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Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Das Turbinengehäuse eines derartigen Abgasturboladers muss je nach Einbaulage mit einer Turbinengehäuse-Wärmedämmung versehen werden, die je nach Anwendungsfall auch eine vollständige Wärmedämmung des gesamten Turbinengehäuses sein kann. Im Rahmen der Erfindung durchgeführte Untersuchungen haben ergeben, dass es trotz eines Nachlaufs einer Nachlaufpumpe und des Lüfters des Kühlers nach dem Abstellen des Motors dazu kommen kann, dass die im Turbinengehäuse noch vorhandene Wärme in das Lagergehäuse wandert und dabei das im Lagergehäuse vorhandene Kühlwasser zum Kochen bringen kann. Dies kann Schäden im Lagergehäuse bzw., falls vorhanden, des Kühlwassers zur Folge haben. Im Falle von Kühlwasserschäden kann dies ein Wechselintervall erforderlich machen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, mit dem es möglich ist, den Wärmefluss vom Turbinengehäuse in das Wasser-gekühlte Lagergehäuse zu reduzieren und dadurch ein Kochen des Kühlmediums im Lagergehäuse zu verhindern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
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Der erfindungsgemäße Abgasturbolader weist wie üblich ein Verdichterrad auf, das in einem Verdichtergehäuse angeordnet ist. Das Verdichterrad ist auf einem Ende einer Welle befestigt, die in einem Lagergehäuse gelagert ist, das an einem Ende mit dem Verdichtergehäuse und an seinem anderen Ende mit dem Turbinengehäuse verbunden ist. Das Turbinengehäuse des erfindungsgemäßen Abgasturboladers weist eine Turbinengehäuse-Außenfläche, eine Spirale und einen Turbinengehäuseaustritt auf.
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Ferner ist eine Turbinengehäuse-Wärmedämmung vorgesehen, die eine Außenschale und eine Wärmedämmschicht zwischen der Außenschale und der Turbinengehäuse-Außenfläche aufweist. Um einen Wärmeeintrag vom Turbinengehäuse in das Lagergehäuse mit den damit einhergehenden, eingangs erläuterten Problemen zu vermeiden, ist zwischen der Turbinengehäuse-Außenfläche und der Wärmedämmschicht zumindest ein Strömungskanal angeordnet, der eine bzw. mehrere Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen aufweist, die in der Außenschale angeordnet sind.
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Diese Anordnung ergibt den Vorteil, dass zum zusätzlichen Kühlen des Turbinengehäuses nach Abstellen sämtlicher Kühlaggregate des Motors, in dem der erfindungsgemäße Abgasturbolader eingebaut ist, eine zusätzliche Kühlung des Turbinengehäuses möglich gemacht wird, die auf dem Ausnutzen des sogenannten Kamineffekts beruht. Hierfür werden die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung so am Turbinengehäuse angeordnet, dass die Eintrittsöffnung im Einbauzustand des Abgasturboladers unten angeordnet ist, während die Austrittsöffnung oben angeordnet ist. Dies ergibt die Möglichkeit, den zuvor genannten Kamineffekt auszunutzen, der ein physikalischer Effekt ist, der vertikal gerichtete Luftströmungen verursacht. Dieser Kamineffekt beruht auf der natürlichen Konvektion. Dies bedeutet für den erfindungsgemäßen Abgasturbolader, dass selbst nach dem Abstellen sämtlicher Kühlaggregate des Motors Kühlluft in die Eintrittsöffnung des Strömungskanals eingeleitet werden kann, die sich beim Durchströmen des Strömungskanals erwärmt und im erwärmten Zustand aus der Austrittsöffnung ausströmt, sodass ein weiterer Kühleffekt möglich ist. Selbst wenn dieser Kühleffekt nur wenige Grad Celsius beträgt, ist es möglich, eine Erwärmung des Kühlmediums im Lagergehäuse unter dem kritischen Temperaturwert zu halten, der üblicherweise bei etwa 130°C liegt.
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Vom Prinzip her ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Turbinengehäuse-Wärmedämmung eine Teildämmung oder eine Volldämmung ist. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn es sich bei Dämmung um eine komplette Dämmung des gesamten Turbinengehäuses handelt.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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So ist es bei einer Ausführungsform möglich, den Strömungskanal durch eine Aussparung der Wärmedämmschicht benachbart zur Turbinengehäuse-Außenfläche zu bewerkstelligen, was den Vorteil ergibt, dass keine zusätzlichen Bauteile verwendet werden müssen. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass diese Art der Aussparung des Strömungskanals sehr kostengünstig ist.
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Alternativ ist es jedoch möglich, den Strömungskanal mit einem vorfertigbaren Leitungsröhrchen zu verbinden, was wiederum den Vorteil ergibt, dass hier sehr exakt der Verlauf und die Formgebung des Leitungsröhrchens beeinflussbar ist. Das Leitungsröhrchen kann heiße Abluft an eine geeignete Position im Motorraum ableiten. Ferner ist es möglich, ein Leitungsröhrchen an der Eintrittsöffnung vorzusehen, da dies eine bessere Belüftung in der Ventilationsphase (Nachheizphase) ergibt. Sind mehrere Eintrittsöffnungen vorgesehen, ist es ebenfalls möglich, jede dieser Eintrittsöffnungen mit einem entsprechenden Leitungsröhrchen zu versehen. Das Vorsehen derartiger Leitungsröhrchen ergibt den Vorteil, dass diese optimal in den Luftstrom vom Lüfter positioniert werden können und dadurch ein bessere Einströmung erzielt werden kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, da das Package im Motorraum meistens so ausgefüllt ist, dass der Lüfterstrom nicht optimal die Einlässe bzw. Eintrittsöffnungen trifft.
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Ist die Eintrittsöffnung dem Lagergehäuse zugewandt und die Austrittsöffnung benachbart zur Spirale des Turbinengehäuses angeordnet, ergibt sich der Vorteil, dass der Strömungskanal als Ringkanal ausgebildet werden kann, was wiederum den Vorteil einer sehr guten Wärmeabfuhr ermöglicht.
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Hat die Eintrittsöffnung einen größeren Querschnitt als die Austrittsöffnung, ergibt sich der Vorteil, dass der Kamineffekt erhöht werden kann, was wiederum den Vorteil einer verbesserten Wärmeabfuhr ergibt.
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Ferner ist es möglich, die Eintrittsöffnung mit einem Strömungsleitspoiler zu versehen, was den Vorteil einer verbesserten Luftzufuhr in den Strömungskanal ergibt.
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Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es möglich, auch die Austrittsöffnung mit einem derartigen Strömungsleitspoiler zu versehen, was den Vorteil ergibt, dass am Austritt ein Unterdruck erzeugt werden kann, was wiederum den Kamineffekt und damit die Wärmeabfuhr verbessert.
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Um die Wärmeabfuhr noch weiter zu verbessern, ist es darüber hinaus möglich, eine Mehrzahl von Strömungsleitkanälen, insbesondere von zwei Strömungsleitkanälen vorzusehen.
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Vom Prinzip her ist es jedoch auch möglich, eine größere Anzahl von Strömungsleitkanälen vorzusehen, was insbesondere von der Bauform und Größe des Abgasturboladers und seinem Einsatzort abhängig ist.
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In den Ansprüchen 12 und 13 ist ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse als selbständig handelbares Objekt definiert.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
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1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers
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2 eine schematisch stark vereinfachte Prinzipdarstellung zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Wirkungsweise,
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3A und 3B eine Draufsicht und eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses zur Erläuterung der Ausbildung eines Ringkanals, und
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4–8 unterschiedliche Ansichten des erfindungsgemäßen Abgasturboladers zur Erläuterung der Anordnungsmöglichkeiten für Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen eines Strömungskanals.
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In 1 ist eine schematisch stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 dargestellt. Neben einem Verdichtergehäuse 14, in dem ein Verdichterrad 15 auf einem Ende einer Welle 16 gelagert ist, weist der Abgasturbolader 1 ein Lagergehäuse 17 auf, das zur Lagerung der Welle 16 dient und einerseits mit dem Verdichtergehäuse 14 und andererseits mit einem Turbinengehäuse 2 des Abgasturboladers 1 verbunden ist, in dem ein Turbinenrad 18 angeordnet ist
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Das Turbinengehäuse 2 weist eine Turbinengehäuse-Außenfläche 3, eine Spirale 4 und einen Turbinengehäuse-Austritt 11 auf.
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Wie die Ausführungsform gemäß 1 verdeutlicht, ist das Turbinengehäuse 2 mit einer Wärmedämmung 5 versehen, die eine Außenschale 6 und eine Wärmedämmschicht 7 aufweist. Hierbei ist die Wärmedämmschicht 7 zwischen der Außenschale 6 und der Außenfläche 3 des Turbinengehäuses 2 angeordnet. Die Wärmedämmung 5 ist bei der Ausführungsform in 1 als Teil-Wärmedämmung ausgebildet. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, dass die Wärmedämmung 5 das gesamte Turbinengehäuse 2 ummantelt, wobei bei einer derartigen Voll-Wärmedämmung 5 die Vorteile der erfindungsgemäßen Wirkprinzipien in besonderem Ausmaße zur Geltung kommen.
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Wie 1 ferner verdeutlicht, ist zwischen der Außenfläche 3 und der Wärmedämmschicht 7 im Beispielsfalle ein Strömungskanal 8 vorgesehen. Der Strömungskanal 8 weist eine Eintrittsöffnung 9 und eine Austrittsöffnung 10 auf, die in der Außenschale 6 ausgebildet sind. Im Einbauzustand des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 ist die Eintrittsöffnung 9 eine untere Öffnung, wohingegen die Austrittsöffnung 10 eine oben liegende Öffnung darstellt.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Eintrittsöffnung 8 benachbart zum Turbinenaustritt 11 angeordnet, während die Austrittsöffnung 10 benachbart zur Spirale 4 vorgesehen ist.
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Obwohl in 1 nur ein derartiger Strömungskanal 8 vorgesehen ist, ist es erfindungsgemäß auch möglich, zwei oder eine größere Anzahl derartiger Strömungskanäle 8 um das Turbinengehäuse 2 herum vorzusehen.
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Aus einer Zusammenschau der 1 und 2 wird das Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Anordnung deutlich.
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Um eine Wärmeabfuhr aus dem Turbinengehäuse 2 auch nach dem Abschalten von Kühlsystemen des Motors, in dem der Abgasturbolader 1 zum Einsatz kommt, möglich zu machen, ist der beschriebene Strömungskanal 8 mit seiner Eintrittsöffnung 9 und seiner Austrittsöffnung 10 vorgesehen. Hierbei verdeutlicht die Zusammenschau der 1 und 2, dass Frischluft, die durch die Pfeile FL symbolisiert ist, in die Eintrittsöffnung 9 eintreten kann, wozu diese bevorzugterweise mit einem Strömungsleitspoiler 12 versehen sein kann, der das Einleiten der Frischluft FL erleichtert.
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Nach dem Eintritt der Frischluft FL in die Eintrittsöffnung 9 durchströmt diese den Strömungskanal 8 und erwärmt sich dabei. Aufgrund des auftretenden Kamineffektes erfolgt diese Strömung ohne weitere Hilfsmittel.
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Nach dem Durchströmen des Strömungskanals 8 tritt die erwärmte Luft, die in den 1 und 2 durch die Doppelpfeile EL symbolisiert ist, aus der Austrittsöffnung 10 aus. Um die Strömung leiten zu können und um einen Unterdruck an der Austrittsöffnung 10 erzeugen zu können, ist diese bevorzugterweise mit einem Strömungsleitspoiler 13 versehen. Wie in 1 strichliert angedeutet, ist es möglich, an die Austrittsöffnung 10 des Strömungskanals 8 ein Leitungsröhrchen 19 anzuschließen, das die erwärmte Abluft EL an eine geeignete Position im Motorraum ableiten kann, um den Kühleffekt noch besser zur Geltung bringen zu können. Wie 1 ferner verdeutlicht, ist es auch möglich, an die Eintrittsöffnung 9 ein Leitungsröhrchen 20 anzuschließen, um die Einströmung von Frischluft FL, insbesondere beim Einbau des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 in stark gefüllten Motorräumen, zu verbessern.
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Durch diese Anordnung bzw. durch diese Wirkprinzipien kann auch nach dem Abschalten der Kühlsysteme des Motors Restwärme aus dem Turbinengehäuse 2 abgeleitet werden, um zu verhindern, dass das Turbinengehäuse 2 über seine Verbindung zum Lagergehäuse 17 dessen Kühlmedium aufheizt, was im Stand der Technik in Extremfällen zum Kochen des Kühlmediums geführt hat.
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Wie eingangs erläutert, ist es möglich, den Strömungskanal 8 durch das Entfernen von Material der Wärmedämmschicht 7 benachbart zur Außenfläche 3 herzustellen. Dies kann werkseitig oder bei vorhandenen Turbinengehäusen 2 auch nachträglich geschehen.
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Aus einer Zusammenschau der 3A und 3B wird deutlich, dass der Strömungskanal 8 als Ringkanal 8R ausgebildet sein kann. Auch dieser Ringkanal 8R weist wiederum eine unten liegende Eintrittsöffnung 9 und eine oben liegende Austrittsöffnung 10 auf, was sich wiederum im Einbauzustand des Abgasturboladers 1 ergibt.
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4 zeigt einen Teil des Turbinengehäuses 2 mit einer zweiflutigen Spirale bzw. Volute 4, wobei der Strömungsleitkanal 8 wiederum durch das Aussparen eines Teiles des Wärmedämmmaterials 7 der Turbinengehäuse-Wärmedämmung 5 erreicht wird.
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5 zeigt eine andere Ansicht des Turbinengehäuses 2 gemäß 4, wobei der Strömungskanal 8 wiederum durch das Aussparen der Wärmedämmschicht 7 erreicht wird und die Eintrittsöffnung 9, im Einbauzustand des Turboladers 1 unten, zu sehen ist, in die Frischluft FL einströmen kann, wonach die Frischluft FL den Strömungsleitkanal 8 bis zur Austrittsöffnung 10 durchströmt.
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6 zeigt eine andere Ansicht des Turbinengehäuses 2 gemäß 5, um zu verdeutlichen, dass bei dieser Ausführungsform ein zweiter Eintritt 9‘ vorgesehen ist, der zu einem in 6 nicht sichtbaren zweiten Strömungskanal führt, da es erfindungsgemäß möglich ist, entweder nur einen Strömungskanal 8 oder eine größere Anzahl von Strömungskanälen im Turbinengehäuse 2 vorzusehen.
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Die 7 und 8 zeigen das Turbinengehäuse 2 gemäß den 5 und 6, wobei in den 7 und 8 die Austrittsöffnungen 10 bzw. 10‘ mit ihren zugeordneten Strömungsleitspoilern 13 und 13‘ zu sehen sind. 7 zeigt hierbei die zweite Austrittsöffnung 10‘ des zugeordneten zweiten Strömungskanals 8‘, während 8 die erste Austrittsöffnung 10 des zugeordneten Strömungskanals 8 verdeutlicht. Auch bei diesen Ausführungsformen sind die Austrittsöffnungen 10 bzw. 10‘ im Einbauzustand des Turbinengehäuses 2 bzw. des Abgasturboladers 1 oben angeordnet.
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In den 3–8 sind Anordnungsmöglichkeiten für die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung sowie für das Vorsehen von zwei Strömungskanälen verdeutlicht.
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Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 8 Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasturbolader
- 2
- Turbinengehäuse
- 3
- Turbinengehäuse-Außenfläche
- 4
- Spirale
- 5
- Turbinengehäuse-Wärmedämmung
- 6
- Außenschale
- 7
- Dämmschicht
- 8, 8‘
- Strömungskanal
- 8A
- Aussparung in der Wärmedämmschicht 7
- 8R
- Ringkanal
- 9, 9‘
- Eintrittsöffnung
- 10, 10‘
- Austrittsöffnung
- 11
- Turbinengehäuse-Austritt
- 12, 13
- Strömungsleitspoiler
- 14
- Verdichtergehäuse
- 15
- Verdichterrad
- 16
- Welle
- 17
- Lagergehäuse
- 18
- Turbinenrad
- 19, 20
- Leitungsröhrchen
- L
- Längsachse des Abgasturboladers
- FL
- Pfeil für Frischluft
- EL
- Pfeile für erwärmte Luft
