DE112013000434T5

DE112013000434T5 - Giessen einstückiger Turbolader

Info

Publication number: DE112013000434T5
Application number: DE112013000434.8T
Authority: DE
Inventors: Simon Malins; Sean Rylance; James Finley; Rob Daniels
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-09-25
Also published as: US10273827B2; KR101990417B1; IN2014DN06774A; US20140369811A1; CN104040143B; CN104040143A; KR20140114036A; RU2014133439A; WO2013112345A1

Abstract

Ein Lagergehäuse oder einstückiges Turboladergehäuse, in dem Öl- und gegebenenfalls Luft- und Wasserzufuhrkanäle als im Gusszustand befindliche Strukturmerkmale vorliegen, wodurch die Probleme, Gestaltungseinschränkungen und Kosten vermieden werden, die mit herkömmlicher maschineller Bearbeitung nach dem Gießen einhergehen. Als Gießverfahren wird vorzugsweise ein Verlorener-Schaum-Verfahren oder ein ähnliches Verfahren eingesetzt, in dem vor dem Gießen des Metalls eine Keramikschale auf dem Schaumstoff ausgebildet wird, wobei jedoch auch ein beliebiges aus einer Reihe verschiedener Gießverfahren oder eine Kombination von zwei oder mehreren Techniken angewandt werden kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Turbolader und stellt insbesondere ein Gießverfahren für einstückige Turboladergehäuse mit präzise gegossenen inneren und äußeren Strukturelementen bereit. Insbesondere wird ein Lagergehäuse oder einstückiges Turboladergehäuse bereitgestellt, ohne dass Ölzuführungskanäle des Lagergehäuses maschinell bearbeitet werden müssen.
Beschreibung des Stands der Technik
Turbolader sind eine Art Aufladungssystem. Sie führen der Motoransaugöffnung Luft in höherer Dichte als dies bei einem normal ansaugenden Aufbau möglich wäre zu, wodurch mehr Brennstoff verbrannt und somit die Motorleistung ohne ein wesentlich höheres Motorengewicht erhöht werden kann. Wird ein normal ansaugender Motor, der physisch größer ist, durch einen kleineren Turboladermotor ersetzt, bewirkt das eine Gewichtsreduktion und die aerodynamische Frontfläche des Fahrzeugs kann kleiner gestaltet werden.
Turbolader nutzen den Abgasstrom aus dem Motorenauspuffkrümmer für den Antrieb eines Turbinenlaufrads (10). Die durch das Turbinenlaufrad extrahierte Energie wird in eine Rotationsbewegung umgewandelt, die dann ein Kompressorlaufrad (40) antreibt. Das Kompressorlaufrad saugt Luft in den Turbolader, verdichtet diese Luft und führt sie dann der Ansaugseite des Motors zu. Im Inneren eines stationären Gehäuses ist eine rotierende Anordnung aufgenommen, die aus folgenden Hauptkomponenten besteht: Turbinenlaufrad; Kompressorlaufrad; Welle, an der das Turbinen- und das Kompressorlaufrad befestigt sind; Schleuder- und Schubkomponenten. Die Welle dreht sich in einem hydrodynamischen Lagersystem, dem typischerweise durch eine Motorölpumpe Öl zugeführt wird.
Handelsübliche Turbolader werden typischerweise aus fünf Hauptkomponenten hergestellt: Turbinenlaufrad; Kompressorlaufrad, Turbinengehäuse, Kompressorabdeckung und Lagergehäuse. Einige Komponenten können standardisiert werden, während andere für spezielle Anwendungen spezifisch sind. Das Lagergehäuse und die Kleinteile, die die rotierende Anordnung verbinden und tragen, sind typischerweise bei allen Turboladern innerhalb einer bestimmten Familiengröße eines Herstellers gleich. Die Welle, das Turbinenlaufrad und das Kompressorlaufrad werden in Abhängigkeit von den Anforderungen an den Luftstrom innerhalb einer Produktfamilie ausgewählt. Die Kompressorabdeckung und das Turbinengehäuse sind andererseits oft für bestimmte Anwendungen spezifisch. Der Rohraufbau eines 10-Liter-Motors eines Herstellers für Fernverkehr-Lastkraftwagen unterscheidet sich oft von jenem desselben Motors desselben Herstellers für einen Mähdrescher. Bei dem Fernverkehr-Lastkraftwagen kann der Auspuff nach hinten gewandt sein. Bei dem Mähdrescher kann der Auspuff nach vorne ausgerichtet sein. Bei dem Fernverkehr-Lastkraftwagen können der Lufteinlass und der Luftfilter vorne an dem Motor vorliegen, während sie sich bei dem Mähdrescher neben dem Führerhaus hinter dem Motor vorliegen können. Dementsprechend muss der Turbolader zu komplett verschiedenen Motorstrukturen passen, auch wenn der Basismotor derselbe ist. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, können die Turbinengehäuse und Kompressorabdeckungen von LKW und Mähdrescher unterschiedliche Auslässe aufweisen, und diese Abdeckungen weisen immer eine unterschiedliche Ausrichtung in Bezug auf Lagergehäuse und in Bezug aufeinander auf.
In Bezug auf die Materialien kann das Turbinengehäuse eines Fernverkehr-LKW mit Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 mph (80 km/h) gekühlt werden, während die Luftgeschwindigkeit bei dem Mähdrescher –5 mph (–8 km/h) betragen kann, so dass auch große Unterschiede in Bezug auf die Anforderungen bezüglich der Wärmeabfuhr des Turboladers bestehen.
Aufgrund dieser großen Unterschiede in Bezug auf Anforderungen und Einsatzbedingungen verfügen die Hersteller von Turboladern typischerweise für unterschiedliche Anwendungen des im Grunde gleichen Motors über unterschiedliche Turbinengehäuse und Kompressorabdeckungen für ein herkömmliches Lagergehäuse und eine herkömmliche Rotationsanordnung.
In Bezug auf die oben erläuterte unterschiedliche Ausrichtung der Kompressorabdeckung und des Turbinengehäuses zeigt 2 ein Schema für die Definition oder Darstellung der Ausrichtung der Gehäuse. Das Lagergehäuse muss so ausgerichtet sein, dass der Ölablass (66) eine Achse aufweist, die entlang der Schwerkraft ausgerichtet ist, um eine möglichst optimale Ölablassleistung zu erzielen, wobei die nächste Annäherung an einen optimalen Ölablass mit einer im rechten Winkel auf die Motorkurbelwelle stehenden Achse zu erreichen ist. Typischerweise ist diese vertikale Achse (100) also der Bezugspunkt für die Ausrichtung der Komponenten. Das Turbinengehäuse muss so gedreht werden, dass seine Basis (7), insbesondere die maschinell bearbeitete Fläche (12) der Basis, mit der komplementären Kontaktstelle an dem Auspuffkrümmer in Eingriff gelangt. Dadurch wird dann die Position des Turbinengehäuses und des Lagergehäuses in Bezug auf den Motor festgelegt. Der Kompressorauslass wird dann um die Achse des Lagergehäuses so gedreht, dass er in Bezug auf das komplementäre Leitungssystem, typischerweise den Ladeluftkühler, fluchtend ausgerichtet ist. Die Strukturelemente des Kompressoreinlasses (49) müssen mit dem Leitungssystem von dem Fahrzeugluftfilter und das Auspuffablassrohr muss mit den Abgasstrukturelementen (13) des Turbinengehäuses verbunden sein.
Wie in 2 dargestellt ist ein typisches Schema für die Ausrichtung des Turbinengehäuses (2) ein Winkel θ_t, der gegen den Uhrzeigersinn von der vertikalen Achse (100) des Turboladers um die axiale Mittellinie (1) der Turboladers aufgespannt ist. Ein typisches Schema für die Ausrichtung der Kompressorabdeckung (47) ist ein Winkel θ_c, der im Uhrzeigersinn von der vertikalen Achse (100) des Turboladers um die axiale Mittellinie (1) des Turboladers aufgespannt ist.
Durch die Bereitstellung eines Lagergehäuses und von Endgehäusen (Turbinengehäuse und Kompressorabdeckung) mit einem Zentrierdurchmesser oder einer zylinderförmigen Ausnehmung und die Bereitstellung einer komplementären zylinderförmigen Lippe und eines zylinderförmigen Flanschs am Gegenstück, wobei diese Strukturelemente konzentrisch um die axiale Mittellinie des Lagergehäuses vorliegen, können die Strukturelemente so bearbeitet werden, dass die Komponenten drehbar angeordnet und durch Verdrehen in Bezug auf das Lagergehäuse ausgerichtet werden können. Nach der Ausrichtung werden Turbinengehäuse oder Kompressorabdeckung dann durch ein Klemmband (nach Bearbeitung der Spanngrenzflächen) oder ein System von Bolzen und Spannplatten drehfest an dem Lagergehäuse festgelegt. Dies ermöglicht eine einfache Fixierung der Ausrichtung der Endgehäuse in Bezug auf das zentrale Lagergehäuse, bedeutet aber, dass es überall mögliche Leckpfade für Gase oder teilchenförmige Materialien gibt. Es bedeutet auch, dass zusätzliche Kleinteile (Klemmband oder Bolzen und Spannplatten) zu der Liste an Materialien für die Turboladeranordnung dazukommen.
In US-Patent Nr. 6.415.846 (O'Hara) lehrt der Erfinder, dass ein Außenabschnitt eines einstückigen Turboladergehäuses in einem Stück gegossen werden kann (mit einem großen zylinderförmigen Hohlraum im Inneren, um Einsätze einbringen zu können, wie z. B. Lagerkomponenten für die Rotationsanordnung), wobei die Werkzeugform (d. h. Kompressorende und Turbinenende) so gestaltet ist, dass sie drehbar ist, um eine unterschiedliche Ausrichtung der Endgehäuse zu ermöglichen. Bei Serienfertigung kann dieses einstückige Gießen dazu dienen, die Anzahl an Gehäusegussvorgängen zu verringern; in der Praxis erfordert es jedoch weiterhin manuelle Arbeit für das Zusammenfügen, da der gegossene Außenabschnitt des Gehäuses keine rotierenden Komponenten oder Lagersysteme zur Lagerung der rotierenden Komponenten im Inneren umfasst.
Zusätzlich zu der Position der bearbeiteten Fläche (13) der Turbinenbasis (7) wird die Anordnung des Turboladers in Bezug auf den Motor typischerweise durch die Position eines Bezugspunktes mit mehreren Ebenen des Auspuffkrümmers festgelegt. Die Basis des Auspuffkrümmers legt im Wesentlichen die Position des Turboladers in Bezug auf den Motor über die Fläche der Basis, die sich oft an einer komplex definierten „Z”-Achse befindet, und die „X”- und „Y”-Achsen der Löcher in der Basis fest. Wie in 8A und 8B dargestellt legen Bolzenlöcher (8) in der Turbinenbasis (7) die „X”- und „Y”-Position fest, und die oben erwähnte bearbeitete Fläche (13) der Turbinenbasis legt die komplexe „Z”-Position des Turboladers in Bezug auf den Motor fest. Aus diesem Grund hängen die Positionen anderer Motoranschlussstrukturelemente (z. B. von Kompressorauslass, Öleinlass, Ölablass, Kompressoreinlass und Abgasablassrohranschluss) von diesem Bezugspunkt mit mehreren Ebenen ab. Zusätzlich zu der Position des Turboladers auf dem Motor kann der durch das Turbinengehäuse festgelegte Bezugspunkt auch herangezogen werden, um die Position mehrerer wesentlicher Strukturelemente in dem Turbinengehäuse festzulegen, wie z. B. für die Bearbeitung der Fläche, die die aerodynamische Funktion des Turbinengehäuses (in Bezug auf Turbinen- und Kompressorlaufrad nach dem Zusammenfügen) festlegt, und die Ausrichtung des Gasdurchlasses (14) durch die Turbinenbasis (7). Die Ausrichtung des Gasdurchlasses (14) ist deshalb wesentlich, weil der Gasdurchlass der Turbine in Bezug auf den Gasdurchlass in dem Krümmer fluchtend ausgerichtet sein muss, da sonst heiße Abgase die Turbinenbasis erodieren und möglicherweise einen Leckpfad von dem Abgasdurchlass in dem Turbolader in die Umgebung des Turboladers entstehen lassen. Das Problem in Bezug auf dieses Vorgehen besteht darin, dass die Bearbeitung der Basisdetails auf dem Gussteil die (spätere) Anordnung mehrerer aerodynamisch kritischer Strukturelemente bestimmt und dass es schwierig ist, diese Bezugspunkte anhand eines Rohgussteils festzulegen, wie nachstehend erläutert wird.
Wie in 7A und 7B dargestellt handelt es sich bei der Anordnung der Löcher (8) in der Turbinenbasis oft um einen der ersten Bearbeitungsschritte, und typischerweise erfordert der Aufbau der Bearbeitungswerkzeuge viel Zeit, um das Turbinengehäuse in Einspannvorrichtungen so anzuordnen, dass sichergestellt wird, dass die Erstellung der Löcher und die Bearbeitung der Fläche (12) der Basis, in jeder der „X”-, „Y”- und „Z”-Ebenen an der geeigneten Stelle erfolgen, so dass für die nachfolgenden Bearbeitungsschritte in dem Verfahren die richtigen Bezugspunkte hergestellt werden.
In einem Turbolader wird typischerweise Öl von der Motorölpumpe aus durch ein Rohr oder einen Schlauch einem Ölanschlussstück (69) zugeführt, das an einem maschinell bearbeiteten Behälter (61) an der Oberseite des Lagergehäuses angebracht ist. Dann wird Öl über Bohrungen den Achslagern und Drucklagern zugeführt. Eine Ölbohrung ist ein innerer Durchlass in dem Lagergehäuse, der wesentliche Komponenten wie die Hauptlager mit Öl versorgt. Typischerweise gibt es eine maschinell bearbeitete Hauptbohrung, die von dem Öleinlass ausgeht und dann eine maschinell bearbeitete Querbohrung (94) versorgt, um das Drucklager direkt zu versorgen. Typischerweise durchdringen zwei maschinell bearbeitete Bohrungen (90), die die Achslager versorgen, die Drucklagerölbohrung (94).
Die Drucklagerölbohrung (94) wird typischerweise unter Verwendung eines Bohrers (95) entlang einer Achse (96) von der Befestigungsfläche (85) für das Drucklager im rechten Winkel oder annähernd im rechten Winkel auf die Drucklagerfläche maschinell erstellt, da diese Fläche für eine Werkzeugmaschine einfach zugänglich ist. Dieses Verfahren beeinflusst die Größe und Gestaltung des Drucklagers, da die Drucklagerölbohrung die Öleinlasshauptbohrung (61) durchdringen muss und oft die Ölzufuhr für die Achslagerölbohrungen (90T, 90C) bereitstellt, um ferner eine Fluidverbindung mit einem Ölbohrungsstrukturelement im Inneren des Drucklagers herzustellen.
Der Austritt und Winkel der Achslagerzuführungen sind komplizierter. Die maschinell erstellten Ölbohrungen (90T, 90C) für die Achslager werden typischerweise über einen Zugang durch Öffnungen mit relativ geringem Durchmesser in jedem Ende (Kompressorende und Turbinenende) des Lagergehäuses maschinell bearbeitet. Am Turbinenende wird die Achse (92T) des Bohrers (91) dadurch festgelegt, dass der Bohrer und in manchen Fällen Bohrer und Bohrerführungswerkzeug durch das Bearbeitungsstrukturelement (62) für das Kolbenringauge auf dem Ansatz des Lagergehäuses (60) geführt werden müssen, während die Achslagerbohrung (65) möglichst nahe am Turbinenende des Lagergehäuses durchdrungen wird. Am Kompressorende wird die Achse des Bohrers (91) dadurch festgelegt, dass der Bohrer und in manchen Fällen Bohrer und Bohrerführungswerkzeug durch die Bearbeitungsstrukturelemente für die Bohrung (84) für den Einsatz (50) und die deutlich kleinere Bohrung (65) für die Achslager geführt werden muss, während die Achslagerbohrung (65) möglichst nahe an der Drucklagerbefestigungsfläche (85) des Lagergehäuses geschnitten wird.
Diese Bearbeitungsschritte sind sehr herausfordernd und erfordern oft komplizierten Umgang mit Werkzeugen, da der Bohrer zunächst in einem sehr flachen Winkel an der richtigen Stelle in der Achslagerbohrung angesetzt werden muss, um dann die Ölzufuhrbohrung im Gusszustand zu durchbrechen.
Nach deren maschineller Bearbeitung müssen die Bereiche, in denen die geringfügig bearbeiteten Ölzufuhrbohrungen in den Hauptzuführungskanal münden, vollständig entgratet werden, um zu verhindern, dass Metallgrate in den Ölstrom und so in Lagerspalte mit eng berechneten Toleranzbereichen gelangen. Werden diese Bereiche nicht entgratet, könnte das dazu führen, dass ein Metallgrat in ein Lager eintritt und dieses zerstört.
Wie oben erläutert werden Kompressorabdeckung und Turbinengehäuse aufgrund ihrer unterschiedlichen Funktion typischerweise unter Verwendung unterschiedlicher Materialien gefertigt. In Bezug auf die Kosten wird das kostengünstigste Material verwendet, das den technischen Anforderungen von Kompressor- oder Turbinenstufe gerecht wird („Stufe” bezeichnet die Kombination aus rotierendem Rad und Gehäuse). Das Abgas in dem Turbinengehäuse eines Dieselmotors hat je nach Anwendung beispielsweise etwa 760 bis 869°C, weshalb typischerweise ein hoch-silicium-molybdän – legiertes Gusseisenmaterial (HSM) das Material der Wahl ist. Die komprimierte Luft in der Kompressorabdeckung weist gewöhnlicherweise eine Maximaltemperatur von etwa 204°C auf, so dass Aluminiumguss das kosteneffizienteste Material ist.
Typischerweise werden Turbinengehäuse, Lagergehäuse und Kompressorabdeckung einzeln unter Anwendung des Sandgussverfahrens gegossen. Manche Teile werden in Serie gefertigt, und andere Teile, bei denen sich komplizierte Strukturelemente wiederholen, können unter Verwendung der ständig gleichen Form oder unter Anwendung des Verlorener-Schaum-Gießverfahrens (LFC) gegossen werden. Bei all diesen Verfahren gibt es mehrere Methoden für die Herstellung der Kerne, Formen und Strukturen, in die letztendlich der Metallguss gegossen wird.
In Anbetracht dessen, wie arbeitsintensiv die Herstellung der einzelnen Turboladergehäusekomponenten ist, wieviel Know-how dazu erforderlich ist und wieviel Zeit und Materialien zur Ausrichtung und für das Zusammenfügen der Komponenten zur Ausbildung des Turboladergehäuses und der in einem herkömmlichen Turboladergehäuseaufbau enthaltenen Ruß- und Abgasableitung erforderlich sind, ist klar, dass Bedarf für ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von Turboladergehäuse und das maschinelle Erstellen der Löcher in der Turbinenbasis und den Ölzuführungskanälen in dem Gehäuse besteht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung löst die oben beschriebenen Probleme durch das Gießen eines Lagergehäuses oder noch bevorzugter eines einstückigen, einheitlichen Gehäuses, in dem Öl- und gegebenenfalls Luft- und Wasserzuführungskanäle als Strukturelemente in gegossenem Zustand beinhaltet sind, wodurch die Probleme, Gestaltungseinschränkungen und Kosten vermieden werden, die sich durch die herkömmliche Bearbeitung nach dem Gießen ergeben. Als Gießverfahren wird vorzugsweise das Verlorener-Schaum-Gießverfahren oder eine ähnliche Technik eingesetzt, bei der aber eine Keramikschale vor dem Gießen des Metalls auf dem Schaumstoff ausgebildet wird; es kann jedoch auch ein beliebiges Verfahren ausgewählt aus einer Reihe verschiedener Gießverfahren oder eine Kombination von zwei oder mehreren Techniken angewandt werden.
Wie oben erläutert werden Ölzuführungskanäle typischerweise maschinell in Gussteilen hergestellt, weshalb die Anordnung und Geometrie der Ölzuführungskanäle durch die Zugänglichkeit für den Bohrer vorgegeben wurde. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung der Zuführungskanäle als im Gusszustand befindliche Strukturelemente, wodurch einige Gestaltungszwänge, die aufgrund der Zugänglichkeit für Werkzeuge zur Erstellung der Ölbohrungen bestanden, aufgehoben werden. Da die Zugänglichkeit für den Bohrer nicht länger erforderlich ist, ist die Erfindung nicht auf das Gießen von Lagergehäusen beschränkt, sondern kann angewandt werden, um vollständige einstückige Turboladergehäuse, einschließlich Turbinengehäuse, Kompressorabdeckung und Lagergehäuse mit eingegossenen Ölzuführungskanälen und gegebenenfalls Luft- und Wasserzuführungskanälen, zu gießen.
Die Erfindung umfasst ferner ein einstückiges Turboladergehäuse, einschließlich Turbinengehäuse, Kompressorabdeckung und Lagergehäuse mit eingegossenen Ölzuführungskanälen und gegebenenfalls Luft- und Wasserzuführungskanälen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht zur Einschränkung in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, wobei ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile bezeichnen und wobei:
1 einen Querschnitt eines typischen Turboladers zeigt;
2 eine Ansicht eines typischen Turboladerausrichtungsschemas zeigt
3 eine Querschnittansicht des gebohrten Ölzuführungskanalschemas zeigt;
4 eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen einstückigen Gehäuses zeigt;
5A, B Querschnittansichten von Einsätzen zeigen, die in dem erfindungsgemäßen Gehäuse verwendet werden;
6 eine Querschnittansicht ist, die zeigt, wie die Einsätze in das erfindungsgemäße einstückige Gehäuse passen;
7 eine Querschnittansicht der Gehäuseanordnung zeigt;
8A, B Querschnittansichten einer Turbinenbasis zeigen;
9 mehrere Ansichten, darunter eine vergrößerte Ansicht der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
10A–D zeigen, wie Drucklager unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kleiner gestaltet werden können;
11 einen Schaumstoff-Cluster des Verlorener-Schaum-Gießverfahrens zeigt;
12A, B, C den ersten Teil des Verfahrens zur Herstellung einer Kompressorabdeckungsform zeigen;
13 den letzten Teil des Verfahrens zur Herstellung einer Kompressorabdeckungsform zeigt;
14A, B die Verfahren zur Herstellung einiger kleinerer Formen zeigen;
15 das Verfahren zur Herstellung weiterer kleinerer Formen zeigt;
16A, B das Verfahren zur Herstellung von Lagerträgerformen zeigen;
17A, B das Verfahren zur Herstellung von Ölzuführungskanal-Kernen zeigen;
18 das Verfahren zur Herstellung einer Turbinengehäuseform zeigt;
19A, B das Verfahren des Gießens des einstückigen Gehäusegussteils unter Anwendung eines typischen Verlorener-Schaum-Verfahrens zeigt;
20A, B das Verfahren für ein alternatives Gießverfahren für das einstückige Gehäusegussteil zeigen; und
21A, B das Verfahren für ein weiteres alternatives Gießverfahren für das einstückige Gehäusegussteil zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine erste Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Lagergehäuse, das geeignet ist, um an einer Seite mit einem getrennt davon hergestellten Turbinengehäuse und an einer entgegengesetzten Seite mit einer getrennt davon hergestellten Kompressorabdeckung verbunden zu werden. Die Ölzuführungskanäle im Inneren des Lagergehäuses können unter Anwendung eines Verlorener-Schaum-Gießverfahrens oder eines ähnlichen Verfahrens hergestellt werden, bei dem vor dem Gießen des Metalls eine Keramikschale auf einer Schaumstoffform ausgebildet wird; es kann jedoch auch ein beliebiges aus einer Reihe verschiedener Gießverfahren oder eine Kombination von zwei oder mehreren Techniken angewandt werden. Während das in 4 gezeigte Produkt ein einstückiges Turboladergehäuse ist, in dem Turbinengehäuse, Lagergehäuse und Kompressorabdeckung einstückig vorliegen, ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung klar, dass das Lagergehäuse auch als eines der Teile eines in 1 dargestellten dreiteiligen Gehäuses hergestellt werden kann. Im Gegensatz zu dem Lagergehäuse nach dem Stand der Technik, das in 1 dargestellt ist, in dem die Ölzuführungskanäle maschinell erstellt und somit gerade sind und sich an für einen Bohrer zugänglichen Stellen befinden, weist das erfindungsgemäße Lagergehäuse jedoch eingegossene Ölzuführungskanäle auf, die beliebig angeordnet und geformt, z. B. gekrümmt, werden können. Durch das einfache maschinelle Herstellen der Hauptlagerbohrung (65) für die rotierende Anordnung in dem gegossenen Lagergehäuse wird eine Fluidverbindung zwischen den im Allgemeinen radialen inneren Enden der eingegossenen Ölzuführungskanäle (77) und den Bereichen hergestellt, die die Achslager aufnehmen. Auf ähnliche Weise wie für die Ölzuführungskanäle der Achslager beschrieben, muss nur die Fläche (85) maschinell bearbeitet werden, auf der das Drucklager (35) axial angeordnet ist, um den eingegossenen Ölzuführungskanal (78) des Drucklagers mit dem Kanal (36) des Drucklagers (35) zu verbinden. Dieses Lagergehäuse mit eingegossenen Zuführkanälen wird dann mit der rotierenden Anordnung, dem Kompressorabdeckungsteil und dem Turbinengehäuseteil zusammengefügt, um einen vollständigen Turbolader zu bilden.
4 zeigt das einstückige Turboladergehäuse, das eine im Gusszustand befindliche Öffnung (71) für den Öleinlass umfasst. Der im Gusszustand befindliche Öleinlass (71) steht in Fluidverbindung mit einem im Gusszustand befindlichen Ölzuführungskanal (78) des Drucklagers, der eine Fluidverbindung zwischen dem Bereich des Drucklagers und dem im Gusszustand befindlichen Öleinlass herstellt. Ein einzelner oder ein Paar im Gusszustand befindlicher Achslagerölzuführungskanäle (77) stellt eine Fluidverbindung zwischen den Bereichen eines Achslagerpaares und dem im Gusszustand befindlichen Öleinlass (71) her. Die im Gusszustand befindlichen Achslagerölzuführungskanäle (77) können entweder eine Fluidverbindung zu dem Drucklagerölzuführungskanal (78) oder direkt zu dem Öleinlass (71) herstellen. Zur besseren Verständlichkeit bezeichnet die Verwendung des Begriffes „Bereich”, dass der „Bereich”, wenn dieser maschinell bearbeitet wird, das Drucklager (74) oder die Achslager (64) aufnimmt, wenn der Turbolader zusammengefügt wird.
Wie oben erläutert erfordert das bekannte Verfahren zur Herstellung der Achslagerölzuführungskanäle einen Bohrer und umfassende Bearbeitung mit Werkzeugen, um die Zuführkanäle herzustellen. Da der Zugang für den Bohrer auf eine Achslagerbohrung (65) mit relativ kleinem Durchmesser beschränkt ist, bedeutet das wiederum, dass das Achslagerbohrungsende jedes Achslagerölzuführungskanals so angeordnet werden musste, dass ein Bohrer und Werkzeug durch die Achslagerbohrung Zugang zum Beginn der Ölzuführungskanalbohrung hatten. Dieses Vorgehen ist nicht nur schwierig, sondern erfordert auch die Verwendung einander durchdringender gerader Bohrungen.
Im Vergleich dazu besteht ein wesentlicher Beitrag des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass die Ölzuführungskanäle nicht gebohrt werden und nun gekrümmt ohne scharfe Kanten sein können, wodurch Strömungsverluste minimiert werden.
Außerdem kann das Achslagerbohrungsende jedes Achslagerölzuführungskanals unabhängig von Beschränkungen aufgrund der maschinellen Bearbeitung angeordnet werden. Da der Öleinlass zu dem Achslager Teil des Gestaltungszwanges ist, der die axiale Mittellinie der Achslagerposition bestimmt, entfällt dieser Zwang, wodurch die Achslager anhand von Wellendynamiküberlegungen anstelle von Anforderungen der maschinellen Bearbeitbarkeit bestimmt angeordnet werden können. Die vorliegenden im Gusszustand befindlichen Ölzuführungskanäle erfordern keine abschließende maschinelle Bearbeitung.
Zusätzlich zu im Gusszustand befindlichen Ölzuführungskanälen kann auch ein Luftspaltzuführungskanal (79) gegossen werden, um den Wärmeleitungsweg von den Abgasen ausgesetzten Bereichen zu den Bereichen wie in den Lager und Kompressorstufe, die möglichst kühl bleiben sollten, zu minimieren. Dieses weitere Strukturmerkmal kann auch bedeuten, dass das einstückige Gehäuse ohne Turbinenhitzeschild betrieben werden kann.
Das Gießen kann ein Modellaufschmelzverfahren sein, bei dem eine Form um ein Opfermodell aus Wachs gebildet wird, oder es kann sich um ein Verlorener-Schaum-Verfahren (LFC-Verfahren) handeln, eine Art eines Gießverfahrens mit verdampfendem Modell, das nachstehend detaillierter beschrieben wird, oder es kann sich um eine beliebige Kombination von Gießverfahren handeln, die Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannt sind. Das LFC-Gießverfahren ist beispielsweise aus folgenden US-Patenten bekannt: 4.657.063 , 4.768.567 , 4.986.942 , 6.889.742 und 7.287.571 . Metalle, die durch das LFC-Verfahren gegossen werden können, schließen folgende ein: Gusseisen, Aluminiumlegierungen, Stahle und Nickellegierungen sowie weniger häufig Edelstahle und Kupferlegierungen. Die Bezeichnung „nicht beständiges Modell” wird verwendet, um sich auf ein Modell zu beziehen, das aus einem flüchtigen Material, wie z. B. Wachs, Kunststoff oder Schaumstoff, besteht und zu einem Zeitpunkt während des Formherstellungsverfahren eine Form definiert, aber als Teil des Gießverfahrens verdrängt (geschmolzen, verbrannt, verdampft etc.) wird.
Da die Zuführkanäle in das Lagergehäuse gegossen werden können, wodurch kein Zugang für das Bohren von Bohrungen in dem Lagergehäuse mehr bereitgestellt werden muss, ist es möglich, ein einstückiges Turboladergehäuse herzustellen, indem der Aufbau des Turbinengehäuses und/oder der Kompressorabdeckung so modifiziert wird, dass Endverschlusselemente (20, 50) bereitgestellt werden, die an die Enden des Gehäuses angefügt werden, nachdem die rotierenden Elemente (Kompressorrad, Turbinenlaufrad, Welle und Lager) zusammengefügt wurden. Der Lagergehäuseabschnitt in dem erfindungsgemäßen einstückigen Gehäuse weist im Gusszustand befindliche Ölzuführungskanäle (71, 77, 78) wie in der ersten Ausführungsform auf und wird durch ein Gießverfahren hergestellt, durch das präzise Positionierung und Dimensionen und die Oberflächenbearbeitung auf ähnliche Weise wie durch ein Verlorener-Schaum-Verfahren genau gesteuert werden können. Auf ähnliche Weise wie für die Ausbildung der Ölzuführungskanäle können die Strukturelemente an der Turbinenbasis oder dem Kompressorauslass auch präzise angeordnet und dimensioniert werden und ihre Oberflächenbearbeitung kann genau gesteuert werden. Das erfindungsgemäße einstückige Gehäuse kann auch im Gusszustand befindliche Luftspaltkerne aufweisen, um die Wärmeübertragung von dem Turbinengehäuse zu dem Lagergehäuse zu minimieren.
In der zweiten Ausführungsform, die in 4, 5, 6 und 7 dargestellt ist, werden Turbinengehäuse, Lagergehäuse und Kompressorabdeckung als ein einstückiges Turboladergehäuse gegossen, wobei die Ausrichtung des Turbinengehäuseabschnitts in Bezug auf jene des Kompressorabdeckungsabschnitts und auch in Bezug auf jene des Lagergehäuseabschnitts fix ist. Der Lagergehäuseabschnitt ist so ausgerichtet, dass der Ölabfluss zum Boden hin ausgerichtet ist, so dass die Schwerkraft das Abfließen des Öls aus dem Lagergehäuse in den Motor unterstützt. Die Endgehäuse sind so ausgerichtet, dass sie den Anforderungen des Motors, auf dem sich der Turbolader befindet, und des Aufbaus unter der Motorhaube des Fahrzeugs, in dem sich der Motor befindet, (z. B. in Bezug auf die Anordnung des Zwischenkühlers) gerecht werden. In 2 ist das Turbinengehäuse in dem Winkel θ_t° gegen den Uhrzeigersinn ausgerichtet. Die Ausrichtung der Kompressorabdeckung ist im Uhrzeigersinn im Winkel θc_t° dargestellt. Beide Ausrichtungen erfolgen in Bezug auf die vertikale Achse (100), wobei der Lagergehäuseabfluss (66) nach unten ausgerichtet ist.
Das einstückige Gehäuse wird in verschiedenen Bereichen maschinell bearbeitet. Der im Gusszustand befindliche Turbinengehäuseausgang (80) wird maschinell bearbeitet, um einen Turbinenendeinsatz (20) aufzunehmen. Der im Gusszustand befindliche Kompressorabdeckungseinlass wird maschinell bearbeitet, um einen Kompressorendeinsatz (50) aufzunehmen. Die im Gusszustand befindliche Lagerbohrung (75) wird maschinell bearbeitet, um eine Achslagerbohrung (65) mit den typischen Strukturelementen herzustellen. Ein im Gusszustand befindlicher Öleinlass (71) wird maschinell bearbeitet, um den Ölanschluss (69) aufzunehmen. Ein im Gusszustand befindlicher Ölabfluss (66) wird ebenfalls maschinell bearbeitet, um das Rohr aufzunehmen, das eine Fluidverbindung von dem Ölabfluss zu dem Motor herstellt.
Wie in 5A dargestellt weist der Kompressorendeinsatz ein Profil (42), das Teil des Kompressorabdeckungsprofils wird (welches das Kompressorradprofil ergänzt), wenn der Einsatz (50) an das Gehäuse angefügt ist, und einen Anschlag (52) auf, der einen Anschlag (83) in dem einstückigen Gehäuse ergänzt und die axiale Position des Kompressorendeinsatzes (50) und dessen zugehörige Strukturelemente in Bezug auf das einstückige Gehäuse festlegt. Die Innenoberfläche des Einsatzes weist eine Form auf, die nach dem Zusammenfügen mit dem einstückigen Gehäuse zu dem Kompressoreinlass (43) wird.
Wie in 5B dargestellt weist der Turbinenendeinsatz Folgendes auf: ein Profil (4), das Teil des Turbinengehäuseprofils (das das Turbinenlaufradprofil ergänzt) wird, wenn der Einsatz an das Gehäuse angefügt wurde, und einen Anschlag (22), der einen Anschlag (82) in dem einstückigen Gehäuse ergänzt und die axiale Position des Turbinenendeinsatzes (20) und dessen zugehörige Strukturelemente in Bezug auf das einstückige Gehäuse festlegt. Die Innenoberfläche des Einsatzes weist eine Form auf, die nach dem Zusammenfügen mit dem einstückigen Gehäuse zu dem Turbinenaustrittsschaufelrad (3) wird. Wenn eine Zentrierung für das Abgasablassrohr erforderlich ist, die den Turbinenauslass mit dem Fahrzeug verbindet, kann eine kleine Hinterdrehung (25) in das Turbinenende des Einsatzes geschnitten werden, um eine Oberfläche bereitzustellen, auf die das durch Rückhalteverstemmung (24) erzeugte Material gedrückt werden kann.
Zum Zusammenfügen des Turboladers wird die rotierende Anordnung in das einstückige Gehäuse eingefügt, und die Einsätze werden dann platziert und festgelegt. Wie in 6 dargestellt werden die Einsätze in das einstückige Gehäuse eingebaut und durch eine von mehreren Möglichkeiten befestigt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Einsätze in dem einstückigen Gehäuse verstemmt. Wie in 7 dargestellt wird nach dem Zusammenfügen von Turbinenendeinsatz (20) und einstückigem Gehäuse ein metallverformendes Verstemmwerkzeug an dem Turbinenende der nach außen gewandten Fläche (55) des einstückigen Gehäuses angewandt, wodurch der Einsatz gegen den Anschlag (82) gedrückt und Metall des einstückigen Gehäuses zur axialen Fixierung des Einsatzes verschoben wird.
Auf ähnliche Weise wird nach dem Zusammenfügen von Kompressorendeinsatz (50) und einstückigem Gehäuse ein Verstemmwerkzeug auf das Kompressorende der nach außen gerichteten Fläche (26) des einstückigen Gehäuses angewandt, wodurch der Einsatz gegen den Anschlag (83) gedrückt wird und Metall des einstückigen Gehäuses zur axialen Fixierung des Einsatzes bewegt wird.
Wie oben beschrieben erfüllen sowohl Position als auch Dimension in „X”- und „Y”-Ebene der Befestigungsbolzenlöcher in der Turbinenbasis eine wesentliche Positionierungsfunktion für Details und Funktionen innerhalb und außerhalb des Turboladers. Früher wurden die Löcher in dem bereits gegossenen Turbinengehäuse maschinell erstellt. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass Befestigungslöcher auf neue Weise positioniert und integriert werden können. Unter Nutzung der hohen Präzision in Bezug auf Dimensionierung und Positionierung, die durch das Gießverfahren für das Gießen der Ölzuführungskanäle erzielt werden kann, haben die Erfinder Werkzeuge für Formen erzeugt, die Löcher an den gewünschten Stellen anordnen, wobei Größe und Ausrichtung der Löcher ebenso präzise gestaltet sind. Demnach eliminiert die vorliegende Erfindung den Bedarf für das maschinelle Erstellen von Befestigungsbolzenlöchern in der Turbinenbasis.
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die in 9 dargestellt ist, werden die Formen für die Befestigungslöcher (8) dadurch positioniert, dass ein Modell erzeugt wird, das sowohl Formen für den Gasdurchlass (14) in der Turbinenbasis (7) als auch Formen für eine Vielzahl im Gusszustand befindlicher Löcher (28) in der Turbinenbasis liefert – wobei die im Gusszustand befindlichen Löcher in Bezug auf Dimensionierung und Positionierung innerhalb des für die Befestigungslöcher (8) in der Turbinenbasis erforderlichen Toleranzbereichs liegen, als wären sie maschinell erstellt worden. Zusätzlich zu den Zylindern der Turbinenbasislöcher (28) werden mehrere im Gusszustand befindliche Strukturelemente wie die Kontaktstelle (30) an der Oberseite der im Gusszustand befindlichen Löcher (auf die ein Bolzenkopf oder eine Dichtungsscheibe und ein Bolzen auf der Oberseite der Turbinenbasis drücken) und ein im Gusszustand befindlicher Radius (29) an der Grenzfläche zwischen dem zylinderförmigen Abschnitt des Lochs und dem Block (30) ebenfalls ausgebildet. Mit einem auf diese Weise erstellten Modell kann die Schaumstoffform, die das zu gießende Metall abbildet und mit den oben angeführten Strukturelementen in der Turboladerbasis ausgebildet ist, erzeugt werden, und somit werden im Zuge des Schritts des Metallgießens die Strukturelemente aus Metall erzeugt.
In einer Variante der dritten Ausführungsform der Erfindung werden die Löcher nicht als gegossene Strukturelemente erzeugt, sondern annähernd in ihrer endgültigen Form gegossen und anschließend während eines späteren Vorgangs maschinell fertig bearbeitet.
In einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird die Materialmasse zwischen der durch heiße Abgase benetzten Oberfläche und dem Material, in dem die Achslagerbohrungen ausgebildet werden, durch das Herstellen eines gegossenen Luft-„Zuführkanals” reduziert. Das Volumen, das den Luftzuführkanal (79) bildet, dient nicht nur zur Reduktion der thermischen Masse in dem einstückigen Gussteil, sondern auch zur Bereitstellung einer Sperre für den Wärmeleitungspfad von dem durch die heißen Abgase benetzten Material zu dem Material, das die Achslager bildet. Formen, die den Luftzuführkanal bilden, können mit den Formen verbunden werden, die die Außenoberfläche des einstückigen Gehäuses bilden und werden letztendlich mit Kernpfropfen verschlossen. Das Volumen und die Wirksamkeit des gegossenen Luftzuführkanals (79) bedeutet, dass in manchen Fällen kein Turbinenhitzeschild (16) erforderlich ist. Der gegossene Luftzuführkanal wird typischerweise durch eine Form oder einen Kern in Form eines Rings um die Mittelachse des einstückigen Gehäuses gebildet.
Typischerweise sind die Ölbohrungen im Lagergehäuse wie in 10A und 10B dargestellt so angeordnet, dass die Position der gebohrten Ölbohrung (68), die eine Fluidverbindung zwischen dem Öleinlass (61) und dem Drucklager (35) und genauer gesagt mit dem Verteilungskanal (36) in dem Drucklager herstellt, dadurch vorgegeben wird, dass der Bereich der Lagergehäusefläche, an dem das Drucklager befestigt ist und den es abdichtet, physisch zugänglich ist, so dass ein Loch in das Lagergehäuse gebohrt werden kann, um für die beiden Achslagerölzufuhrbohrungen (67) die Drucklagerölzufuhrbohrung (68) anzapfen zu können. Die Achslagerölzufuhrbohrungen müssen so angeordnet sein, dass die Achslagerbohrung sowohl vom Turbinenende als auch vom Kompressorende für einen Bohrer und das Werkzeug, das den Bohrer stützt, zugänglich ist, damit sowohl Turbinen- als auch Kompressorölzufuhrbohrungen gebohrt werden können.
Durch die Befreiung von diesen „Bohrzwängen”, da die früher maschinell erstellten Bohrungen nun als gegossene Kanäle ausgebildet werden können, kann der Drucklagerölzuführungskanal (78) nun so gegossen werden, dass die einzigen Einschränkungen darin bestehen, dass der Drucklagerölzuführungskanal (78) eine Fluidverbindung zwischen dem gegossenen Öleinlassstrukturelement (71) und dem Bereich herstellt, der später die Drucklagerbefestigungsfläche (85) wird. Das bedeutet, dass der Kanal (36) in dem Drucklager näher an den Drucklagerkontaktstellen (37) angeordnet werden kann, wie in 10C und 10D ersichtlich ist, und der Außendurchmesser des Drucklagers kann reduziert werden. Die Drucklagerölzufuhrbohrung (68) muss nicht länger etwa in derselben Ebene wie die Achslagerölzufuhrbohrungen (67) angeordnet sein, so dass der Drucklagerölzuführungskanal (78) durch viele verschiedene gewinkelte und gekrümmte Bereiche (in Bezug auf die Achslagerölzuführungskanäle (77)) ausgebildet werden kann. Da das Drucklager insgesamt eine geringere radiale Größe aufweisen kann, kann auch der Lagergehäuseeinsatz (38) eine geringere radiale Größe aufweisen, da dieser in dieselbe Bohrung passt, um das Drucklager axial fix in dem Lagergehäuse zu halten.
Das Verfahren, durch das ein Teil wie das oben beschriebene einstückige Gehäuse hergestellt werden kann, wird nun detaillierter beschrieben.
Das grundlegende Verlorener-Schaum-Verfahren oder eine Variante des Verlorener-Schaum-Verfahrens kann angewandt werden, um das einstückige Gusseisengehäuse herzustellen, das in 4 dargestellt ist. Diese Verfahren werden nachstehend beschrieben. In dem einfachen Verlorener-Schaum-Verfahren wird ein Polystyrolschaumstoff-Cluster wie in 11 dargestellt erzeugt, der das Teil, das gegossen werden soll, darstellt. Der Cluster wird dann in einem Formkasten platziert; Angießkanäle, Angussöffnungen und Entlüftungssysteme werden hinzugefügt und der Cluster wird in verdichteten, nicht gebundenen Sand gepackt und für die Aufnahme von geschmolzenem Gusseisen vorbereitet. Die Funktion des verdichteten Sands besteht in der Bereitstellung einer feuerfesten Fläche, an der sich das geschmolzene Metall verfestigt, wenn es den Schaum verdrängt, und im Tragen der Angießkanäle, Entlüftungs- und Angusssysteme. Geschmolzenes Gusseisen wird in den Schaumstoff-Cluster gegossen und fest werden gelassen. Das geschmolzene Gusseisen kann direkt in den Schaumstoff gegossen werden, der aus etwa 97,5% Luft und 2,5% Polystyrol besteht, wobei der Schaumstoff in diesem Fall vergast und entlüftet wird. Alternativ dazu kann der Schaumstoff vor dem Einbringen des geschmolzenen Metalls in den Cluster vorvergast werden. Das nun feste einstückige Gehäusegussteil wird dann aus dem Sand entnommen.
In einer Variante dieses einfachen Verlorener-Schaum-Verfahrens wird ein Faksimile der inneren Ölzuführungskanäle als Keramikschale ausgebildet, um die die Polystyrolschaumstoffform oder -formen angeordnet wird/werden. Der resultierende Cluster wird dann in einem Formkasten platziert, Angießkanäle, Angussöffnungen und Entlüftungssysteme werden hinzugefügt und der Cluster wird in verdichteten, nicht gebundenen Sand gepackt und für die Aufnahme von geschmolzenem Gusseisen vorbereitet. Die Funktion des verdichteten Sands besteht in der Bereitstellung einer feuerfesten Fläche, an der sich das geschmolzene Metall verfestigt, wenn es den Schaum verdrängt, und im Tragen der Angießkanäle, Entlüftungs- und Angusssysteme. Geschmolzenes Gusseisen wird in den Schaumstoff-Cluster gegossen und fest werden gelassen. Das nun feste einstückige Gehäusegussteil wird aus dem Sand entnommen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Polystyrolschaumstoff-Cluster, der das gesamte Teil, das gegossen werden soll, darstellt und Hohlräume für die Öl- und Luftzuführungskanäle umfasst, hergestellt. Der Cluster wird dann durch Tauch-, Bürstenstreich-, Sprüh- oder Strömungsbeschichtungsverfahren wiederholt mit einem feuerfesten Keramikformstoff beschichtet, der auch als feuerfeste Beschichtung bekannt ist, und trocknen gelassen, bis eine Schale entsteht. Die Schale wird dann trocknen gelassen, und das Verfahren wird wiederholt, bis die Schale ausreichend dick ist, um dem thermischen Schock des Gussverfahrens standhalten zu können. Alle Oberflächen des Clusters, sowohl Innen- als auch Außenoberflächen, einschließlich jener Oberflächen, die die gegossenen Öl- und/oder Luftzuführungskanäle werden, werden mit der Keramikschale beschichtet. Die Keramikschale stellt eine glatte feuerfeste Oberfläche bereit, so dass das Gussteil die hochwertige Oberflächenbeschaffenheit der Schaumstoffmodelle und -kerne repliziert und das geschmolzene Metall nicht auf relativ grobem Sand fest werden gelassen wird. Der Cluster mit Keramikschale wird dann in einem Formkasten platziert. Angießkanäle, Angussöffnungen und Entlüftungssysteme werden hinzugefügt und der Cluster wird in verdichteten, nicht gebundenen Sand gepackt und für die Aufnahme von geschmolzenem Gusseisen vorbereitet. Die Funktion des verdichteten Sands besteht einfach in der Unterstützung der Keramikschale und im Tragen der Angießkanäle, Entlüftungs- und Angusssysteme. Geschmolzenes Gusseisen wird in den Schaumstoff-Cluster gegossen und fest werden gelassen. Das nun feste einstückige Gehäusegussteil, das immer noch in der Keramikschale eingeschlossen ist, wird aus dem Sand entnommen und die Keramikschale wird aufgebrochen, um ein einstückiges Turboladergehäuse mit gegossenen Zuführungskanälen im Inneren freizugeben.
Wie bei vielen Gussverfahren gibt es mehrere Verfahren zur Herstellung aller oder jedes einzelnen Werkzeugs, Kerns sowie aller oder jeder einzelnen Struktur und Form, und Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung sind in der Lage, Verfahren oder Komponenten so auszuwählen und zu kombinieren, dass eine optimale Gusseffizienz erzielt werden kann. Nachstehend werden die Verfahren erläutert, wobei auch Varianten besprochen werden, wenn der Erfinder dies als nützlich erachtete.
Um ein einstückiges Turboladergehäuse zu gießen, muss zunächst das in 11 dargestellte „Cluster-Modell”, das die Zuführungskanäle im Inneren und alle Oberflächen des einstückigen Gehäuses definiert, als Schaumstoffmodell hergestellt werden. Dieses kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. Typischerweise besteht ein komplizierter Cluster, wie der in 11 dargestellte Cluster, aus mehreren Abschnitten oder Formen, die getrennt hergestellt und dann zusammengebracht werden können, um in Eingriff zu gelangen oder zusammengeklebt zu werden. In diesem Beispiel wird ein Schaft (107) verwendet, um die unabhängigen Strukturen (A, C4.1, C4.3, B5.1, B3, B4, T5 E4, H) zu halten und die Struktur für die Ölzuführungskanäle (G3) anzuordnen. Der Schaft (G2.3) am Kompressorende des Ölzuführungskanalmodells (G3) unterstützt auch die Ausrichtung in Bezug auf den Achslagerschaft (107). Um die nachstehende Erläuterung kürzer zu halten, wurden etwaige Größenreduktionen aufgrund von Schrumpfung nicht beachtet.
Das gängigste Verfahren zur Herstellung eines Patritzen-Stempels (A) (13) der Innenoberflächen des Kompressoreinlasses bestünde im Drehen eines Stempelteils auf einer Drehbank. Der Kompressoreinlassstempel (A) weist auch Bohrungen (106.1 und 107.1) auf, die in einem späteren Schritt zur Anordnung der Schäfte (106, 107) dienen, die Bohrungen im Endprodukt repräsentieren. Diese Bohrungen in dem Stempel (A) führen auch zu einer Ausrichtung der späteren Polystyrolschaumstoffformen, wenn diese zusammengeklebt und -gefügt werden, um den in 11 dargestellten zusammengefügten Polystyrolschaumstoff-Cluster zu erzeugen.
Wie in 12A–C und 13 dargestellt bestünde das bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Patritzen-Stempels oder eines Modells (C1.0) für den Kompressordiffusor (48) und die damit zusammenhängenden Durchlässe in der Herstellung von Teilen der Oberflächen (C1.0) des Diffusors durch eine Fräsmaschine und dem anschließenden Zusammenkleben der Teile, wenngleich in der Vergangenheit verschiedene Komponenten des Modells typischerweise unter Verwendung von Handwerkzeugen durch einen Modellschreiner hergestellt wurden. Auf ähnliche Weise würde ein Stempel (C2.0) für die Außenoberflächen der Kompressorabdeckung (47) hergestellt werden. Als nächstes würde eine Reihe von Harzmatrizen (in dem Beispiel C3.1, C3.2) in einem Formkasten gegossen werden. Die Modelle werden dann entnommen, wodurch man eine Reihe wiederverwendbarer Harzformen erhält, die, wenn sie zusammengefügt werden, einen Hohlraum bereitstellen, in den wiederholt Polystyrolschaumstoffformen gegossen werden.
Vorab geschäumte Polystyrolschaumstoffkügelchen werden in den Hohlraum eingespritzt und Dampf wird angewandt, damit sich die Kügelchen weiter aufschäumen, sich zusammenschließen und den Hohlraum füllen. Wenn die äußeren und inneren Formen (C3.1, C3.2, C1.0) und der Stempel (A) entfernt werden, bleibt ein Polystyrolschaumstoff-Cluster (C5) zurück, der alle Innen- und Außenoberflächen des Kompressorabdeckungsteils des einstückigen Gehäuses definiert. Die einfache Außenform wird entlang einer Ebene (C3.1.5) gespalten, so dass die beiden Teile (C3.1 und C3.2) der Harzform von den Schaumstoffformen (C4.1, C4.3) getrennt werden können. Wie in 11 dargestellt wird die Schaumstoffform des Kompressorgehäuseteils aufgeschnitten und gespalten, um das Spiralformteil (C1.0) freizugeben.
Aufgrund der negativen Oberfläche am Schnittpunkt der Außenseite des Stempels (A) und des Innenteils des Diffusors, was dazu führen würde, dass das Modell oder die Form nicht abgezogen werden kann, kann zunächst eine radial segmentierte Form (C4.2) gegossen werden. Zum Entnehmen des Gussteils kann dann nach Entfernen eines Segments (C4.1) der Rest der Form (C4.2) ebenfalls entfernt werden. Dann wird ein Formenpaar, das entlang der Ebene (C3.1.5) gespalten ist, gegossen und aus dem Formkasten entnommen. Die Polystyrolschaumstoffformen (C4.1, C4.2 und C4.3) werden zusammengeklebt, um eine Polystyrolschaumstoffform (C5) herzustellen, die die Oberflächen der Kompressorabdeckung darstellt.
Dasselbe Verfahren wird wiederholt, um den in 18 dargestellten Turboladergehäuse-Schaumstoffcluster herzustellen. Vorab aufgeschäumte Polystyrolschaumstoffkügelchen werden in den Hohlraum eingespritzt und Dampf wird angewandt, damit sich die Kügelchen weiter aufschäumen, sich zusammenschließen und den Hohlraum füllen. Wenn die äußeren und inneren Formen (T3.1, T3.2, F3) und der Stempel (H) entfernt werden, bleibt ein Polystyrolschaumstoff-Cluster (T5) zurück, der alle Innen- und Außenoberflächen des Turbinengehäuseteils des einstückigen Gehäuses definiert. Die einfache Außenform wird entlang einer Ebene (T3.1.5) gespalten, so dass die Formteile (T3.1, T3.2, F3 und H) von den Schaumstoffformen getrennt werden können. Polystyrolschaumstoffformen (T4.1 und T4.3) werden zusammengeklebt, um eine Polystyrolschaumstoffform (T5.0) zu erzeugen, die die Oberflächen des Turbinengehäuses repräsentiert.
Dann werden wie in 17A und 17B dargestellt hohle Formen hergestellt, die die Außenoberflächen der Ölzuführungskanäle definieren. Wie für das Verfahren unter Verwendung von Werkzeug typisch werden diese Kerne durch eine von verschiedenen Möglichkeiten hergestellt. Der Ken (G3) mit dem langen vertikalen Fortsatz (in dem Hohlraum G1.2 ausgebildet) wird in einem späteren Verfahren verwendet, und der Kern (G4) mit dem kürzeren vertikalen Fortsatz wird für eine Variante des späteren Verfahrens verwendet. Beide Kerne könnten durch jedes der später erläuterten Verfahren hergestellt werden. In dem ersten Verfahren, das in 17A dargestellt ist, wird ein Hohlraum, der den gewünschten Kern darstellt, maschinell in einem Paar fester Blöcke (G1.1) erstellt, das entlang der Achse des Kompressors, die dem langen Hohlraum (G1.2) zugewandt ist, gespalten ist. Die Blöcke werden zusammengebracht und Gussaufschlämmungsmaterial (G2.3) (Keramik, Harz oder Metall) wird in den Hohlraum gegossen. Die Blöcke werden gespalten und geben ein präzises Faksimile (G3) des Kerns mit glatter Oberflächenbeschaffenheit frei. Die Darstellung in 17A zeigt einen Kern mit Keramikschale.
In dem zweiten Verfahren, das in 17B dargestellt ist, wird eine Patritzen-Stempelform (G2.1), die den gewünschten Kern darstellt, aus einem Feststoff maschinell hergestellt. Ein Paar Formkästen (G2.2), die entlang der Achse des Kompressors, die dem langen Hohlraum zugewandt ist, gespalten ist, werden zusammengebracht und ein Gussmaterial (z. B. Harz) wird um die Stempelform (G2.1) gegossen. Die Stempelform (G2.1) wird dann entfernt, wodurch ein Hohlraum wie im ersten, oben beschriebenen Verfahren zurückbleibt. Gussaufschlämmungsmaterial (G2.3) (Keramik, Harz oder Metall) wird in den Hohlraum gegossen. Die Blöcke werden gespalten und geben ein präzises Faksimile (G4) des Kerns mit glatter Oberflächenbeschaffenheit frei. Die Darstellung in 17B zeigt einen Kern mit Keramikschale.
Der Unterschied zwischen der Keramikschale, die durch das in 17A dargestellte Verfahren hergestellt wird, und der unter Anwendung desselben Verfahrens allerdings mit der in 17B dargestellten, anderen Geometrie hergestellten Keramikschale wird nachstehend erläutert.
In einer Variante des zweiten Schritt des Verfahrens wird der Kern (G4) so aufgebaut, dass das Entfernen eines bestimmten Teils das Modell entriegelt und die Elemente des Kerns auseinanderfallen lässt, um eine Matrize der Zuführungskanaloberflächen freizugeben (siehe z. B. US-Patent Nr. 4.880.047 ). Dieses Verfahren kann mit einer Reihe keilförmiger Elemente durchgeführt werden, die für das Einspritzen des Polystyrolschaumstoffs fest verriegelt sind und dann für die anschließenden Schritte freigegeben und entfernt werden.
Nun wird die Herstellung der Formen B3, B4, E3, E4, F3 und D3 erläutert. Unter Anwendung von Verfahren, die den oben beschriebenen zur Herstellung der Kerne für die Zuführungskanäle ähnlich sind, werden diese Modelle und Kerne hergestellt. Wie in 14 dargestellt wird ein Patritzen-Stempel, der einen Teil des inneren Modells (B1.1) darstellt, hergestellt. Da zwischen B3 und B4 letztendlich eine Cluster-Spaltlinie vorliegt, könnte dieser Stempel in zwei Teilen hergestellt werden. Wie bei dem in 17A oben erläuterten Kern wird eine Form mit einem Hohlraum (für B2.1, B2.2) gegossen. Die Form (für B2.1, B2.2) ist entlang einer Ebene der Achse des Stempels (B1.1) gespalten, so dass der Stempel aus der gegossenen Form entnommen werden kann. Die Form kann auch im rechten Winkel auf die Ebene der Achse gespalten werden, so dass die Teile (B3, B4) aus dieser Form nacheinander gegossen und entnommen werden können. Diese Teile (B3, B4) werden in nachfolgenden Schritten zur Bildung der Schaumstoffformen verwendet.
Auf ähnliche Weise werden die Formen für die Lufträume (E3, F3) hergestellt. In dem in 14 dargestellten Beispiel werden die Stempel (E1.1, F1.1) getrennt hergestellt und unabhängig voneinander in Formkästen (E2.1, F2.1) gegossen. Wie oben für die Herstellung der Formen B3 und B4 erläutert, könnte der Formkasten im rechten Winkel auf die Achse gespalten sein und die Teile nacheinander geformt werden.
Nun wird die Herstellung der Form E4 erläutert. Wie in 15 dargestellt wird ein Stempel (E4.1) mit einer Bohrung (107.1) zur Aufnahme des herkömmlichen axialen Schafts (107) hergestellt. Eine äußere Form (E4.2) wird um den Stempel (E4.1) gegossen, wobei der Schaft (107) sich an seinem Platz befindet. Der Stempel (E4.1) wird entfernt, um einen Hohlraum freizugeben. In dem Hohlraum werden die zuvor hergestellten Kerne B4 und E3 angeordnet. Vorab aufgeschäumte Polystyrolkügelchen werden in den Hohlraum eingespritzt und Dampf wird angewandt, damit sich die Kügelchen weiter aufschäumen, sich zusammenschließen und den Hohlraum füllen. Wenn die kleinen Kerne entfernt sind, bleibt eine Polystyrolform (E4) mit den richtigen Hohlräumen im Inneren zurück. Ein ähnliches Verfahren wird zur Herstellung einer Form angewandt, die das Zentrum der Lagergehäusedetail- und -strukturelemente erzeugt. Wie in 16A und 16B dargestellt wird ein Stempel (B5.0) hergestellt, um die Außenoberflächen dieses Gehäuseteils zu erzeugen. Der Stempel weist vorstehende Strukturelemente (5.0.1, 5.0.2) auf, die verwendet werden, um die Kerne in einem späteren Schritt anzuordnen. Eine gespaltene Form (5.0.3) wird um den Stempel (5.0) gegossen, und der Stempel wird aus der gegossenen Form entfernt. Ein Leerschaft, der zusätzliche Schaftstrukturelemente aufweist, wird in der gespaltenen Form platziert. Der zuvor hergestellte Zuführungskanalkern (G3) und ein Kern, der den Hohlraum um den Ölabfluss in dem Lagergehäuse darstellt, werden ebenfalls in der gespaltenen Form angeordnet. Vorab aufgeschäumte Polystyrolkügelchen werden in den Hohlraum eingespritzt und Dampf wird angewandt, damit sich die Kügelchen weiter aufschäumen, sich zusammenschließen und den Hohlraum füllen. Wenn der Leerschaft und die Kerne entfernt sind, bleibt eine Polystyrolform (B5.1) mit den richtigen Hohlräumen im Inneren zurück.
Eine feuerfeste Aufschlämmung, typischerweise ein Keramikmaterial, wird in den Hohlraum in dem zusammengefügten Formkasten eingebracht, durch das Drehen des Formkastens auf alle Oberflächen aufgebracht und trocknen gelassen. Das Verfahren wird wiederholt, bis die Keramikschale (G2.3) ausreichend dick ist, um dem thermischen Schock und Druck standzuhalten, die durch das Einbringen des geschmolzenen Metalls in den Cluster während eines späteren Verfahrensschritts entstehen. Nun liegt ein hohler Keramikkern (G2.3) mit einer Außenoberfläche vor, die die den endgültigen Kern (G3 oder G4) repräsentiert. Wenn der Formkasten entfernt wird, kann der Kern (G3 oder G4) mit Keramikschale entnommen und in den folgenden Schritten verwendet werden.
Da das wiederholte Aufbringen und Trocknen der Keramikaufschlämmung zeitaufwändig ist, kann in einer Variante des oben beschriebenen Verfahrens eine dünnere Schale hergestellt werden, und die dünne Schale kann durch Sand oder Polystyrolschaumstoff gestützt werden, der den Hohlraum in der Keramikschale füllt, solange das Füllmaterial des Kerns nach dem Gießen einfach entfernt werden kann, damit die Keramikschale zerfällt und nach dem Gießen des geschmolzenen Metalls entfernt werden kann.
Einfaches Verlorener-Schaum-Verfahren
Wie in 19A dargestellt werden verschiedene Formen und Modelle (C4.1, C4.2, C4.3, B5.1, B3, B4, T5, E4) kombiniert. Die Oberflächen des Ölzuführungskanals sind im Inneren der verschiedenen Schaumstoffformen (C4.1, C4.2, C4.3, B5.1, B3, B4, T5, E4) ausgebildet. Die Oberflächen des Ölzuführungskanals sind nun nach innen ausgerichtete Flächen. Der Polystyrol-Cluster befindet sich gemeinsam mit Kompressor- und Turbinenendstempeln (A und H) auf den Schäften (107) und (106); diese werden zusammengeklebt und umschließen das Keramikfaksimile (G3) der Ölzuführungskanäle. Nach dem Zusammenkleben werden die Stempel (A und H) und der Schaft (107) entfernt, wodurch ein mit Zusätzen versehener einstückiger Polystyrol-Cluster zurückbleibt. Gießwerkzeuge, wie Verteilerkanäle, Angießkanäle und Entlüftungen, werden hinzugefügt, der Polystyrolschaumstoff-Cluster wird mit Zusätzen versehen, in einem Formkasten platziert, und Sand (110) wird wie in 20A dargestellt um den Cluster gepackt und verdichtet. Geschmolzenes Metall wird in den Schaumstoffkern gegossen, wodurch der Polystyrolschaumstoff verdampft. In einer Variante dieses Verfahrens kann der Schaumstoff verflüssigt und verdampft werden und erst dann wird das geschmolzene Metall in den Hohlraum gegossen, der durch das Verdampfen des Schaumstoffs zurückbleibt.
Das feste Gusseisengussteil wird dann aus dem Sand in dem Formkasten entnommen, wobei es sich um ein gegossenes, einstückiges Turboladergehäuse handelt, das mit gegossenen Ölzuführungskanälen (77, 78), Achslagerbohrung (75), einem Öleinlass (71) und einem Ölabfluss (76) vollständig ist. Die nach innen gerichtete Fläche des geschmolzenen Metalls wird an einer nach außen gerichteten, dicht gepackten Sandfläche fest, was ein präzises geometrisches Faksimile der Ölzuführungskanäle liefert, wenngleich diese eine relativ raue Oberflächenbeschaffenheit (jene des Gusssandes) aufweisen.
Ölzuführungskanäle im Inneren des einfachen Verlorener-Schaum-Modells mit Keramikschale
In einem modifizierten LFC-Verfahren, das beginnend mit 20A dargestellt ist, werden verschiedene Formen und Modelle (C4.1, C4.2, C4.3, B5.1, B3, B4, T5, E4) zusammengefügt. Die Oberflächen des Ölzuführungskanals liegen im Inneren der verschiedenen Formen (C4.1, C4.2, C4.3, B5.1, B3, B4, T5, E4) vor, die Ölzuführungskanäle repräsentieren, um den Cluster zu bilden. Die Oberflächen des Ölzuführungskanals sind nun nach innen gerichtete Schaumstoffflächen. Der Polystyrol-Cluster befindet sich gemeinsam mit Kompressor- und Turbinenendstempeln (A und H) auf den Schäften (107) und (106); diese werden zusammengeklebt. Nach dem Verkleben werden die Stempel (A und H) und der Schaft (107) entfernt, wodurch ein einstückiger Polystyrol-Cluster zurückbleibt. Gießwerkzeuge, wie Verteilerkanäle, Angießkanäle und Entlüftungen, werden hinzugefügt, der Polystyrolschaumstoff-Cluster wird dann wiederholt in eine Keramikaufschlämmung getaucht, bis die Keramikschale ausreichend dick ist, um dem thermischen Schock und Druck standzuhalten, die durch das Einbringen des geschmolzenen Metalls in den Cluster während eines späteren Verfahrensschritts entstehen. Die Keramikschale umschließt alle Oberflächen des Polystyrolschaumstoff-Clusters, einschließlich der nach innen gerichteten Faksimiles der Ölzuführungskanäle. Der Polystyrol-Cluster mit Keramikschale wird in einem Formkasten platziert und Sand (110) wird wie in 21A dargestellt um den Cluster gepackt und verdichtet. Geschmolzenes Metall wird in den Schaumstoffkern gegossen, wodurch der Polystyrolschaumstoff verdampft. In einer Variante dieses Verfahrens kann der Schaumstoff verflüssigt und verdampft werden und erst dann wird das geschmolzene Metall in den Hohlraum gegossen, der durch das Verdampfen des Schaumstoffs zurückbleibt.
Das feste Gusseisengussteil mit der Keramikschale wird dann aus dem Sand entnommen. Die Keramikschale wird aufgebrochen und entfernt und gibt ein gegossenes, einstückiges Turboladergehäuse frei, das mit gegossenen Ölzuführungskanälen (77, 78), Achslagerbohrung (75), einem Öleinlass (71) und einem Ölabfluss (76) vollständig ist. Aufgrund der Ausbildung der glatten nach innen gerichteten Oberflächen der Zuführungskanäle im Inneren der Schaumstoffform durch das Aufschäumen von Polystyrolschaumstoffkügelchen gegen einen glatten Kern weisen die nach innen gerichteten Oberflächen der Zuführungskanäle eine ebenso gute Oberflächenbeschaffenheit auf wie auch mit Polystyrolschaumstoff erhalten werden kann, der gegen einen glatten Kern gedrückt wird.
In einer weiteren Variante des oben beschriebenen Verfahrens wird eine Keramikschale (G4), die die Zuführungskanäle darstellt, in dem Polystyrolschaumstoff-Cluster belassen und diese Keramikschale mit Zuführungskanälen und der Schaumstoff-Cluster werden mit der Keramikaufschlämmung beschichtet, getrocknet etc. Wenngleich dies übertrieben erscheinen mag, können die Präzision und die erforderliche Oberflächenbeschaffenheit der Antrieb hinter dieser Variante sein (d. h. wenn eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit der Oberflächen der Ölzuführungskanäle erforderlich ist, könnte diese Verfahrensvariante diese bereitstellen.). Da die nach außen gerichtete Oberfläche der Ölzuführungskanäle (G4) gegen einen glatten Kern geformt wurde, wird diese Oberflächenbeschaffenheit im Metallgießschritt des Verfahrens repliziert, so dass die Ölzuführungskanäle eine hochwertigere Oberflächenbeschaffenheit als im dritten Schritt des Verfahrens (d. h. wenn Metall auf Sand geformt wird) und auch eine hochwertigere Oberflächenbeschaffenheit als in der ersten Variante des dritten Schritts des Verfahrens (d. h. wenn Metall auf einer noch Schaumstoffkügelchen-Verunreinigungen in seiner Oberfläche aufweisenden Keramikschale geformt wird) auf.
Keramikzuführungskanäle in Schaumstoff-Cluster
Für eine noch hochwertigere Oberflächenbeschaffenheit und um sicher zu stellen, dass es zu einer geringeren Verschiebung des Kerns in Bezug auf die Ölzuführungskanäle kommt, werden die verschiedenen Formen und Modelle (C4.1, C4.2, C4.3, B5.1, B3, B4, T5, E4 und G3) zusammengefügt, um den in 21A dargestellten Cluster zu bilden. Dieser Cluster verwendet den Ölzuführungskanal-Kern (G3) aus 17A, bei dem es sich um ein Faksimile der Ölzuführungskanäle mit glatter Keramikschalenoberfläche handelt, in dem die die Ölzuführungskanäle repräsentierenden Oberflächen nach außen gerichtet sind. Der nach oben gerichtete Schaft des Ölzuführungskanal-Kerns ist verlängert, so dass Sand in den Kern eingespritzt werden kann, um die Schale zu stützen, wenn diese brüchig ist. Die Polystyrol-Cluster befinden sich gemeinsam mit Kompressor- und Turbinenendstempeln (A und H) auf den Schäften (107) und (106); diese werden zusammengeklebt und umschließen das Keramikfaksimile (G3) der Ölzuführungskanäle. Nach dem Zusammenkleben werden die Stempel (A und H) entfernt, wodurch ein einstückiger Polystyrol-Cluster zurückbleibt, in dessen Inneren sich ein Metall- oder Keramikschaft (106) befindet. Der Schaft (107) ordnet nicht nur die Schaumstoffformen an, sondern stellt auch eine nach außen gerichtete, präzise, glatte Oberfläche für die Bereiche der Achslagerbohrung bereit, die nicht durch den Ölzuführungskanal-Keramikkern (G3) definiert sind. Gießwerkzeuge, wie Verteilerkanäle, Angießkanäle und Entlüftungen, werden hinzugefügt, und der Polystyrolschaumstoff-Cluster wird dann in einem Formkasten platziert. Sand (110) wird wie in 19A dargestellt um den Cluster gepackt und verdichtet. Geschmolzenes Metall wird in den Schaumstoffkern gegossen, wodurch der Polystyrolschaumstoff verdampft. In einer Variante dieses Verfahrens kann der Schaumstoff verflüssigt und verdampft werden und erst dann wird das geschmolzene Metall in den Hohlraum gegossen, der durch das Verdampfen des Schaumstoffs zurückbleibt. Das feste Gusseisengussteil wird dann aus dem Sand entnommen, der es in dem Formkasten umgibt. Die Keramikschale (G3), die die Ölzuführungskanäle im Inneren definiert, wird aufgebrochen und entfernt, wodurch ein gegossenes, einstückiges Turboladergehäuse freigelegt wird, das mit gegossenen Ölzuführungskanälen (77, 78), Achslagerbohrung (75), einem Öleinlass (71) und einem Ölabfluss (76) vollständig ist. Durch dieses Verfahren werden hochwertigste Oberflächenbeschaffenheit, höchste Präzision und eine hochpräzise Anordnung der Ölzuführungskanäle erzielt.
In einer Alternative zur Herstellung des Schaumstoff-Cluster-Teils der oben beschriebenen Verfahren und einem Verfahren, das für das aktuelle Verlorener-Schaum-Verfahren sehr typisch ist, wird ein Polystyrolschaumstoff-Cluster wie in früheren Ausführungsformen der Erfindung (C4.1, C4.2, C4.3, B5.1, B3, B4, T5, E4) in zwei Hälften entwickelt, die entlang einer Ebene gespalten sind, so dass die die Oberflächen der Ölzuführungskanäle im Inneren definierenden Hohlräume in den Oberflächen des vertikalen, planaren Spalts hergestellt werden können. Jede Hälfte der „Zuführungskanäle” entspricht einer Hälfte der Polystyrolschaumstoffform. Wenn die beiden Hälften der Polystyrolschaumstoffform zusammengeklebt sind, bildet der Hohlraum der Zuführungskanalmodelle eine Fluidverbindung zwischen dem Hohlraum der Achslagerbohrung und dem Hohlraum des Öleinlasses sowie dem Bereich, wo das Drucklager angeordnet wäre.
Wenngleich zahlreiche verschiedene Verfahren beschrieben wurden, ist das Endprodukt immer dasselbe – ein Lagergehäuse oder Turboladergehäuse mit eingegossenen Zuführungskanälen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Turboladers, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: die Herstellung eines nicht beständigen Positivmodells eines Gehäuses, das Lagerflächen für die rotierenden Elemente des Turboladers definiert, wobei das Positivmodell ferner zumindest einen Kanal eines Ölzuführungskanals definiert, der mit zumindest einer der Lagerflächen kommuniziert, das Ausbilden einer feuerfesten Form um dieses Modell, und das Gießen von Metall in die feuerfeste Form zur Herstellung eines gegossenen Gehäuses, das den zumindest einen Kanal eines Ölzuführungskanals darin definiert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Modell Turbinengehäuse, Lagergehäuse und Kompressorabdeckung definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Modell ein Turboladerlagergehäuse definiert, das geeignet ist, um ein Turboladerturbinengehäuse und eine Kompressorabdeckung zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der zumindest eine Kanal eines Ölzuführungskanals eine gekrümmte Bahn aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, worin die gekrümmte Bahn durch eine einfache Krümmung oder eine zusammengesetzte Krümmung definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin zumindest ein Teil des nicht beständigen Positivmodells aus einem Polymerschaumstoff besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, worin vor dem Gießen des Metalls eine Keramikschale zumindest um einen Teil des Schaumstoffs ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, worin eine Keramikschale vollständig um jene Teile der Schaumstoffform ausgebildet ist, die nicht mit Angießkanälen, Angussverteilern oder Entlüftungen zusammenhängen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin eine Keramikschale (G3, G4) ausgebildet wird, deren Außenoberfläche den zumindest einen Kanal eines Ölzuführungskanals definiert und worin die Keramikschale vor dem Gießen im Inneren des nicht beständigen Modells bereitgestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Turboladers, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Ausbilden von Schaumstoffformen, wobei jede Schaumstoffform einen Teil eines Turboladergehäuses bildet, das Zusammenfügen der Schaumstoffformen zur Ausbildung eines Positivmodells, das ein Turboladergehäuse einschließlich Turbinengehäuseabschnitt, Lagergehäuseabschnitt und Kompressorabdeckungsabschnitt definiert, wobei der Lagergehäuseabschnitt Lagerflächen für die rotierenden Elemente des Turboladers umfasst, wobei das Positivmodell zumindest einen Kanal eines Ölzuführungskanals definiert, der mit zumindest einer der Lagerflächen kommuniziert, das Ausbilden einer feuerfesten Form um das Modell und das Gießen von Metall in die feuerfeste Form zur Herstellung eines gegossenen einstückigen Turboladergehäuses, das einen Lagergehäuseabschnitt umfasst, der den zumindest einen Kanal eines Ölzuführungskanals darin definiert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, worin die Schaumstoffform, die den Turbinengehäuseabschnitt definiert, eine Basis umfasst, wobei die Basis Bohrungen umfasst, die geeignet sind, um Bolzen aufzunehmen, um das Turbinengehäuse an einem Motorenkrümmer zu befestigen.
Einstückiges Turboladergehäuse, das einen Turbinengehäuseabschnitt, einen Lagergehäuseabschnitt und einen Kompressorabdeckungsabschnitt umfasst, worin der Lagergehäuseabschnitt zumindest einen Kanal eines Ölzuführungskanals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, worin der zumindest eine Kanal eines Ölzuführungskanals eine gekrümmte Bahn aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, worin die gekrümmte Bahn durch eine einfache oder zusammengesetzte Kurve definiert ist.
Einstückiges Turboladergehäuse nach Anspruch 12, das ferner eine eingegossene Kühlstruktur zwischen dem Turbinenabschnitt und dem Lagergehäuseabschnitt umfasst.
Turboladerlagergehäuse, worin das Lagergehäuse zumindest einen Kanal eines Ölzuführungskanals umfasst, der nicht durch einen geradlinigen Zugang definiert ist und sich durch eine Endöffnung des Gehäuses erstreckt.