwand 4 an. Das Gehäuse des Turbinenteils ist aus einem ausreichend temperaturbeständigen Werkstoff, beispielsweise Metallguss, gefertigt. Dagegen ist sowohl die Verdichterrückwand 4 als auch das Verdichterfrontteil 3 aus einem Duroplast, vorzugsweise im Spritzguss- oder Druckgussverfahren, gefertigt. Das Verdichterfrontteil 3 setzt sich zusammen aus einer Außenschale 6, welche eine den Verdichterinnenraum 5 begrenzende Schneckenkontur 7 bildet, sowie einer Laufschale 8. Die Laufschale 8 weist eine rotationssymmetrische Laufradgegenfläche 9 auf, wobei die Kontur des Laufrades der Laufradgegenfläche 9 gegenüberliegt und das Laufrad radial, bezogen auf die Achse A, nicht über die Laufradgegenfläche 9 hinausragt. Die mehrteilige Ausbildung des Verdichterfrontteils 3 ermöglicht in fertigungstechnisch günstiger Weise eine hinterschneidungsfreie Geometrie sowohl der Laufschale 8 als auch der Außenschale 6.
Die zu verdichtende Luft wird in Einströmrichtung E angesaugt und in einem Austrittsbereich 10 senkrecht zur dargestellten Ebene ausgestoßen. Eine Verbindungsstelle 11 zwischen dem Verdichterfrontteil 3 und der Verdichterrückwand 4 ist als Nut-und-Feder-Verbindung ausgebildet und außermittig, nahe einer Abschlussplatte 12 der Verdichterrückwand 4 angeordnet. Die Schneckenkontur 7 ist somit zum größten Teil durch das Verdichterfrontteil 3 und zu einem nur geringen Teil von der Verdichterrückwand 4 gebildet. Die Verbindungsstelle 11 ist von der Kontur des in den Verdichterinnnenraum 5 einzusetzenden Laufrades relativ weit beabstandet, insbesondere im Vergleich zum Abstand zwischen der Laufradgegenfläche 9 und dem Laufrad. Durch die deutliche Beabstandung der Verbindungsstelle 11 vom Laufrad sind eventuelle geringe Unebenheiten im Bereich der Verbindungsstelle 11 für die Strömungsverhältnisse im Verdichterinnenraum 5 praktisch nicht relevant. Dagegen ist der Verdichterinnenraum 5 in denjenigen Bereichen, die vom Laufrad nur gering beabstandet sind, insbesondere an der Laufradgegenfläche 9 sowie an einer dieser gegenüberliegenden inneren Rückwandoberfläche 13 mit einer hohen Oberflächenqualität ausgebildet. Diese Oberflächenqualität ist im Spritzguss- oder im Druckgussverfahren ohne Nachbearbeitung herstellbar. Insbesondere weist die Oberfläche im Verdichterinnenraum 5 eine geringere Rauigkeit auf als typischerweise im Druckgussverfahren hergestellte metallische Oberflächen.
An der Verbindungsstelle 11 ist das Verdichterfrontteil 3 mit der Verdichterrückwand 4 verklebt. Alternativ oder zusätzlich könnte auch eine Schnappverbindung vorgesehen sein. Analog kann auch die Verbindung zwischen der Außenschale 6 und der Laufschale 8 des Verdichterfrontteils 3 beipielsweise durch eine Klebe- und/oder Schnappverbindung gegeben sein. Ebenso ist eine einstückige Ausbildung des Verdichterfrontteils 3 möglich.

1: Turbolader-Gehäuse
2: Verdichtergehäuse
3: Verdichterfrontteil
4: Verdichterrückwand
5: Verdichterinnenraum
6: Außenschale
7: Schneckenkontur
8: Laufschale
9: Laufradgegenfläche
10: Austrittsbereich
11: Verbindungsstelle
12: Abschlussplatte
13: Rückwandoberfläche
A: Achse
E: Einströmrichtung

Claims

Turbolader-Gehäuse (1) eines Abgasturboladers eines Verbrennungsmotors, mit einem aus einem Duroplast gefertigten Verdichtergehäuse (2), welches eine Verdichterrückwand (4) sowie ein unter Bildung eines Verdichterinnenraums (5) mit dieser verbundenes Verdichterfrontteil (3) mit einer innenseitigen Schneckenkontur (7) umfasst.
Turbolader-Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterfrontteil (3) mehrteilig, mit einer Außenschale (6) und einer Laufschale (8), ausgebildet ist.
Turboladergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschale (8) eine zumindest annähernd rotationssymmetrisch ausgebildete Laufradgegenfläche (9) aufweist.
Turbolader-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterfrontteil (3) mit der Verdichterrückwand (4) durch eine Schnappverbindung verbunden ist.
Turbolader-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterfrontteil (3) mit der Verdichterrückwand (4) verklebt ist.
Turbolader-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenkontur (7) teilweise durch die Verdichterrückwand (4) gebildet ist.