DE60112439T2 - Blechgehäuse für die turbine eines turboladers - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung für die Turbine eines Abgasturboladers. Die Erfindung betrifft insbesondere das Spiralgehäuse der Turbine.
• Abgasturbolader sind eine Pflicht in modernen Fahrzeugen. Die wichtigsten Bestandteile davon sind eine Turbine und ein Verdichter. Diese zwei Bestandteile sind auf ein und der gleichen Welle angeordnet. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine wird zu der Turbine geleitet. Das Abgas treibt die Turbine an. Damit treibt die Turbine ihrerseits den Verdichter an. Dieser saugt Luft von der Umgebung an und verdichtet sie. Die verdichtete Luft wird dann zur Verbrennung in dem Motor verwendet. Der Zweck von Abgasturboladern besteht in der Minimierung der Abgasemissionen genauso wie in der Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors und dessen Drehmoments. Sie sind weiterhin mit der wesentlichen Funktion bezüglich der Wirksamkeit von katalytischen Wandlern verbunden.
• Beispielsweise offenbart die GB 1 263 932 einen Turbolader, welcher einen Geräteteil aufweist, in dem eine Rotationswelle unterstützt ist. An einem Ende der Welle ist der Rotor für einen Radialluftverdichter mit einem Gehäuse befestigt, wodurch ein Lufteinlass und ein Strömungskanal bestimmt sind, welcher an einem tangentialen Auslass endet. Im Betrieb ist der Auslass verbunden mit dem Lufteinlasskrümmer des verbundenen Motors.
• Am anderen Ende der Welle ist ein Turbinenrotor befestigt und an dem Geräteteil ist ein Turbinengehäuse angebracht, mit dem wiederum ein Auslassadapter befestigt ist, welcher einen Auslass bestimmt. Im Betrieb ist der Adapter mit einem Abgasrohr der entsprechenden Motorinstallation verbunden. Das Turbinengehäuse bestimmt ein Paar von Kanälen, welche sich von einem Einlass erstrecken und die Kanäle dienen zur Führung des Abgases zum Turbinenrad. Im Betrieb treiben die Abgase den Turbinenrotor und dieser wiederum treibt den Verdichterrotor, um Luft zum Motor zu liefern.
• Das Turbinengehäuse weist ein Paar von äußeren Gehäusezonen und Teilungszonen auf. Jede der Zonen ist ausgebildet von dünnem Metallblech, als Pressteil und die drei Zonen sind zur Darstellung des Gehäuses zusammengeschweißt. Das resultierende Gehäuse ist sehr steif und in der Lage, hohen Temperaturen zu widerstehen, da das Material, aus dem es hergestellt ist, vergleichsweise dünn ist und aus einem Material dargestellt werden kann, das besser hohen Temperaturen standhalten kann als die Materialien, die bisher verwendet wurden, welche durch Gießen in komplexen Formen herstellbar sein mussten. Eine der Gehäusezonen ist jenes Gehäuseteil, welches zusammen mit dem Trennungsteil zusammen den Kanal bestimmt. Dieses Gehäuseteil besteht aus im Wesentlichen ringförmiger Gestalt und bestimmt einen Kanal, welcher sich anfänglich gerade erstreckt und der von im Wesentlichen konstantem Querschnitt ist, sich jedoch dann um die Rotationsachse des Turbinenrotors erstreckt und sich geringfügig im Querschnitt vermindert. Die äußeren und inneren peripheren Ränder liegen nicht in der gleichen Ebene.
• Die folgenden Anforderungen werden allgemein an einen Abgasturbolader angelegt: Er sollte die oben erwähnten Funktionen erfüllen hinsichtlich der Betrachtung der Abgasemission, des Wirkungsgrads und des Motordrehmoments, in der optimalsten Art und Weise. Dabei sollte er minimales Gewicht und minimales Konstruktionsvolumen aufweisen. Die Gestaltung sollte einfach sein und leicht aufzubauen, so dass die Herstellungskosten auf ein Minimum gedrückt werden können. Er sollte mit katalytischen Wandlern kompatibel sein.
• Bekannte Abgasturbolader erfüllen weder sämtliche dieser Funktionen noch lediglich einen bestimmten Punkt davon. Das heißt, dass die Verminderung von Schadstoffemissionen während der Kaltstartphase nicht erfüllbar sind und Gewichts- und Bauraumanforderungen sind absurd hoch.
• Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Konstruktion einer Gehäuseanordnung des oben erwähnten Typs, derart dass Verbesserungen der oben erwähnten Parameter wesentlich sind. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1.
• Zur Ausführung desselben ist die Gehäuseanordnung, zumindest das Spiralgehäuse, aus einer relativ dünnen Metallblechwand hergestellt, welche den Abgasstrom ableitet. Dies reduziert das Gewicht der Gehäuseanordnung wesentlich. Die Metallblechwand weist auf Grund der minimalen Masse lediglich eine minimale Wärmespeicherkapazität auf. Dies bedeutet, dass sie nur geringfügig Wärmeenergie von dem Abgas aufnimmt und dieses damit eine geringe Wärmemenge von dem Abgas während der Kaltstartphase aufnimmt.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die Metallblechwand durch eine Isolation umgeben. Dies bedeutet, dass die Wärme im Abgas bleibt. Aus diesem Grund erreicht der Abgasstrom den katalytischen Wandler direkt nach dem ersten Start des Motors unter sehr heißen Bedingungen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für dessen optimale Funktion, so dass die Emissionen bereits während der Startphase vermindert sind.
• Die Isolierung hält ebenso die äußere Hülle der betroffenen Komponenten relativ kühl. Dies bedeutet einen wesentlichen Vorteil, da der Turbolader somit in einer Linie mit anderen wärmeempfindlichen Komponenten angeordnet werden kann, beispielsweise mit wärmeempfindlichen Kabeln. Die Rückstrahlung in Richtung auf den Körper wird ebenso minimiert, so dass die äußere Farbe unbeschädigt bleibt. Genauso ist darauf hinzuweisen, dass die geringe Wandstärke der Metallblechwand auch zu dem verminderten Gewicht beiträgt.
• Es ist besonders vorteilhaft, die Isolierung durch ein Blech darzustellen, welches die Metallblechwand umschließt. Somit verbleibt ein Luftspalt zwischen der Metallblechwand und der Blechabdeckung, womit eine besonders gute Isolierung hergestellt wird. Die Blechabdeckung kann wesentlich dünner sein als die Metallblechwand. Sie liefert eine äußerst wirksame Wärmeschranke, da der Übergang von einem Medium zu einem anderen – hier Luft zur Blechabdeckung – eine Wärmeübertragungsschranke bildet.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung liegt eine Auslassverbindung zur Ableitung des Abgases vor, nachdem dies durch die Turbine geflossen ist und deshalb seine Aufgabe verrichtet hat. Die Auslassverbindung ist mit dem Gehäuse der Turbine verbunden. Sie weist eine Verlängerung auf. Diese ist aufgebaut und angeordnet derart, dass sie die thermisch hoch belastete Laschenzone des Turbinengehäuses abdeckt. Durch diese Verfahrensweise ist die Verlängerung des Laschenbereiches mit beiden Gehäuseteilen angepasst oder entspricht beiden Gehäuseteilen. Sie kann mit diesen verschweißt werden.
• Das Abdeckblech erfüllt ebenfalls eine weitere Funktion: Es erhöht die Steifigkeit des gesamten Aufbaus. Dies kann zu einer weiteren Miniaturisierung der Metallblechwand führen, welche von dem Gasstrom kontaktiert wird.
• Die Erfindung wird nun weiter anhand der Figuren erklärt. Die folgenden Einzelheiten werden dargestellt:
• 1 zeigt einen Abgasturbolader in axialem Schnitt,
• 2 zeigt einen Ausschnitt von 1 in dem Bereich des Turbinengehäuses,
• 3 zeigt eine Ansicht des Turbinengehäuses von oben auf die Einlassanschlüsse,
• 4 zeigt eine Ansicht von oben auf eine Hälfte des Turbinengehäuses, ebenso in axialer Richtung betrachtet,
• 5 zeigt eine Ansicht der anderen Hälfte des Turbinengehäuses, ebenfalls in axialer Richtung betrachtet,
• 6 zeigt eine zusätzliche Ausgestaltung der Erfindung.
• Der Abgasturbolader entsprechend 1 beinhaltet eine Turbine 1 als wesentlichen Bestandteil, einen Verdichter 2 und eine Lagerung 3. Die Turbine 1 weist ein Turbinenrad 1.1 auf und der Verdichter besitzt ein Verdichterrad 2.1. Beide Räder sind auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet. Die Welle 4 ist abgestützt durch eine Lagerung 3.
• Das wesentliche Merkmal des illustrierten Gegenstandes ist das Turbinengehäuse 1. In dem vorliegenden Fall ist es aus einem Stahlblech hergestellt. Es ist normalerweise ein Spiralgehäuse. Es besteht aus zwei Hauptteilen, einem inneren Bauteil 1.2 und einem äußeren Bauteil 1.3. Die Trennungsfuge 1.4 zwischen diesen beiden Teilen verläuft entlang der Scheitellinie des Spiralgehäuses 1. Dort ist eine Schweißnaht ausgebildet.
• Die Wandstärke der beiden Gehäuseteile beträgt bis zu 1,0 mm. Das Metallblech ist hoch Wärme beständig (T3 > als 1.000°C).
• Die Metallblechwand ist von einer Isolierung umgeben, welche an der äußeren Haut des Metallbleches platziert ist und welche auf Grund ihrer Wärme isolierenden Eigenschaften sicherstellt, dass an diesem Ort, der Außenseite der Isolierung, nur sehr geringe Temperaturen auftreten, beispielsweise Temperaturen, welche ein Anfassen erlauben.
• Zusätzlich existiert eine Auslassverbindung 5, um das Abgas abzuleiten, nachdem es durch die Turbine 1 geströmt ist und seine Arbeit verrichtet hat. Die Auslassverbindung 5 ist mit dem Gehäuse 1.2, 1.3 der Turbine 1 verbunden. Es weist einen Ansatz 5.1 auf. Dieser ist derart gestaltet und arrangiert, dass er den hoch Temperatur belasteten Laschenbereich des Turbinengehäuses 1.2, 1.3 abdeckt. Siehe hierzu auch 5. Bei derartiger Verfahrensweise ist der Ansatz 5.1 in dem Laschenbereich entsprechend angepasst oder entspricht beiden Gehäuseteilen 1.2, 1.3. Diese Teile können zusammen geschweißt werden.
• Die 3 bis 5 zeigen das Stahlblechgehäuse in unterschiedlichen Ansichten. In 5 ist der Laschenbereich 1.5 deutlich dargestellt. Dieser Bereich ist insbesondere hoch temperaturbelastet.
• 6 zeigt eine besonders wichtige Ausführung der Erfindung. Das Stahlblechgehäuse dafür ist wiederum aus zwei Teilen 1.2, 1.3 hergestellt. Jedes dieser beiden Teile weist eine Doppelwand auf. Die zwei Wände sind so gestaltet, dass sie einen Luftspalt bilden. Der Luftspalt ermöglicht insbesondere eine gute Isolierung. In dieser Ausgestaltung ist die Auslassverbindung 5 ebenso mit einem Fortsatz 5.1 verbunden, welcher den Laschenbereich des Spiralgehäuses abdeckt.

Claims (11)

1. Gehäuseanordnung für eine Turbine (1) eines Abgasturboladers, die folgendes aufweist: a) ein Spiralgehäuse (1.2, 1.3), welches zur Umhüllung des Laufrades (1.1) einer Turbine angepasst ist; b) ein laschenähnliches Wandteil (1.5) im Innern des Spiralgehäuses (1.2, 1.3); c) einen Einlassanschluss; d) einen Auslassanschluß (5); e) einen Flansch zur Verbindung des Spiralgehäuses (1.2, 1.3) mit einem Lagergehäuse; f) worin zumindest das Spiralgehäuse (1.2, 1.3) aus einem Abgasstrom leitenden Metallblech dargestellt ist; g) worin die Stärke des Metallbleches zwischen 0,2 und 2 mm liegt; und h) worin das Metallblech von einer Isolierung umgeben ist; dadurch gekennzeichnet, dass i) der Auslassanschluß (5) eine Ausbauchung (5.1) aufweist, welche den Laschenbereich (1.5) des Spiralgehäuses (1.2, 1.3) abdeckt.
2. Gehäuseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiralgehäuse (1.2, 1.3) entlang einer Trennungsfuge (1.4) unterteilt ist.
3. Gehäuseanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennungsfuge (1.4) entlang der Scheitellinie des Spiralgehäuses (1.2, 1.3) verläuft.
4. Gehäuseanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung aus einem Fluid besteht, welches eine aushärtbare Masse ist.
5. Gehäuseanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung durch Eintauchen in ein Bad der Mas se oder durch Besprühen mit der Masse auf dem Metallblech dargestellt ist.
6. Gehäuseanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung durch ein Abdeckblech abgedeckt ist.
7. Gehäuseanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckblech durch ein Metallblech dargestellt ist mit geringerer Stärke als das Metallblech des Spiralgehäuses (1.2, 1.3).
8. Gehäuseanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftspalt zwischen dem Metallblech des Spiralgehäuses (1,2; 1,3) und der Abdeckblech vorhanden ist.
9. Gehäuseanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (1.5) durch eine Abdeckung bedeckt ist.
10. Gehäuseanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung aus einer Metallblech-Beschichtung besteht.
11. Gehäuseanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung als eine Ausbauchung (5, 1) des Auslassanschlußes (5) dargestellt ist.