DE19653217C2

DE19653217C2 - Turbolader für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19653217C2
Application number: DE19653217A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Ojima; Tatsuhiko Oshino
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: KR100453467B1; JP3294491B2; DE19653217A1; JPH09170442A; US5785493A; KR970045576A; US5961281A

Description

Die Erfindung betrifft Turbolader für Verbrennungsmotoren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gat tung.

Herkömmliche Turbolader für Verbrennungsmotoren bestehen aus einer von den Abgasen angetriebenen Turbine und einem mit der Turbinenwelle gekoppelten Luftverdichter, die beide eine Baueinheit bilden. Das Verdichtergehäuse und das Ver dichterrad im Turbolader sind im allgemeinen Gußstücke aus Aluminiumlegierungen.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Verdichters soll der Spalt zwischen den bogenförmigen Außenkanten der Ver dichterschaufeln und der gegenüberliegenden Innenwand des Verichtergehäuses so klein wie möglich sein. Extrem kleine Spaltweiten führen jedoch zu der Gefahr, daß die Außenkan ten der Verdichterschaufeln die Innenwand des Verdichterge häuses bei leichten Schwingungen kontaktieren, was einen Bruch des Verdichterrades und die Zerstörung der Antriebs welle zur Folge haben kann. Daher liegt die Spaltweite des zwischen der Innwand des Verdichtergehäuses und dem Außen profil des Verdichterrades vorhandenen Spalts üblicherweise im Bereich von 0,3 mm bis 0,5 mm.

Aus der EP 416 954 B1 und der JP 04-40559 B2 sind Kraft fahrzeug-Turbolader bekannt, bei welchen zur Verkleinerung des Spalts zwischen Verdichter-Laufrad und Verdichtergehäu se sowie zur Verhinderung von Beschädigungen des Verdich terrades durch Kontaktieren des Verdichtergehäuses auf der Innenwand des Verdichtergehäuses eine Harzbeschichtung thermisch aufgespritzt ist. Die Herstellung der thermischen Harzbeschichtung ist jedoch außerordentlich aufwendig und kostspielig.

Um den Spalt zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse in einem Turbolader eines Verbrennungsmotors zu minimieren und Beschädigungen des Verdichterrades bei Kontakt mit dem Ver dichtergehäuse zu verhindern, ist aus der JP-06-307250-A ein gattungsgemäßer Turbolader bekannt, bei welchem am Ver dichtergehäuse in dem den bogenförmigen Außenkanten der Verdichterschaufeln gegenüberliegenden Abschnitt ein Wand element aus einem Verbundmaterial befestigt ist, das aus einem Kunstharz wie etwa PTFE (Polytetrafluorethylen) oder einem Gemisch aus Harz und Graphit oder Glaswolle besteht. Dieses Wandelement weist einen zur Mittelachse koaxialen Teil, einen radialen Endteil und einen bogenförmigen Zwi schenteil auf, die alle in direktem Kontakt an den entspre chenden Flächen des Verdichtergehäuses anliegen. Das Wand element ist mit seinem koaxialen Teil an der zugehörigen Wand des Zylindergehäuses befestigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Turbolader für Verbren nungsmotoren zu schaffen, bei welchem das Wandelement aus einem einfach zu bearbeitenden Kunstharz Kontakte mit dem Verdichterrad zuläßt, um den Spalt zwischen der Gehäusein nenwand und dem Verdichterlaufrad zu minimieren und den Verdichterwirkungsgrad zu verbessern, wobei Beschädigungen des Verdichterrades bei Kontakt mit dem Wandelement bei ge ringen Herstellungskosten und ausgezeichneten Produkteigen schaften vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung ist der Kontaktabschnitt zwischen dem Verdichtergehäuse und dem Wandelement auf den Befestigungs bereich beschränkt, wobei mit Ausnahme des obigen Kontakt abschnitts zwischen diesen Bauteilen Spalte vorgesehen sind.

Das an der inneren Umfangswand des Verdichtergehäuses ange ordnete Wandelement besteht aus einem Material, das selbst dann, wenn es durch Kontakt mit dem Verdichterlaufrad abge schält wird und die abgeschälten Späne in die Motorzylinder gelangen, keine nachteiligen Auswirkungen auf die Motorzy linder besitzt.

Zweckmäßig ist das Wandelement mit seinem radialen Teil durch Schrauben am Verdichtergehäuse befestigt. Der kleine Spalt zwischen der Innenwand des Wandelements und den Au ßenkanten des Verdichterrades ist auf der Einlaßseite des Verdichterrades größer als auf dessen Auslaßseite.

Zweckmäßig ist das Wandelement entsprechend dem gekrümmten Außenprofil des Verdichterrades geformt und aus PPS-Harz (Polyphenylensulfid-Harz) oder aus einem Verbundwerkstoff hergestellt, der ein Gemisch aus PPS-Harz und Graphit oder Glaswolle enthält. Bei Kontakt des Außenprofils des Ver dichterrades mit dem Wandelement wird aus diesem Material abgeschält, ohne das Verdichterrad zu beschädigen.

Der Spalt zwischen dem Verdichterrad und dem Wandelement kann daher auf einen Wert nahe Null gesetzt werden. Insbe sondere bei der hohen Drehzahl des Verdichterrades während eines Temperaturanstiegs durch adiabatische Kompression kann der Spalt durch die thermische Ausdehnung des Wandele ments tatsächlich gegen Null gehen. Selbst bei Kontakten des Verdichterrads an dem Wandelement durch Schwingungen wird das Wandelement abgeschält, wodurch der Spalt bei Null gehalten und ein verbesserter Wirkungsgrad erzielt wird.

Das am Verdichtergehäuse befestigte Wandelement kann in ei ner Gießform oder dergleichen aus Harz gegossen werden und dann in das Verdichtergehäuse (Metallelement) eingebaut werden, wobei das Wandelement durch das Verdichterrad wäh rend eines vorgeschalteten Vorgangs, wie etwa bei der Prü fung der Verdichterleistung, abgeschält wird. Ein ähnliches Ergebnis kann erhalten werden, indem ein aus Harz genau ge formtes Wandelement in das Verdichtergehäuse aus Metall eingebaut wird, so daß der Spalt bei thermischer Ausdehnung im tatsächlichen Betriebszustand bei hoher Drehzahl Null wird. Ferner kann das Wandelement durch das Verdichterrad im praktischen Betrieb abgeschält werden, ohne daß vorher ein Zuschneiden oder eine andere Bearbeitung vorgenommen wird.

Es sind verschiedene Verfahren denkbar, mit denen das Wandelement und das Verdichtergehäuse einteilig hergestellt werden können. Für die Ausbildung eines Harzelements und des Metallelements als Baueinheit kann das Harzelement am Metallelement des Verdichtergehäuses unter Verwendung einer Einsetzgießform oder dergleichen befestigt werden. Ein Wandelement aus PPS-Harz, das eine ausgezeichnete Wärmebe ständigkeit, Ölbeständigkeit und chemische Beständigkeit besitzt, kann mittels Schrauben direkt am Verdichtergehäuse (Metallelement) befestigt werden, was eine weiter verbes serte Produktivität ergibt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Turboladers für Verbren nungsmotoren;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt des in Fig. 1 ge zeigten Verdichters A;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt des in Fig. 2 ge zeigten Abschnitts P; und

Fig. 4 eine Teilansicht in Richtung des Pfeils IV in Fig. 2.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Kraftfahrzeug- Turbolader zeigt, in dem ein Abschnitt A einen Verdich terabschnitt und ein Abschnitt B einen Turbinenabschnitt darstellen.

Das Abgas von einem Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor wird von einem Einlaß 101 eines Turbinengehäuses in eine Spirale 102 eingeleitet, um dann von einem größeren Querschnitt zu einem kleineren Querschnitt zu strömen und von einem Auslaß 103 in ein Abgasrohr entlassen zu wer den. Hierbei wird ein Turbinenrad 2 unter der Wirkung der kinetischen Energie des Abgases mit hoher Drehzahl (wenigstens 100000 min^-1) gedreht.

Eine Antriebswelle 3 dieser Turbine ist über Lager 111 in einem Lagergehäuse 110 gelagert.

Das Lagergehäuse 110 ist ferner versehen mit einem Schmiermittelkanal 113, durch den Schmiermittel an die Lager geliefert wird, sowie mit einem Kühlwasserkanal 114, durch den Kühlwasser des Motors fließt, um den Turbolader zu kühlen.

Der Turbinenabschnitt B wird durch Befestigen einer Abdeckung 115 an einer Seite des Lagergehäuses 110, durch anschließendes Einschieben der Antriebswelle 3 durch die Lager 111 und 112, durch Befestigen eines Turbinenrades 2 an einem Ende dieser Antriebswelle 3 und durch Verschrau ben der Welle 3 am Lagergehäuse 110 mittels Schrauben 116 zusammengefügt, wobei die Außenseite mit einem Turbinen gehäuse 1 abgedeckt wird.

Bei der Drehung der Antriebswelle 3 aufgrund der Drehung des Turbinenrades 2 dreht sich ein am anderen Ende der Antriebswelle 3 befestigtes Verdichterrad 4 im Verdich tergehäuse 5, verdichtet die vom Einlaß 50 des Verdich tergehäuses 5 angesaugte Luft mittels des Verdichterrades 4 und stößt die Verdichtete Luft in eine Spirale 51 aus, wobei die Luft anschließend zu einem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors gepumpt wird.

Der Verdichterabschnitt A wird durch Aufschieben einer Hülse 510 mit einem Schubmetall 511 von der der Turbinen seite gegenüberliegenden Seite der Antriebswelle 3 auf die Antriebswelle 3 zusammengefügt.

Anschließend wird ein Dichtungsring 513 in Rillen einge setzt, die an der Stirnfläche des Lagergehäuses 110 auf der der Turbinenseite gegenüberliegenden Seite vorgesehen sind, während ein weiterer Dichtungsring 514 am äußeren Umfang der Hülse 510 befestigt wird. Anschließend wird eine Dichtungsplatte 8 befestigt, so daß sie mit diesen Ringen in Kontakt gelangt.

Dann wird ein Verdichterrad 4 auf die Antriebswelle 3 aufgeschoben und mittels einer Schraube 41 an der Spitze der Antriebswelle 3 befestigt.

Schließlich wird das Verdichterrad 4 von außen mit dem Verdichtergehäuse 5 abgedeckt, das mittels eines Zapfens 515 am äußeren Umfang der Dichtungsplatte 8 in Eingriff ist. Ein Teil der diesen Zapfen 515 aufbauenden Dich tungsplatte 8 und ein Flansch 515 zum Befestigen des Verdichters, der im Lagergehäuse 110 ausgebildet ist, sind zwischen einen ringförmigen Abschnitt des Verdich tergehäuses und einen C-förmigen Ring 516 eingeschoben, der in einer am Verdichtergehäuse 5 ausgebildeten Rille befestigt ist.

Obwohl der Hauptkörper des Verdichtergehäuses 5 aus einer Aluminiumlegierung gegossen ist, ist ein aus einem Harz hergestelltes Wandelement 5b mit dem Abschnitt zu einer Baueinheit ausgebildet, der nach der Zusammenfügung dem Abschnitt 4a mit gekrümmtem Profil des Verdichterrades 4 zugewandt ist. Das Wandelement 5b ist durch Harzformung eines PPS-Harzes (Polyphenylensulfid-Harz) oder aus einer Verbundmischung aus einem PPS-Harz und Graphit oder Glaswolle, die weicher als das Verdichterrad 4 ist, hergestellt.

Das Wandelement 5b ist mittels Schraubenelementen 7, die in einer flachen, ringförmigen Fläche 52 ausgebildet sind, die der Dichtungsplatte 8 des Hauptkörpers des Verdichtergehäuses 5 auf einer ringförmigen Fläche 5d, die zur Antriebswelle 3 des Verdichterrades 4 im wesent lichen senkrecht ist, zugewandt ist, direkt mit dem Hauptkörper des Gehäuses 5 verbunden und an diesem befe stigt.

Ferner enthält das Wandelement 5b einen Zylinderabschnitt 5e, der sich im wesentlichen parallel zur Antriebswelle 3 erstreckt, sowie einen gekrümmten Abschnitt 5c, der den Zylinderabschnitt 5e mit der ringförmigen Fläche 5d verbindet.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die nur das Verdichterge häuse 5 zeigt. Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts D in Fig. 2, der durch eine Einpunkt-Strich- Linie eingerahmt ist. Fig. 4 ist eine weitere Darstellung von Fig. 2, jedoch in Richtung des Pfeils IV betrachtet und in verkleinertem Maßstab.

Die Beziehung zwischen dem Verdichtergehäuse 5 und den Umfangselementen wird im folgenden mit Bezug auf diese Zeichnungen genauer beschrieben.

In dem Abschnitt des Verdichtergehäuses 5, der dem Ab schnitt mit gekrümmtem Profil des Verdichterrades 4 zugewandt ist, ist eine Aussparung 5f ausgebildet. Diese Aussparung 5f enthält einen ringförmigen Abschnitt, der der Dichtungsplatte 8 zugewandt ist, um das Wandelement 5b aufzunehmen, einen zylindrischen Abschnitt längs der Antriebswelle sowie einen Abschnitt mit gekrümmtem Flä chenabschnitt, der die beiden erstgenannten Abschnitte miteinander verbindet.

Das Wandelement 5b, das an dieser Aussparung 5f befestigt ist, dient als Wandfläche des Verdichtergehäuses 5, die dem gekrümmten Profil 4a mehrerer Verdichterschaufeln 4b, die das Verdichterrad 4 bilden, zugewandt ist.

Der Verdichtungswirkungsgrad des Verdichters ist um so größer, je kleiner der Spalt T zwischen der Gehäusewand fläche und dem Profil des Verdichterrades 4 ist. In dieser Ausführungsform ist dieser Spalt T so beschaffen, daß er während des gewöhnlichen Betriebs im wesentlichen Null wird, indem auf der Grundlage des Prinzips der vorliegenden Erfindung die Wärmeausdehnung des Wandele ments 5 ausgenützt wird.

Für das Wandelement 5b sind die Größe R₁ vom Mittelpunkt zum Innendurchmesser des Zylinderabschnitts, die Größe R₂ vom Mittelpunkt zum Außendurchmesser des Zylinderab schnitts und die Größe R₃ vom Mittelpunkt zum Mittelpunkt der Gewindebohrung 7a durch eine Gießform festgelegt, so daß die Größe L₂ zwischen dem Mittelpunkt der Gewindeboh rung und dem Innendurchmesser des Zylinderabschnitts ebenfalls festliegt.

Die Gewindebohrung 7a verläuft durch die Mitte einer Aufnahmeaussparung 5b₉ des Schraubenkopfs 7b der Schrau ben 7, die auf dem gleichen Kreisumfang vorgesehen sind.

Das Wandelement 5b ist nur auf der gehäuseseitigen Fläche 5b₁₀ der ringförmigen Fläche, in der die Gewindebohrung 7a ausgebildet ist, in Kontakt und bildet eine Befesti gungsfläche.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind zwischen den äußeren Wandflächen der Wandelement-Befestigungsaussparung 5f des Verdichtergehäuses 5 und dem entsprechenden Wandelement 5b Spalte G₁ bis G₄ vorhanden.

Bei Raumtemperatur beträgt die Größe des Spalts G₃ zwi schen der axialen Stirnfläche 5b₁ des Zylinderabschnitts 5e des Wandelements 5b und der Wandfläche 5b₂ der ent sprechenden Aussparung ungefähr 300 bis 400 µm, beträgt die Größe des Spalts G₁ zwischen der Fläche 5b₃ des Zylinderabschnitts 5e des Wandelements 5b und der ent sprechenden Wandfläche 5b₄ ungefähr 250 µm, beträgt die Größe des Spalts G₄ zwischen der Fläche 5b₅ des gekrümm ten Abschnitts 5c und der entsprechenden Wandfläche 5b₆ ungefähr 500 bis 600 µm und beträgt die Größe des Spalts G₂ zwischen der äußeren Umfangskante 5b₇ des ringförmigen Flächenabschnitts 5d des Wandelements 5b und der entspre chenden Wandfläche 5b₈ wie im Fall des Spalts G₃ ungefähr 300 bis 400 µm.

Das PPS besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 2 bis 7.10^-5 (1 bis 6.10^-5, wenn Glas enthalten ist).

Die obengenannten Werte für die Größen der Spalte basie ren daher auf dem Ausdehnungsgrad ungefähr bei der ther mischen Verformungstemperatur von 250°C, so daß das Wandelement 5b selbst dann, wenn es sich zum Gehäuse 5 ausdehnt, nicht mit der Aussparungswandfläche des Gehäu ses in Kontakt gelangt. Wenn jedoch das Wandelement mit der Aussparungswandfläche des Gehäuses als Folge der Ausdehnung in Druckkontakt gelangt, kann die Gegenkraft Risse oder Brüche im Wandelement 5b verursachen.

Da sich die Stoßbeanspruchung, die sich aus dem Kontakt mit dem Verdichterrad 4b ergibt, auf den gekrümmten Abschnitt 5c des Wandelements 5b konzentriert, ist die Dicke dieses gekrümmten Abschnitts 5c so bemessen, daß sie in Richtung vom Zylinderabschnitt 5e zur ringförmigen Fläche 5d allmählich zunimmt. Das heißt, die Dicke T₄ des Zylinderabschnitts ist größer als die Dicke T₂ des Ab schnitts mit ringförmiger Fläche.

Der Kopf 7b der Schraube 7, der so beschaffen ist, daß er genau in die Aufnahmeaussparung 5b₉ paßt, steht niemals über die der Dichtungsplatte 8 des Verdichtergehäuses 5 zugewandte Fläche vor, so daß er der hierdurch strömenden Luft keinen Widerstand bietet.

Die Tiefe T₁ der Aussparung 5f und die Dicke T₂ des Wandelements 5b sind so bemessen, daß ein Einsinken des Wandelements 5b in die Aussparung 5f um eine Tiefe inner halb eines Bereichs von 100 bis 200 µm bei Raumtemperatur sichergestellt ist, so daß die Stirnfläche 5g des Metall abschnitts des Verdichtergehäuses 5 auf seiten der Dich tungsplatte 8 und die Stirnfläche des Abschnitts 5d mit ringförmiger Fläche des Wandelements 5b auf seiten der Dichtungsplatte 8 im Normalbetrieb im wesentlichen bündig werden.

Die Schraube 7 ist so bemessen, daß ihre Länge L₁ in Längsrichtung länger als der Abstand T₃ zwischen der Stirnfläche der Dichtungsplatte 8 und der Bodenfläche der Schraubenaufnahmeaussparung des Wandelements 5b ist, so daß die Schraube 7 nicht aus der Gewindebohrung 7a fallen kann, selbst wenn sie sich lockert.

Selbst wenn die sich lockernde Schraube 7 in Richtung zur Dichtungsplatte 8 springt und sich zum Verdichterrad 4 neigt, schiebt die starke Luftströmung während der Dre hung des Rades 4 die Schraube nach außen, so daß sie mit dem Rad 4 niemals in Kontakt gelangen kann.

Die Fläche des Wandelements 5, die dem Verdichterrad 4 zugewandt ist, kann im voraus geschält und dann zusammen gefügt werden, so daß der Spalt T zum Verdichterrad 4 als Folge der Wärmeausdehnung ungefähr bei der normalen Betriebstemperatur Null wird. In diesem Beispiel besitzt jedoch das Verdichterrad selbst die Schälfunktion.

Genauer ist das Verdichterrad 4 so entworfen worden, daß der Spalt T zwischen der Fläche des Wandelements 5b und dem Verdichterrad 4 bei der Zusammenfügung Null wird und daß das gegossene Wandelement 5b ohne jegliche Bearbei tung in das Verdichtergehäuse 5 eingebaut werden kann. Eine Prüfung, die der Rotationsprüfung ähnlich ist, wurde vor dem Einbau in das Kraftfahrzeug ausgeführt und ergab keinerlei Fehler, wobei die Fläche des Wandelements 5b mittels des Verdichterrades 4 durch Abschälen die ge wünschte Form erhielt.

Im Rotationstest wurde die Drehzahl des Verdichterrades 4 auf den Höchstwert von bis zu ungefähr 160000 min^-1 erhöht. Auf der Oberfläche des Wandelements 5b blieben Schneidespuren von 0,03 bis 0,05 mm zurück. Die Schneide spuren waren an der Einlaßseite flacher als an der Aus laßseite des Verdichters. Die Ergebnisse einiger Prüfun gen, die Herstellungsfehler der einzelnen Teile berück sichtigten, haben nahegelegt, daß ein Entwurf, bei dem der anfängliche Spalt T auf Null gebracht wurde, Schnei despuren von 0,05 bis 0,015 mm verursacht.

Eine weitere bei diesen Prüfungen festgestellte Tatsache ist, daß sich das Wandelement 5b, das aus einem Harz hergestellt ist, unter der Wirkung der Temperaturerhöhung des Verdichtergehäuses, die sich aus der adiabatischen Verdichtung der Luft während des Verdichterbetriebs ergibt, thermisch ausdehnt. Die vorangehenden Schneide spuren enthalten selbstverständlich jene, die aus dieser thermischen Ausdehnung herrühren.

Die Entwurfswerte der Wandelemente 5b wurden daher zu Werten abgewandelt, die die vorangehenden zwei Punkte (Ungleichmäßigkeit zwischen der Auslaßseite und der Einlaßseite und Wärmeausdehnungskoeffizient) berücksich tigen.

Das heißt, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient für eine angenommene Temperaturerhöhung von Raumtemperatur auf 80°C berechnet wurde und daß der Entwurf mit einem Radius R₁ erfolgte, der um einen dieser Ausdehnung ent sprechenden Wert größer war.

Der Entwurf erfolgte ferner so, daß der Radius an der Auslaßseite kleiner als an der Einlaßseite des Verdich ters war.

In diesem Beispiel wurde zwischen der Fläche des Wandele ments 5b und dem Verdichterrad 4 ein kleiner Spalt T erzeugt, der an der Auslaßseite etwas kleiner als an der Einlaßseite war.

Bei dem Verdichter dieses Beispiels wurde eine ähnliche Rotationsprüfung ausgeführt, die lediglich in einem Teil der Auslaßseite des Verdichterausgangs eine Schneidespur von nur ungefähr 0,02 mm zur Folge hatte.

Der gleiche Verdichter wurde nach diesem anfänglichen Schneiden mehreren verschiedenen, ähnlichen Rotationsprü fungen unterworfen, wobei keinerlei Zunahme der Schneide spuren beobachtet wurde.

Die Ergebnisse der an verschiedenen Materialien des Wandelements 5b ausgeführten Prüfungen sind in Tabelle 1 gezeigt.

Der in Tabelle 1 repräsentierte Turbolader wurde vorher einer Rotationsprüfung unterworfen, die ähnlich derjeni gen bei einem Verdichter mit einem zuvor geschälten Wandelement aus dem obenerwähnten PPS ist, anschließend wurde er bei einer kontinuierlichen Arbeitstemperatur wie in Tabelle 1 gezeigt ohne Unterbrechung betrieben. "Verformung bei hoher Temperatur" in Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse hiervon.

Das aus PPS hergestellte Wandelement (kein Gemisch) konnte durch das Verdichterrad geschält werden, weil das Material verhältnismäßig spröde war, wobei im Verdichter rad keinerlei Verformung oder Verschleiß auftrat. Die thermische Verformungstemperatur betrug wenigstens 250°C oder mehr, wobei der kontinuierliche Betrieb bei 210°C keinen großen Verformungsgrad ergab.

Wenn glasverstärktes PPS verwendet wurde, indem dem PPS Graphit oder Glaswolle hinzugefügt wurde, wurde der lineare Ausdehnungskoeffizient um 70 bis 50% reduziert. Obwohl die Gesamthärte nahezu die gleiche wie beim PPS- Material war, wurde eine leichte Verschleißspur auf dem Verdichterrad beobachtet, die dem Kontakt zwischen dem Gemisch und dem Pumpenrad zugeschrieben wurde. Der Ver formungsgrad bei einer Temperaturerhöhung wird auf einen kleineren Wert zurückgeführt, der der Abnahme des linea ren Ausdehnungskoeffizienten entspricht, die größer als jene in den anderen Fällen ist.

Das bedeutet, daß der Spalt T zwischen dem Wandelement und dem Verdichterrad bei sämtlichen Temperaturen von der Raumtemperatur bis zu hohen Temperaturen nicht stark schwankt. Selbst bei einem Entwurf, bei dem bei hohen Temperaturen ein Spalt T mit Wert Null erzielt wird, erweitert sich der Spalt T bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen nicht sehr, so daß der Verdichter mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann.

Bei Verwendung von PTFE (Polytetrafluorethylen) hatte eine sehr hohe Viskosität die Erzeugung einer Fase zur Folge, die zu einer Verformung des Verdichterrades führte.

Obwohl Polytetrafluorethylen allein in der Praxis einige Schwierigkeiten schafft, ergab die Ablagerung von hartem PPS auf der Oberfläche eines aus diesem Polytetrafluor ethylen hergestellten Substrats ein Wandelement, das die Vorteile beider Materialien bietet. In diesem Fall ist eine Stoßverringerungswirkung von Polytetrafluorethylen zu erwarten.

Wenn ein gemischfreies Material aus PBT (Polybutyl enterephtalat) verwendet wird, ist die Verfor mungstemperatur niedrig, was eine starke Verformung bei hohen Temperaturen zur Folge hat, ferner bewirkte die lange Zeitperiode des Kontakts zwischen dem Verdichterrad und der Wand einen Verschleiß des Verdichterrades.

Falls jedoch ein Mischmaterial, das für PBT geeignet ist, verfügbar ist, bestünde die gleiche Tendenz wie bei glasverstärktem PPS, die in der Praxis genutzt werden kann.

Die Beurteilungssymbole ○, x und Δ geben nicht die Grenze des Umfangs der vorliegenden Erfindung an, sondern zeigen die Einfachheit der praktischen Anwendung beim momentanen Stand der praktischen Anwendung, wobei eine geringe Bewertung keinen Ausschluß aus dem Umfang der vorliegenden Erfindung bedeutet.

Es konnte bestätigt werden, daß PPS eine zufriedenstel lende Affinität zum Motorschmiermittel und zu Benzin besitzt, wobei Schälspäne dann, wenn sie in Zylinder gelangen, für den Motor keinerlei nachteilige Wirkung besitzen.

Eine Beschädigung des Wandelements, die durch einen abweichenden Kontakt oder durch ein starkes Festziehen der Schraube 7 verursacht werden könnte, wurde verhin dert, indem zwischen dem Schraubenelement 7 und der Bodenfläche der Schraubenaufnahmeaussparung eine Scheibe 10 angeordnet wurde. Die Spalte, die an den vom Befesti gungsabschnitt des Wandelements 5b verschiedenen Ab schnitten vorgesehen sind, dienten ebenfalls der Einstel lung der Ausdehnungsverformung des Wandelements 5b zum Verdichterrad auf eine geeignete Größe. Ohne diese Spalte würde die gesamte Ausdehnung zum Metallgehäuse auf der Verdichterradseite auftreten. Weiterhin kann dies eine Verformung oder eine Beschädigung des Wandelements selbst hervorrufen.

Ferner ist das Wandelement, wie in Fig. 4 gezeigt ist, in axialer Richtung durch drei Schrauben befestigt.

Da dies die axiale Wärmeverformung auf einen Grad be grenzt, der der Dicke T₁ des aus einem Harz hergestellten Wandelements entspricht, tritt nur eine geringe Verfor mung auf.

Andererseits führt eine Wärmeverformung in radialer Richtung, die der Größe L₂ des Harz-Wandelements mit der Befestigungsschraube als Referenz entspricht, im Ver gleich zur axialen Richtung zu einem größeren Verfor mungsgrad.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird der ungleiche Verformungsgrad dadurch absorbiert, daß der Spalt zwi schen dem Harz-Wandelement und dem Verdichterrad in radialer Richtung G₁₁ größer als in axialer Richtung G₁₀ gemacht wird.

Da die Leistungsfähigkeit eines Verdichters hauptsächlich vom Spalt in axialer Richtung abhängt, ist die Möglich keit einer Verringerung des Spiels in axialer Richtung für die Erzielung einer höheren Leistung günstig.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrie ben worden ist, die Oberfläche des Verdichtergehäuses, die dem Verdichterrad zugewandt ist, als getrenntes Teil aus einem PPS-Harz gebildet, das mit dem Gehäuse zusam mengefügt wird, wobei der Spalt zwischen den beiden Elementen unter Ausnutzung der Wärmeausdehnung des Harzes im Normalbetrieb im wesentlichen auf Null gebracht wird.

Wegen dieser Merkmale der vorliegenden Erfindung kann in einem verhältnismäßig einfachen Prozeß ein Turbolader für Verbrennungsmotoren mit einem Verdichter mit hohem Wir kungsgrad erhalten werden.

Genauer handelt es sich um die folgenden Merkmale: Ab schnitte, die von der Befestigungsfläche des Wandelements verschieden sind, können mit einem Spalt versehen werden, so daß sie mit dem Verdichtergehäuse selbst nicht in Kontakt gelangen. Dadurch wird eine übermäßige Verfor mung, ein Reißen oder ein Bruch, die durch Wärmeausdeh nung verursacht werden, beseitigt.

Die Verwendung eines Anschlags für die Befestigungs schraube ermöglicht die Verhinderung einer Beschädigung des Motors, die durch ein Herabfallen der Schraube verur sacht werden könnte.

Claims

1. Turbolader für Verbrennungsmotoren, dessen Verdichter gehäuse (5) wenigstens ein dem Verdichterrad (4) zuge wandtes Wandelement (5b) aufweist, dessen Werkstoff weicher als der Werkstoff des Verdichterrads (4) ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandelement (5b) in einem begrenzten Kontaktbereich (5b₁₀) am Verdichtergehäuse (5) befestigt ist und au ßerhalb des Kontaktbereichs (5b₁₀) Spalte (G₁ bis G₄) zur Wärmeausdehnung des Wandelements (5b) vorgesehen sind.

2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandelement (5b) einen zur Antriebswelle (3) des Verdichterrades (4) koaxialen zylindrischen Teil (5e), einen zur zylindrischen Fläche (5e) im wesentlichen senkrechten radialen Teil (5d) und einen bogenförmigen Abschnitt (5c) aufweist, der diese beiden Teile (5e, 5d) miteinander verbindet.

3. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Teil (5d) des Wandelements (5b) den Kon taktbereich (5b₁₀) enthält.

4. Turbolader nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß der radiale Teil (5d) des Wandelements (5b) mittels Schrauben (7) am Verdichtergehäuse (5) befe stigt ist.

5. Turbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsabschnitt des Wandelements (5b) und des Verdichtergehäuses (5) außerhalb des maximalen Außen durchmessers des Verdichterrades (4) liegt.

6. Turbolader nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß im radialen Teil (5d) des Wandelements (5b) eine Aussparung (5b₉) zur Aufnahme eines Schraubenkop fes (7b) der Schrauben (7) ausgebildet ist.

7. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandelement (5b) in einer Aus sparung (5f) im Verdichtergehäuse (5) aufgenommen ist.

8. Turbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Umfangsrand (5b₇) des radialen Teils (5d) des Wandelements und der Umfangswand (5b₈) der Ausspa rung (5f) im Verdichtergehäuse (5) ein Spalt (G₂) vor gesehen ist.

9. Turbolader nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß zwischen einer axialen Stirnfläche (5b₁) des Wandelements (5b) und einer Endwand (5b₂) der Ausspa rung (5f) ein Spalt (G₃) vorgesehen ist.

10. Turbolader nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den äußeren Umfangsflächen (5b₃ und 5b₅) des zylindrischen Teils (5e) und des bo genförmigen Abschnitts (5c) des Wandelements (5b) und Teilen (5b₄, 5b₆) der Wandfläche der Aussparung (5f) des Verdichtergehäuses (5) ein Spalt (G₁ bzw. G₄) vor gesehen ist.

11. Turbolader für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß
in einem Wandbereich des Verdichtergehäuses (5) eine Aussparung (5f) ausgebildet ist,
das Wandelement (5b) in die Aussparung (5f) eingesetzt ist,
die Aussparung (5f) für das Wandelement (5b) eine ring förmige Verbindungsfläche (5b₁₀) in einer zur Antriebs welle (3) des Verdichterrades (4) im wesentlichen senk rechten Ebene besitzt,
das Wandelement (5b) in diesem Abschnitt am Verdichter gehäuse (5) befestigt ist,
zwischen dem Wandelement (5b) und der Verdichtergehäu sewand (5b₆) im bogenförmigen Abschnitt (5c) und der folgenden zylindrischen Fläche (5b₄) längs des Verdich terrades (4) ein Spalt (G₁, G₄) vorhanden ist,
zwischen dem Umfang (5b₇) des radialen Teils (5d) des Wandelements (5) und einer ringförmigen Umfangsfläche (5b₈) der Aussparung (5f) des Verdichtergehäuses (5) ein Spalt (G₂) vorgesehen ist, und
zwischen der axialen Stirnfläche (5b₁) des zylindri schen Teils (5e) des Wandelements (5b) und der Stirn wand (5b₂) der Aussparung (5f) des Verdichtergehäuses (5) ein Spalt (G₃) vorgesehen ist.

12. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandelement (5b) aus einem Harzwerkstoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizi ent kleiner als derjenige von PTFE (Polytetrafluor ethylen) ist.

13. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen und der Wärmedeh nungskoeffizient des Wandelements (5b) so gewählt sind, daß der Spalt (G₁) zwischen dem Wandelement (5b) und dem Verdichterrad (4) bei Raumtemperatur des Turbola ders größer und bei hohen Temperaturen während des Be triebs im wesentlichen Null ist.

14. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für das Wandelement (5b) hauptsächlich ein PPS-Harz (Polyphenylensulfid- Harz) enthält.

15. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spalt (G₁₁) zwischen der Innen fläche des Wandelements (5b) und den bogenförmigen Au ßenrändern des Verdichterrades (4) bei Raumtemperatur an der Verdichterrad-Einlaßseite größer als an der Ver dichterrad-Auslaßseite ist.

16. Turbolader nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß die Schrauben (7), wenn sie sich aus der Ge windebohrung (6) des Wandelements (5b) lösen, mit einer entsprechenden Dichtungsplatte (8) des Verdichters (A) in Kontakt gelangen.