DE112014002067T5

DE112014002067T5 - Turbinengehäuse eines Abgasturboladers

Info

Publication number: DE112014002067T5
Application number: DE112014002067.2T
Authority: DE
Inventors: Patric Hoecker; Matthias Kroll; Werner Loibl; Waldemar Henke; Stefan Muenz; Holger Oberthuer
Original assignee: Isolite GmbH; BorgWarner Inc
Current assignee: Isolite GmbH; BorgWarner Inc
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2034-05-01
Also published as: JP6060315B2; KR101736253B1; DE112014002067B4; US9841033B2; CN105593475A; WO2014186129A1; US20160115823A1; JP2016518553A; CN105593475B; KR20160044434A

Abstract

Die Erfindung betrifft Turbinengehäuse (1) eines Abgasturboladers (15) mit einer Turbinenspirale (7), die von einer metallischen Außenschale (8) begrenzt ist und eine Innenwand (9) aufweist; und mit einer Wärmedämmschicht (10), die an der Innenwand (9) angeordnet ist und einen Wärmedämmkern (6A, 6B) aufweist, der auf seiner in einen Spiralinnenraum (11) weisenden Fläche (12A, 12B) von einer ersten Blechschale (3A, 3B) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmedämmkern (6A, 6B) auf einer der Innenwand (9) zugewandten Fläche (13A, 13B, 13'B) von einer zweiten Blechschale (4A bzw. 4B) abgedeckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges Turbinengehäuse ist aus der EP 0 374 603 A1 bekannt. Bei diesem Turbinengehäuse ist in der Turbinenspirale eine Wärmedämmung vorgesehen, die eine Schicht aus einem Wärmdämmmaterial aufweist, auf der eine Schicht aus einem hochwarmfesten Metall angeordnet ist.
Der Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass die Montierbarkeit des in der Regel spröden Materials der Wärmedämmschicht schwierig ist.
Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Turbinengehäuse der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, das einfach in der Turbinenspirale des Turbinengehäuses montierbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
Dadurch, dass die Wärmedämmschicht als ein separates Bauteil ausgebildet ist, das nach seiner Herstellung in die Turbinenspirale des Turbinengehäuses eingelegt werden kann, ergibt sich eine deutliche Vereinfachung der Montage und damit eine Verringerung des gesamten Herstellungsaufwandes des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses.
Der Wärmedämmkern ist hierbei vorzugsweise als Isolatorteil, insbesondere als Keramikkern ausgebildet.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Durch das Vorsehen zweiter Blechschalen, die den Wärmedämmkern ummanteln, ergibt sich der Vorteil, dass der Wärmedämmkern allseitig umschlossen ist, so dass das Wärmedämmmaterial, selbst wenn dieses spröde ist, durch die Ummantelung sicher gehalten ist. Ferner ergibt sich durch das Vorsehen der ersten und zweiten Blechschale, die vorzugsweise sehr dünnwandig ausgebildet sind, dass die Wärmedämmschicht eine geringe Wärmekapazität hat, was vorteilhafterweise die Folge einer schnellen Aufheizung der Oberfläche der Turbinenspirale ergibt, so dass das Turbinengehäuse im Betrieb keine Wärmesenke mehr darstellt, die die Kaltstarteigenschaften eines mit einem Abgasturbolader versehenen Motors verschlechtern würde.
Vorzugsweise kann die Wärmedämmschicht in zwei Dämmbauteile unterteilt werden, die jeweils einen Wärmedämmkern aufweisen, der von der ersten und zweiten Blechschale umgeben ist.
Die Blechschalen können hierbei miteinander verbunden werden, wozu insbesondere eine Schweißverbindung vorteilhaft ist.
Innerhalb der Turbinenspirale können die Wärmebauteile durch ein Anpressteil festgelegt werden, was entweder ein separates Pressteil ist oder von der Rückwand eines Lagergehäuses gebildet werden kann, das mit dem erfindungsgemäßen Turbinengehäuse zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers verbunden wird.
Besonders bevorzugt ist das Vorsehen von Erhebungen auf der Innenwand der Turbinenspirale, die es ermöglichen, einerseits eine Form- und Lagetoleranz zu erreichen und darüber hinaus eine zusätzliche Isolations- bzw. Wärmedämmschicht zwischen der Innenwand der Turbinenspirale und der Wärmedämmschicht ermöglicht. Diese zusätzliche Dämm- bzw. Isolationsschicht kann beispielsweise eine Luftschicht sein.
Die Erhebungen können hierbei entweder im Zuge des Gießens des Turbinengehäuses oder nach dem Gießen des Turbinengehäuses durch spanende Bearbeitung hergestellt werden.
In den Ansprüchen 13 und 14 ist ein Abgasturbolader als selbstständig handelbares Objekt definiert.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Hälfte eines erfindungsgemäßen Turbinengehäuses,
2 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses,
3 eine Draufsicht auf das Turbinengehäuse,
4 und 5 schematisch stark vereinfachte Prinzipdarstellungen des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses zur Erläuterung der möglichen Lage von Teilungsebenen, und
6 eine schematisch stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers, der mit dem erfindungsgemäßen Turbinengehäuse versehen sein kann.
In 1 ist eine, gemäß der in 1 gewählten Darstellung, obere Hälfte eines erfindungsgemäßen Turbinengehäuses 1 dargestellt, das Teil eines in 6 dargestellten erfindungsgemäßen Abgasturboladers 15 sein kann.
Das Turbinengehäuse 1 weist eine Turbinenspirale 7 auf, die von einer metallischen Außenschale 8 begrenzt ist. Die metallische Außenschale 8 kann beispielsweise ein Gussbauteil sein und weist eine Innenwand 9 auf.
In der Turbinenspirale 7 ist eine Wärmedämmschicht 10 angeordnet, die im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei Dämmbauteile 10A und 10B unterteilt ist. Jedes der Dämmbauteile 10A und 10B weist einen zugeordneten Wärmedämmkern 6A bzw. 6B auf, der aus einem geeigneten Material, insbesondere Fasermaterial oder Keramikmaterial hergestellt sein kann.
Jeder der Wärmedämmkerne 6A, 6B ist von einer Anordnung aus zwei Blechschalen 3A und 3B bzw. 4A und 4B umschlossen. Die Blechschalen 3A und 3B sind hierbei einem Spiraleninnenraum 11 benachbart angeordnet und bilden dementsprechend im Betrieb des Turbinengehäuses 1 die strömungsführenden Flächen. Die Blechschalen 4A und 4B sind im Montagezustand der Innenwand 9 benachbart angeordnet und dienen zur Festlegung der Dämmbauteile 10A und 10B in der Turbinenspirale 7.
Wie 1 im Einzelnen verdeutlicht, liegt die Blechschale 3A auf einer Fläche 12A des Wärmedämmkerns 6A auf, der auf die Spiraleninnenfläche 11 weist. Die Blechschale 4A liegt auf einer Fläche 13A des Wärmedämmkerns 6A auf, die zur Innenwand 9 weist. Die allseitige Ummantelung durch die Blechschalen 3A und 4A ergibt die eingangs erläuterte Stabilisierung des Wärmedämmkerns 6A und verhindert, dass Bestandteile dieses Wärmedämmkerns 6A in die Turbinenspirale 11 gelangen.
Entsprechend ist der Wärmedämmkern 6B aufgebaut, so dass die Schale 3B dementsprechend auf der Fläche 12B und die Schale 4B auf der Fläche 13B und einer weiteren Fläche 13'B aufliegt, die einem Anpressteil 2 benachbart angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Anpressteils 2 können die Dämmbauteile 10A, 10B, die nach ihrer Herstellung (unabhängig von dem Turbinengehäuse 1) in die Turbinenspirale 7 eingelegt werden, in der Turbinenspirale 7 fixiert werden.
Das Anpressteil 2 kann hierbei ein separates Anpressteil sein oder die Rückwand eines Lagergehäuses, wie des in 6 dargestellten Lagergehäuses 17 des Abgasturboladers 15.
Die in 1 dargestellte besonders bevorzugte Ausführungsform weist ferner Erhebungen 5, 5' und 5'' auf, die, in Richtung auf den Spiraleninnenraum 11 weisend, an der Innenwand 9 angeformt sind. Durch das Vorsehen dieser Erhebungen 5, 5' und 5'' liegt der Wärmedämmkern 6A im Montagezustand mit seiner äußeren Schale 4A auf diesen Erhebungen 5, 5' und 5'' auf. Dies ergibt den Vorteil der Schaffung dreier weiterer Isolations- bzw. Dämmschichten 21A, 21B und 21C, die beispielsweise mit Luft gefüllt sein können und eine thermische Entkopplung zwischen der Turbinenspirale 7 bzw. ihrer Außenschale 8 und dem Wärmedämmkern 6A ergibt.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses 1 wird dieses zunächst gegossen und die Wärmedämmschicht 10 bzw. ihre Dämmbauteile 10A und 10B werden in der zuvor erläuterten Art und Weise separat gefertigt. Hierbei ist es selbstverständlich, dass es vom Prinzip her auch möglich ist, die Wärmedämmschicht 10 nicht nur in zwei Dämmbauteile, wie in 1 gezeigt, sondern auch in eine Mehrzahl derartiger Dämmbauteile zu unterteilen, die dann in der Turbinenspirale 7 zusammengesetzt und fixiert werden können. Ferner ist auch eine einzige, einheitliche Wärmedämmschicht (10) denkbar.
Nach dem Anordnen der Dämmbauteile 10A und 10B werden diese durch das Andrücken des Anpressteiles 2 in der Turbinenspirale 7 fixiert, wobei zwischen dem Anpressteil 2 und der Außenschale 8 der Turbinenspirale 7 vorzugsweise eine Dichtung 14, beispielsweise in Form einer V-Dichtung, vorgesehen sein kann.
In 2 ist das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 1 in perspektivischer Darstellung gezeigt, um die mögliche Lage der anhand der 1 bereits beschriebenen Erhebungen 5, 5', 5'' und 5''' zu verdeutlichen. Insoweit wird hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der 2 verwiesen.
3 verdeutlicht eine mögliche exzentrische Anordnung E der Turbinengehäuseachse A2 zur Lagergehäuseachse bzw. Anpressteilachse A1, was den erforderlichen Raumbedarf verringert, da der in radialer Richtung bedingt durch eine Spiralform ungleiche Raumbedarf des Turbinengehäuses teilweise kompensiert wird.
Die 4 und 5 zeigen schematisch stark vereinfachte Darstellungen des Turbinengehäuses 1, das bei diesen Darstellungen eine geteilte Turbinenspirale aufweist, die in Turbinenspiralteile 7A und 7B unterteilt sind. Hierbei sind in den 4 und 5 die jeweiligen hinterschnittfreien Teilungsebenen TE eingezeichnet. Die Turbinenspiralteile 7A und 7B können auf geeignete Art und Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Schraubverbindungen oder auch Schweißverbindungen.
6 zeigt eine schematisch stark vereinfachte Darstellung des bereits genannten erfindungsgemäßen Abgasturboladers 15 mit dem Turbinengehäuse 1, das entsprechend den zuvor anhand der 1 bis 5 erläuterten Prinzipien ausgebildet sein kann. Wie üblich beherbergt das Turbinengehäuse 1 ein Turbinenrad 16, das auf einem Ende einer Welle 18 angeordnet ist, auf derem anderen Ende ein Verdichterrad 20 angeordnet ist, das in einem Verdichtergehäuse 19 angeordnet ist. Das Lagergehäuse 17 lagert hierbei die Welle 18 in üblicher Weise.
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zu deren Ergänzung explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 6 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Turbinengehäuse
2: Anpressteil
3A, 3B: innere Blechschalen
4A, 4B: äußere Blechschalen
5, 5', 5'', 5''': Erhebungen
6A, 6B: Wärmedämmkern
7: Turbinenspirale
7A, 7B: Turbinenspiralteile
8: Außenschale
9: Innenwand
10: Wärmedämmschicht
10A, 10B: Dämmbauteile
11: Spiraleninnenraum
12A, 12B, 13A, 13B, 13'B: Flächen der Wärmedämmkerne 6A, 6B
14: Dichtung
15: Abgasturbolader
16: Turbinenrad
17: Lagergehäuse
18: Welle
19: Verdichtergehäuse
20: Verdichterrad
21A, 21B, 21C: Isolations- bzw. Dämmschichten
L: Längsachse des Abgasturboladers
E: Exzentrizität
A1: Lagergehäuseachse bzw. Anpressteilachse
A2: Turbinengehäuseachse
TE: hinterschnittfreie Teilungsebenen

Claims

Turbinengehäuse (1) eines Abgasturboladers (15) – mit einer Turbinenspirale (7), die von einer metallischen Außenschale (8) begrenzt ist und eine Innenwand (9) aufweist; und – mit einer Wärmedämmschicht (10), die an der Innenwand (9) angeordnet ist und einen Wärmedämmkern (6A, 6B) aufweist, der auf seiner in einen Spiralinnenraum (11) weisenden Fläche (12A, 12B) von einer ersten Blechschale (3A, 3B) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Wärmedämmschicht (10) als separates, in die Turbinenspirale (7) einlegbares Bauteil ausgebildet ist.
Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmedämmkern (6A, 6B) auf einer der Innenwand (9) zugewandten Fläche (13A, 13B, 13'B) von einer zweiten Blechschale (4A bzw. 4B) abgedeckt ist.
Turbinengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (10) in zumindest zwei Dämmbauteile (10A, 10B) unterteilt ist, die in der Turbinenspirale (7) zusammengefügt sind.
Turbinengehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämmbauteile (10A, 10B) jeweils einen Wärmedämmkern (6A bzw. 6B) aufweisen, der jeweils von zugeordneten Blechschalen (3A, 4A bzw. 3B, 4B) vollständig umschlossen ist.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechschalen (3A, 3B; 4A, 4B) miteinander verbunden sind.
Turbinengehäuse Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechschalen (3A, 3B; 4A, 4B) miteinander verschweißt sind.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (10) bzw. die Wärmedämmbauteile (10A, 10B) im Spiraleninnenraum (11) durch ein Anpressteil (2) festgelegt sind.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenwand (9) in Richtung auf den Spiraleninnenraum (11) vorstehende Erhebungen (5; 5', 5'', 5''') angeordnet sind.
Turbinengehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (5, 5', 5'', 5''') eingegossen oder spanend hergestellt sind.
Turbinengehäuse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der auf die Innenwand (9) weisenden Blechschalen (4A, 4B) und der Innenwand (9) eine Dämmschicht (21A, 21B, 21C) angeordnet ist.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenspirale (7) hinterschneidungsfrei in zwei miteinander verbindbare Turbinenspiralenteile (7A, 7B) unterteilt ist.
Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpressteil (2) an der Turbinenspirale (7) unter Zwischenschaltung einer Dichtung (14) fixiert ist.
Abgasturbolader (15) – mit einem Verdichtergehäuse (19); – mit einem Lagergehäuse (17); und – mit einem Turbinengehäuse (1), welches aufweist: • eine Turbinenspirale (7), die von einer metallischen Außenschale (8) begrenzt ist und eine Innenwand (9) aufweist; und • eine Wärmedämmschicht (10), die an der Innenwand (9) angeordnet ist und einen Wärmedämmkern (6A, 6B) aufweist, der auf seiner in einen Spiraleninnenraum (11) weisenden Fläche (12A, 12B) von einer ersten Blechschale (3A, 3B) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Wärmedämmschicht (10) als separates, in die Turbinenspirale (7) einlegbares Bauteil ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen der Ansprüche 2 bis 12.