DE10314209B3

DE10314209B3 - Gehäuse für einen Radialverdichter und Verfahren zum Herstellen des Gehäuses

Info

Publication number: DE10314209B3
Application number: DE10314209A
Authority: DE
Inventors: Nenad Cvjeticanin; Uwe Ludwig
Original assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Current assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-03-29
Also published as: FR2853021A1; US7086833B2; FR2853021B1; US20040223847A1

Abstract

Ein Gehäuseteil, das zur Bildung eines Gehäuses eines Radialverdichters, insbesondere Turboladers, an ein anderes Gehäuseteil fest verbindbar ist, weist wenigstens eine Vertiefung und/oder wenigstens einen Hohlraum auf, welche einer Vertiefung und/oder einem Hohlraum in dem anderen Gehäuseteil derart zugeordnet werden können, daß ein von beiden miteinander fest verbundenen Gehäuseteilen begrenztes Hohlraumsystem gebildet wird, in welches ein fließfähiger und sich verfestigender Verbundstoff, wie ein Klebstoff oder ein thermoplastischer Kunststoff, zur Bildung eines festen Verbunds der beiden Gehäuseteile einbringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Radialverdichter, insbesondere einen Turbolader, und ein Verfahren zum Herstellen des Gehäuses.
Radialverdichter, wie Turbolader, werden in dem Bereich des Ansaugtraktes eines Kraftfahrzeugs eingebaut, um eine möglichst große Frischluftmenge in den Zylinder zu befördern. Auf diese Weise soll Luft außerhalb des Zylinders bereits vorverdichtet sein. Aufgrund der im Gehäuse eines Radialverdichters auftretenden hohen Drücke ist das Gehäuse ausreichend fest auszubilden. Außerdem sind Ladergehäuse fluiddicht auszuführen, um die gewünschten hohen Drücke im Inneren des Gehäuses halten zu können. Hinsichtlich der Dichtheit derartiger Gehäuse werden häufig einteilig gefertigte Turboladergehäuse herangezogen. Wegen fehlender Fügespalten sind einteilige Turbolader im Hinblick der Leckbildung weniger anfällig.

Aus der DE 101 12 764 A1 ist ein einteiliges Turboladergehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff bekannt. Bei derartigen Gehäusen ist es von Nachteil, daß bei komplizierten Gehäusekonstruktionen aufwendige Matrizenarbeiten und eine spanabhebende Nachbearbeitung notwendig sind, was hohe Herstellungskosten verursacht. Unter Umständen kann ein aufwendiges Kernschmelzverfahren herangezogen werden, das insbesondere bei Duroplast-Materialen keine ausreichend präzise Dimensionierung des Gehäuses zuläßt.

Aus der DE 44 38 750 A1 ist eine Luftpumpe für Kraftfahrzeuge bekannt bei der ein Gehäuse aus Kunststoff mit einem Deckel durch Reibschweißung abgedichtet und verschlossen wird. Die gerade beim Reibschweißen auftretenden hohen Temperaturen, die auch eine plastische Verformung von einander berührenden Wandbereichen des Deckels und des Gehäuses verursachen, beeinträchtigen stark die Dichtheit an der Schweißstelle und eine genaue Dimensionierbarkeit des Gehäuses, weswegen unvermeidlich zumindest Nachprüfungen der Abmessungen des Gehäuses angestellt oder sogar eine Nachbearbeitung vorgenommen werden müssen. Eine Deckel-Gehäuse-Anordnung kann auch nicht die Schwierigkeiten bei der Herstellung von komplex konstruierten Gehäuseinnenseiten von Radialverdichtern beseitigen.

Aus der DE 197 20 286 A1 ist ein Wasserpumpengehäuse für einen Fahrzeugmotor bekannt, das zwei Gehäuseteile umfaßt, die entlang eines gemeinsamen, in sich geschlossenen umlaufenden Verbindungsrandes miteinander mittels eines Klebers dicht verklebt sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gehäuse für einen Radialverdichter und ein Verfahren zur Herstellung des Gehäuses bereitzustellen, wobei das zu schaffende Gehäuse auch den hohen Dichtigkeitsanforderungen von Turboladern standhalten kann, wobei eine einfache Herstellbarkeit und eine hochpräzise Dimensionierung des Gehäuses gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch das Gehäuse gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.

Erfindungsgemäß ist also ein Gehäuse mit einem Hohlraumsystem vorzusehen, das von den beiden zu verbindenden Gehäuseteilen gebildet und begrenzt wird. Durch Einbringen eines Verbundstoffes, wie Klebstoff oder thermoplastischen Kunststoff, werden die beiden miteinander zu verbindenden Gehäuseteile miteinander in einen festen Verbund gekoppelt, wobei eine dimensionelle Veränderung oder Verformung des Gehäuses nicht einhergeht. Der eine gewisse Festigkeit nach dem Einbringen erlangende Verbundstoff greift aufgrund seines Verlaufs in dem Hohlraumsysten in beide Gehäuseteile ein. Die dabei entstehenden Keilkräfte, die von dem Verbundstoff in die Gehäuseteile eingeleitet werden, verhindern das Lösen der Gehäuseteile.

Zur Bildung des Hohlraumsystems können beide Gehäuseteile wenigstens eine Vertiefung insbesondere an der Fügefläche und/oder wenigstens einen Hohlraum aufweisen, der insbesondere in die Fügefläche mündet. Im zusammengefügten Zustand beider Gehäuseteile sind es die wenigstens eine Vertiefung und/oder der wenigstens eine Hohlraum, die miteinander fluiddicht gekoppelt sind und das Hohlraumsystem definieren. Da beide Gehäuseteile das Hohlraumsystem begrenzen und somit in Kontakt mit dem Verbundstoff gelangen, kann eine rein formschlüssige feste Kopplung der beiden Gehäuseteile gebildet werden. Diese kann dadurch verstärkt werden, daß Verbundstoffe verwendet werden, die Haft- oder Klebkräfte an den in Kontakt kommenden Innenflächen des Hohlraumsystems erzeugen.

Die an einer Verbindungsfläche der beiden Gehäuseteile einzubringende Vertiefung kann als Rinne oder Rille, also als halboffener Kanal, ausgebildet sein. Bei insbesondere einstückig ausgebildeten Gehäuseteilen mit derartigen Vertiefungen, sind Spritzgießverfahren oder reine Spritzverfahren heranzuziehen, wobei die entsprechenden Matrizen mit Erhebungen oder Vorsprüngen zu versehen sind, um die gewünschten Vertiefungen und/oder Hohlräume auszubilden.

Der wenigstens eine Hohlraum ist fast vollständig von einem der Gehäuseteile umschlossen, wobei er zumindest in die Fügefläche an beiden Gehäuseteilen mündet. Der Kanal kann verschiedene Querschnitte aufweisen. Insbesondere kann er als Bohrung ausgeführt sein. Der Kanal kann auch einen sich im Verlauf verändernden Querschnitt aufweisen, um so eine Verhakungswirkung zu schaffen, sobald der Verbundstoff den Kanal ausfüllt und die gewünschte Festigkeit für den festen Verbund erreicht hat.

Vorzugsweise ist das Hohlraumsystem bereichsweise an der Fügefläche der beiden Verbindungsteile ausgebildet. Sind in der Fügefläche eingebrachte Rillen oder Rinnen vorgesehen, können die sich vorzugsweise längs der Verfügefläche erstrecken, um auf diese Weise große Kopplungsbereiche zu schaffen.

Um insbesondere den Verbundstoff in das Hohlraumsystem hinterspritzen zu können, ist ein Eingang in einem der Gehäuseteile vorzusehen. Besondes gute Hinterspritzergebnisse werden dann erzielt, wenn ein Ausgang in einem der Gehäuseteile vorgesehen wird, über den überschüssiger Verbundstoff austreten kann. Ferner sind in wenigstens einem der Gehäuseteile Belüftungs- und/oder Entlüftungsöffnungen vorzusehen.

Das erfindungsgemäße Gehäuseteil kann eine Formpaßeinrichtung, in Form beispielsweise einer Platte, oder eines im Querschnitt rechteckigen Vorsprungs oder einer Aussparung, aufweisen, über welche die Position der Gehäuseteile zueinander bei dem Fügevorgang der Gehäuseteile zumindest in einer Richtung festgelegt wird. Diese Formpaßeinrichtung ist vorzugsweise an der Fügefläche vorzusehen, welche mit einer korrespondierenden Formpaßeinrichtung an dem anderen Gehäuseteil zusammenwirkt. Formpaßeinrichtungen, die in zwei Bewegungsrichtungen die Position festlegen können, können ebenfalls vorgesehen sein. Hierbei kann eine Reiter-Sattel-Verbindung in Betracht kommen. Eine besonders zuverlässige und starke Befestigung der beiden Gehäuseteile wird durch ein Labyrinthsystem erzielt, das wenigstens einen Gang mit einer bestimmten Krümmung aufweist. Jede von dem Gang abzweigende Kanal struktur, die vollständig in ein Gehäuseteil abtaucht, um anschließend wieder in die Verbindungsfläche zu münden, erhöht die Festigkeit des Verbunds der beiden Gehäuseteile.

Bis auf den Eingang, den Ausgang und die Belüftungs- und/oder Entlüftungsöffnungen ist das erfindungsgemäße Hohlraumsystem des Gehäuses in sich geschlossen.

Bei einer bevorzugten Ausführung des Gehäuses für einen Radialverdichter, insbesondere einen Turbolader, umfaßt das Gehäuse einen Luftansaugstutzen, einen Luftaustrittsstutzen und einen die beiden Stutzen verbindenden Verdichterkanal. Die beiden zu koppelnden Gehäuseteile bilden zum einen den Radialinnenabschnitt des Verdichterkanals und zum anderen den Radialaußenabschnitt des Verdichterkanals. Vorzugsweise ist der Luftansaugstutzen, der Luftaustrittsstutzen und der Radialaußenabschnitt des Verdichterkanals als ein einstöckiges Gehäuseteile gefertigt.

Neben den Vertiefungen und/oder den Hohlräumen zur Bildung des Hohlraumsystems für den festen Verbund der beiden Gehäuseteile kann der Radialinnenabschnitt zusätzliche Materialsaussparungen aufweisen, die vorzugsweise als Kammer ausgebildet sind, die von Wänden begrenzt sind. Vorzugsweise sind mehrere Aussparungen vorgesehen, welche unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen können. Diese Materialaussparungen oder Kammern reduzieren nicht nur das Gewicht dieses Gehäuseteils sondern unterstützen auch die Einhaltung der Maßhaltigkeit des Gehäuses.

Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Gehäuseteile aus einem Kunststoff, insbesondere Duroplast, gespritzt.

Weitere Vorteile, Eigenschaften und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
1 eine Ansicht auf die Luftaustrittsöffnung eines erfindungsgemäßen Gehäuses eines Radialverdichters;
2 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie II-II gemäß 1;
3 eine Seitenansicht des Gehäuses gemäß 1;
4 eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie IV-IV gemäß 3;
5 eine Seitenansicht des Gehäuses gemäß 1 von einer im Vergleich mit 3 gegenüberliegenden Seite; und
6 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie VI-VI gemäß 5.
In den 1 bis 6 ist ein erfindungsgemäßes Gehäuse 1 eines Turboladers dargestellt, das einen Luftansaugstutzen 3 und einen Luftaustrittsstutzen 5 umfaßt. Ein Verdichterkanal 7 verbindet den Luftansaugstutzen 3 mit dem Luftaustrittsstutzen 5. Das Gehäuse 1 umfaßt im wesentlichen zwei eigenständige, strukturelle Bauteile 11, 13, die jeweils aus einem Duroplast gespritzt sind.
Das Gehäuseteil 11 bildet den Lufteintrittsstutzen 3 sowie den Luftaustrittsstutzen 5 und begrenzt teilweise den Verdichterkanal 7, nämlich durch einen Außenmantel 15, der durch im gleichmäßigen Abstand voneinander außen angeformte Rippen 17 verstärkt ist. Die Innenfläche 21 des Außenmantels 15 stellt eine radiale Außenführung der in dem Gehäuse 1 zu verdichtenden Luft dar.
Das andere Gehäuseteil 13 stellt die radiale Innenführung des Verdichterkanals 7 dar, die im wesentlichen bezüglich dem Außenmantel 15 radial innen angeordnet ist.
Die Zweiteiligkeit der beiden Gehäuseteile 11, 13 ist insofern gegenüber einteiligen Ausführungen von Vorteil, als die durch die besondere Form des Verdichterkanals bestehende Hinterschneidungen bei einer einteiligen Herstellung des gesamten Gehäuses im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren nur mit einem sehr hohen technischen Fertigungsaufwand gebildet werden können.
Um eine dichte und präzise Anordnung der beiden zu verbindenden Gehäuseteile 11, 13 zu schaffen, ist ein Labyrinthsystem 31 vorgesehen, das im wesentlichen im Übergangsbereich der beiden Gehäuseteile, nämlich an der Füge- oder Verbindungsfläche 32 (s. 4, 6), liegt. Das Labyrinthsystem 31 umfaßt einen Eingang 33 und einen Ausgang 35, die miteinander über einen oder mehrere Labyrinthgänge fluidal verbünden sind. Wie insbesondere in den 2 und 4 ersichtlich ist, verläuft das Labyrinthsystem 31 radial umfänglich, konzentrisch zur Luftansaugachse Z entlang der Fügefläche 32.
An der jeweiligen Fügefläche 32 der Gehäuseteile 11, 13 sind Rillen oder Rinnen, also halboffene Kanäle, eingebracht, welche beim Zusammenfügen einander zugeordnet werden, um einen umschlossenen Gang 37 zu bilden, der sich konzentrisch um die Luftansaugachse Z erstreckt. Senkrecht zur Fügefläche sind Kanäle 37 vorgesehen, die in das geschlossene Rinnensystem 36 münden. Die Kanäle 37 können auch als Hohlräume bezeichnet werden, die unterschiedliche Querschnitte aufweisen können. Insbesondere kann ein Kanal 37 einen sich in dessen Verlauf ändernden Querschnitt aufweisen.
Das Labyrinthsystem 31 ist also sowohl von dem Gehäuseteil 11 als auch von dem Gehäuseteil 13 begrenzt, wobei ein Labyrinthgang durchaus auch teilweise ausschließlich durch eines der beiden Gehäuseteile 11, 13 verlaufen kann. Hierbei kann der Labyrinthgang, aus der Sicht von einem Gehäuseteil, vollständig in dem Gehäuseteil 11 verlaufen, aus dem Gehäuseteil 11 an der Fügefläche 32 austreten und nach einer bestimmten Strecke vollständig in dem anderen Gehäuseteil 13 verschwinden, um anschließend wieder in das Gehäuseteil 11 einzutauchen. Somit schlängelt sich ein in den Labyrinthgang eingebrachter Verbundstoff von einem Gehäuseteil in den anderen und bildet dadurch eine Art Maschenhalterung.
Zum festen Verbund der beiden Gehäuseteile 11, 13 wird ein fließfähiger Verbundstoff in das Labyrinthsystem 31 über den Eingang 33 eingespritzt, um das Labyrinthsystem 31 vollständig aufzufüllen. Hierbei findet vorteilhafterweise ein tixotroper Klebstoff oder ein thermoplastischer Kunststoff Verwendung. Nachdem der Verbundstoff ausgehärtet und sich verfestigt hat, und damit eine starre Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen realisiert ist, definiert der starre Verbundstoff Hinterspritzungen, die eine Art Verflechtung der beiden Gehäuseteile durch den sich in dem Labyrinthsystem erstreckenden festen Verbundstoff bewirkt. Mit anderen Worten, die in das Labyrinthsystem eingebrachte Masse bewirkt eine Verhakung der beiden Gehäuseteile 11, 13, welche auf diese Weise relativ zueinander nicht mehr verrückt werden können.
Wie insbesondere in den 2 und 6 ersichtlich ist, umfaßt das Gehäuseteil 13 kammerförmige Aussparungen 41, die durch Trennwände getrennt sind und sich im wesentlichen konzentrisch um die Lufteintrittsachse Z erstrecken. Auf diese Weise kann das Gewicht des Gehäuseteils 13 reduziert werden.
Um eine gleichmäßige und einschlußfreie Verteilung des Verbundstoffs zu erreichen, umfaßt das Labyrinthsystem Entlüftungs- und/oder Belüftungsöffnungen, die in den Figuren nicht näher dargestellt sind.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Gehäuse für einen Radialverdichter, insbesondere einen Turbolader, mit zwei aneinander befestigten Gehäuseteilen (11, 13), von denen das eine Gehäuseteil (11) einen Luftansaugstutzen (3), einen Luftaustrittsstutzen (5) und einen einen Verdichterkanal (7) begrenzenden Außenmantel (15) bildet, und das andere Gehäuseteil (13) eine radiale Innenführung des Verdichterkanals (7) bildet, wobei die Gehäuseteile (11, 13) gemeinsam ein Hohlraumsystem begrenzen, in welches ein fließfähiger Verbundstoff, wie ein Klebstoff oder ein thermoplastischer Kunststoff, zur Bildung eines festen Verbunds der beiden Gehäuseteile (11, 13) eingebracht ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumsystem als Labyrinthsystem (31) ausgebildet ist.
Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumsystem durch wenigstens einen geschlossenen Gang (36) gebildet ist, der durch Rinnen in der jeweiligen Fügefläche (32) von beiden zu verbindenden Gehäuseteilen (11, 13) begrenzt ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine mit dem Hohlraumsystem fluidal gekoppelte Be- und/oder Entlüftungsöffnung aufweist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumsystem in sich geschlossen ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Gehäuseteil (13) zumindest einen Radialinnenabschnitt des Verdichterkanals (7) und das andere Gehäuseteil (11) zumindest einen Radialaußenabschnitt des Verdichterkanals (7) bildet.
Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftansaugstutzen (3), der Luftaustrittsstutzen (5) und der Radialaußenabschnitt des Verdichterkanals (7) als einstückiges Gehäuseteil (11) gefertigt ist.
Gehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialinnenabschnitt wenigstens eine zusätzliche Aussparung (41) aufweist.
Gehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Aussparung (41) als Kammer ausgebildet ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zusätzliche Aussparungen (41) vorgesehen sind, welche unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (11, 13) aus einem Duroplast gefertigt, insbesondere gespritzt, sind.
Verfahren zum Herstellen eines insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildeten Gehäuses (1) eines Radialverdichters, insbesondere eines Turboladers, für welches Gehäuse (1) wenigstens zwei Gehäuseteile (11, 13) vorgesehen werden, von denen das eine Gehäuseteil (11) einen Luftansaugstutzen (3), einen Luftaustrittsstutzen (5) und einen einen Verdichterkanal (7) begrenzenden Außenmantel (15) bildet, und das andere Gehäuseteil (13) eine radiale Innenführung des Verdichterkanals (7) bildet, wobei die Gehäuseteile (11, 13) in eine bestimmte Stellung zueinander zusammengebracht werden und ein gemeinsames Hohlraumsystem begrenzen, in welches zum Befestigen der Gehäusteile (11, 13) aneinander ein fließfähiger Verbundstoff, wie Klebstoff oder thermoplastischer Kunststoff, eingebracht wird, wodurch ein fester Verbund zwischen den Gehäuseteilen (11, 13) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile (11, 13) aus einem Kunststoff, insbesondere einem Duroplast, spritzgegossen werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vertiefung und/oder wenigstens ein Hohlraum zur Bildung des Hohlraumsystems in der jeweiligen Fügefläche (32) an den Gehäuseteilen (11, 13) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumsystem der beiden Gehäuseteile (11, 13) mit dem Verbundstoff auffüllend hinterspritzt wird.