DE60115025T2 - Gegossenes spiralgehäuse für einen turbolader - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Gehäusegruppe für die Turbine eines Abgas-Turboladers. Die Erfindung betrifft insbesondere das Spiralgehäuse der Turbine.
• Abgasturbolader sind bei modernen Kraftfahrzeugen unverzichtbar. Sie umfassen als wichtigste Bauteile eine Turbine und einen Verdichter. Diese beiden Bauteile sitzen gemeinsam auf ein und derselben Welle. Der Turbine wird das Abgas des Verbrennungsmotors zugeleitet. Das Abgas treibt die Turbine an. Die Turbine ihrerseits treibt den Verdichter an. Dieser saugt Luft aus der Umgebung an und verdichtet diese. Die verdichtete Luft wird dann für die Verbrennung im Motor ausgenutzt. Abgasturbolader haben den Zweck, die Abgasemissionen zu verringern, sowie den Wirkungsgrad des Motors und dessen Drehmoment zu erhöhen. Sie haben außerdem eine wichtige Funktion bezüglich der Wirkungsweise des Katalysators.
• Die folgenden Anforderungen werden allgemein an Abgasturbolader gestellt: Sie sollten die genannten Funktionen bezüglich der Abgasemission, des Wirkungsgrades und des Drehmomentes des Motors in möglichst perfekter Weise erfüllen. Dabei sollen sie ein geringes Gewicht und ein geringes Bauvolumen haben. Die Konstruktion soll einfach im Aufbau und montagefreundlich sein, so dass die Herstellungskosten gering bleiben. Sie sollte mit dem Katalysator kompatibel sein.
• Die bekannten Abgasturbolader weisen diese Funktionen nicht alle oder nur bis zu einem gewissen Grad auf.
• Beispielsweise offenbart die US 4,384,821 einen Abgasturboladeraufbau eines Typs mit unterteiltem Turbinengehäuse, welches erste und zweite ringförmige Hälften aufweist. In einer derartigen Konstruktion werden thermisch bedingte Belastungen vermieden. Die Trennfuge der Hälften verläuft in einer senkrechten Ebene relativ zu der Turbinenachse.
• Trotzdem lässt eine Erniedrigung der Schadstoffemissionen während der Kaltstartphase wesentliche Anforderungen offen und Gewicht und Raumbedarf sind ungewöhnlich hoch.
• Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Beschreibung eines Gehäuses entsprechend dem Typ, der derart beschrieben ist, dass wesentliche Verbesserungen in den angeführten Parametern eingebracht sind. Diese Aufgabe wird durch die Charakteristika entsprechend Anspruch 1 erfüllt.
• Bei der Lösung dieser Aufgabe sind die Erfinder bei dieser bewährten Ausführung der Gehäusegruppe aus Guss geblieben. Dabei haben sie jedoch den herkömmlichen Stahlguss in Sandform Verfahren verlassen und sind zum dünnwandigen Feinguss, auch Präzisionsguss genannt, übergegangen. Dadurch lässt sich die Wandstärke ganz erheblich verringern. Die Masse der Gehäusegruppe wird damit wesentlich kleiner, so dass dem Abgas in der Kaltstartphase nur relativ wenig Wärmeenergie entzogen werden kann. Die thermische Trägheit ist somit sehr gering.
• Als weitere Maßnahme ist die Gehäusegruppe zumindest aus zwei Teilen zusammengesetzt. Aus diesem Grund ist in der Gehäusegruppe zumindest eine Trennfuge vorgesehen. Die Trennfuge ist dabei wie folgt angeordnet:
• – sie erstreckt sich in einer queraxialen Richtung
• – sie verläuft entlang der Scheitellinie des Spiralgehäuses,
• – sie erstreckt sich über einen Kreisbogen von etwa 270° und
• – sie liegt außerhalb des Bereiches der Zunge.
• Somit ist in jedem Fall das Spiralgehäuse zumindest zweigeteilt. Dabei ist die Zweiteilung auf Grund der beschriebenen Lage der Trennfuge wie oben beschrieben derart vorgenommen, dass sich die folgenden Vorteile ergeben: Zum einen kann jedes der beiden Teile des Spiralgehäuses gegossen werden, ohne dass hierbei die Verwendung von Gießkernen notwendig ist. Die Formen der beiden Spiralgehäuse weisen nämlich keine Hinterschneidungen auf.
• Zum anderen ist die Trennfuge derart positioniert, dass der Bereich der Zunge außerhalb der Trennfuge liegt. Der Zungenbereich ist derjenige Bereich, der thermisch die größte Beanspruchung erfährt. Beim Zusammenfügen der beiden Gussteile des Spiralgehäuses besteht der Zungenbereich daher aus einem einzigen Stück ohne Trennfuge, was den hohen thermischen Belastungen und damit den hohen Anforderungen an die Festigkeit in diesem Bereich Rechnung trägt.
• Das Zusammenfügen der beiden Teile kann beispielsweise durch Verwendung irgendeines Verfahrens geschehen, beispielsweise mittels Laserschweißen oder Mikroplasmaschweißen.
• Durch die Vermeidung von Gießkernen muss beim Gießen keine Berücksichtigung von Lagetoleranzen solcher Kerne bedacht werden. Dies bedeutet, dass die Wandstärke bereits aus diesem Grund geringer sein kann als bei einem herkömmlichen Verfahren und der Verwendung von Gießkernen. Bereits hieraus ergibt sich eine erhebliche Gewichtseinsparung. Ein im Feingussverfahren mehrteilig gegossenes Turbinengehäuse hat eine mittlere Wandstärke von etwa 2 mm. Dies bedeutet gegenüber der Ausführung in Stahlguss in Sand vorgenommen eine Massenreduktion von 40 bis 60%. Zusätzlich sind die Herstellungskosten eines nach der Erfindung hergestellten Spiralgehäuses geringer als bisher. Als Werkstoff kommt im Allgemeinen ein hochwarmfester Stahlguss für Abgastemperaturen von 1050°C in Betracht.
• Die Oberflächengüte und Maßhaltigkeit sind optimal. Dies führt zu höheren Wirkungsgraden. Auch die Fertigungskosten sind bereits dadurch geringer, dass Nacharbeiten entfallen.
• Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert. Dabei wird im Einzelnen folgendes detailliert dargestellt.
• 1 zeigt einen Abgasturbolader in einem axialen Schnitt,
• 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch das Spiralgehäuse der Turbine von 1.
• Der in 1 dargestellte Abgasturbolader weist als hauptsächlichste Elemente die folgenden Bauteile auf: Eine Turbine 1 mit Turbinenrad 1.1, einen Verdichter 2 mit Verdichterrad 2.1, ein Lagerteil 3, eine Welle 4, auf der das Turbinenrad 1.1. und das Verdichterrad 2.1 sitzen.
• Das Turbinengehäuse ist in bekannter Weise als Spiralgehäuse ausgeführt. Es ist durch zwei Hauptteile dargestellt, nämlich einem Teil 1.2 – hier „inneres Teil" genannt, und einem Teil 1.3 – hier „äußeres Teil" genannt. Ein äußerer Abgasauslassstutzen 1.4 ist Bestandteil des äußeren Teiles 1.3. Dieser könnte auch von dem äußeren Teil 1.3 getrennt sein.
• Entscheidend ist folgendes:
  Die beiden Hauptteile 1.2 und 1.3 des Spiralgehäuses der Turbine sind entlang einer Trennfuge getrennt. Die Trennfuge verläuft in einer achssenkrechten Ebene. Sie verläuft entlang der Scheitellinie des Spiralgehäuses.
• Wie der 2 entnehmbar ist, erstreckt sich die Trennfuge über einen Winkel von 270°. Sie liegt außerhalb des Bereiches der Zunge 1.5 des Spiralgehäuses. Dieser Bereich ist thermisch hoch beansprucht.
• 2 zeigt Teil 1.3. Teil 1.2 ist abgenommen.
• Die Trennfuge erstreckt sich von Punkt A bis Punkt B. Dabei bleibt der Bereich der Zunge 1.5 unberührt. Das heißt, dass das Spiralgehäuse einteilig im Zungenbereich vorhanden ist. Zur Montage wird Teil 1.2 über dem Bereich der Trennfuge zwischen den Punkten A und B aufgesetzt.

Claims (2)

1. Gehäuseverbund für die Turbine (1) eines Abgas-Turboladers, der Folgendes aufweist: a. ein Spiralgehäuse (1.2, 1.3), derart angepasst um das Laufrad (1.1) der Turbine (1) zu umgeben; b. ein Zungen ähnliches Wandteil (1.5) im Inneren des Spiralgehäuses (1.2, 1.3); c. einen Einlass-Anschluss; d. einen Auslass-Anschluss; e. einen Flansch, angepasst zur Verbindung mit einem Lagergehäuse des Turboladers; f. worin der Gehäuseverbund durch doppelwandigen Feinguss hergestellt ist; g. worin der Gehäuseverbund aus zumindest zwei Teilen (1.2, 1.3) besteht, so dass zumindest eine Trennfuge vorhanden ist; und h. worin die Trennfuge wie folgt angeordnet ist: i. sie verläuft in einer Ebene senkrecht zu einer Turbinenachse; ii. sie verläuft entlang der Scheitellinie des Spiralgehäuses (1.2, 1.3); dadurch gekennzeichnet, dass iii. die Trennfuge sich über einen Kreisbogen von ungefähr 270 Grad erstreckt; iv. die Trennfuge ausserhalb des Bereiches der Zunge liegt.
2. Gehäuseverbund nach Anspruch 1, worin die Teile (1.2, 1.3) des Gehäuseverbunds entlang der Trennfuge miteinander verschweisst sind.