EP2183474A2 - Turbolader mit einem turboladergehäuse welches eine verschraubung mittels zuganker aufweist - Google Patents

Turbolader mit einem turboladergehäuse welches eine verschraubung mittels zuganker aufweist

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Publication number
EP2183474A2
EP2183474A2 EP08775317A EP08775317A EP2183474A2 EP 2183474 A2 EP2183474 A2 EP 2183474A2 EP 08775317 A EP08775317 A EP 08775317A EP 08775317 A EP08775317 A EP 08775317A EP 2183474 A2 EP2183474 A2 EP 2183474A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
turbocharger
cover
turbocharger according
tie rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08775317A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Böning
Hartmut Claus
Dirk Frankenstein
Holger Fäth
Jochen Held
Stefan Krauss
Stefan Nowack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP2183474A2 publication Critical patent/EP2183474A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/243—Flange connections; Bolting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05B2260/301—Retaining bolts or nuts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins

Definitions

  • Turbocharger with a turbocharger housing which has a screw connection by means of tie rods
  • the invention relates to a turbocharger with a turbocharger housing, consisting for example of a turbine housing, a compressor housing and a bearing housing, which is bolted by means of tie rods.
  • a turbocharger consists of an exhaust gas turbine in an exhaust gas flow, which is connected via a turbo shaft with a compressor in the intake tract.
  • a turbine wheel and a compressor wheel are rotatably mounted on the turbo shaft for this purpose.
  • the turbine wheel is housed in a turbine housing of the turbocharger and the compressor wheel in a corresponding compressor housing. Both housings are connected to each other via a bearing housing.
  • the turbine wheel of the turbine is rotated by the exhaust gas flow of the engine and thereby drives the compressor wheel of the turbine
  • the compressor increases the pressure in the intake tract of the engine, so that a larger amount of air enters the cylinder during the intake stroke. As a result, more oxygen is available and a correspondingly larger amount of fuel can be burned. In this case, the power output can be increased because the mean pressure of the engine and its torque increases.
  • Turbine housing instead of using a Switzerlandankerverschraubung over so-called. Screw short screws.
  • the turbine housing is screwed to a flange on an opposite side of the bearing housing and correspondingly the compressor housing to a flange at the other end of the bearing housing.
  • turbocharger with a turbocharger housing in which the housing can be bolted to a Buchankerverschraubung, but the occurrence of turbulence can be at least reduced by the Switzerlandankerverschraubung.
  • the invention provides a turbocharger with a turbocharger housing: wherein the turbocharger housing has a bearing housing and at least one impeller housing and - wherein the bearing housing and the impeller housing are screwed by a Switzerlandankerverschraubung, and wherein at least one head of a tie rod Wegankerverschraubung is covered with a cover.
  • the turbocharger has the advantage that on the one hand the turbocharger housing can be provided with a Wernerverschraubung, which ensures a high Verschraubungsconce. On the other hand, the heads of the tie rods are covered so that turbulence can be at least significantly reduced or even substantially prevented, so that an efficiency of the impeller housing is not affected.
  • the impeller housing is a turbine housing and / or a compressor housing.
  • both the turbine housing and the compressor housing can basically be fastened with a Switzerlandankerverschraubung.
  • the cover element covers at least partially or completely one, several or all heads of the tie rods of the tie rod connection.
  • the cover is at least partially or completely closed.
  • the cover may also be provided with openings which are just large enough for the tool engagement of an associated tie rod. This also provides only the smallest possible attack surface for turbulence.
  • the cover is mounted in a receptacle on the impeller housing and / or the bearing housing.
  • the receptacle can be a depression or a projection on which the covering element is fastened.
  • the cover can also be fixed for example by means of screwing or the like. The screw connection is provided, for example, in an area where, as far as possible, there is little or no turbulence.
  • the cover element is formed as a part of a wall of a diffuser of the impeller housing.
  • cover sheet For example, a cover plate.
  • cover sheets have the advantage that they are easy to manufacture and can be easily formed, for example, to be formed as described above, for example, as a wall of a diffuser of an impeller housing.
  • the cover element is, for example, a plug element for covering at least one head of a tie rod.
  • the plug element can have the form of a cap which surrounds the screw head. Such a cap is easy to manufacture and easy to assemble.
  • the plug member may also comprise a plate with a projection or plug which is insertable into a head of a tie rod. The plate can with the
  • Such a plug element can also be easily manufactured and assembled.
  • the plug element can also be designed such that the plate not only has a projection or plug but a plurality, to cover in this way equal to several heads of tie rods.
  • FIG. 1 shows a schematic section of a turbocharger with a turbocharger housing, in which the housing is screwed directly, according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic section of a turbocharger with a turbocharger housing, in which the housing is provided with a Switzerlandankerverschraubung, according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows a detail of the turbocharger with the turbocharger housing of FIG. 2, wherein the compressor housing and the bearing housing is shown here, and
  • 4a, 4b examples of a plug element as a cover.
  • FIG. 1 a schematic section of a turbocharger housing 10 according to the prior art is shown, which is part of a turbocharger (not shown).
  • the turbocharger housing 10 or its turbine housing 28 is with relatively short screws 12 directly to a bearing housing 14th screwed.
  • the bearing housing 14 has, at its end opposite the turbocharger housing 10, a flange 16 to which the turbocharger housing 10 is screwed by means of a plurality of screws 12, as shown in FIG. 1.
  • the screw heads 18 of the screws 12 lie outside of the bearing housing 14 and the turbine housing 10, so that no turbulence can arise, leading to a reduction of the efficiency.
  • this design has the disadvantage that it is expensive to assemble and offers no screwing security, as the Switzerlandankerverschraubung. This is also evident in the following comparison between Switzerlandankerverschraubung and Miniverschraubung.
  • Tie rod M6 Medium temp. Anchor 300 0 C
  • the tie rod screw connection (screw head abutments on the compressor housing end flange, long screw) shows only a slight preload loss compared with a direct screw connection with short screws. The improvement is achieved by the significantly greater overall elongation and lower mean temperature of the tie rod.
  • the direct screw connection (screw head supports on the turbine-side flange of the bearing housing, short screw) also requires a higher quality screw material due to the higher component temperatures.
  • FIG. 2 shows a schematic section of a turbocharger 20 with a turbocharger housing 10, according to an embodiment of the invention.
  • the turbocharger 20 has a turbo shaft 22, on which a turbine wheel 24 is mounted on one side and a compressor wheel 26 on the other side.
  • the turbo shaft 22 is arranged in a bearing housing 14.
  • the turbine wheel 24 is in this case arranged in a turbine housing 28 and correspondingly the compressor wheel 26 in a compressor housing, wherein the compressor housing For clarity in Fig. 2 has not been drawn.
  • a pull-type threaded connector 30 is provided in contrast to the prior art, in which the turbine housing 28 and the compressor housing are bolted directly to the bearing housing 14, according to the invention.
  • the turbine housing 28 is screwed to the bearing housing 14 at its end opposite the compressor housing (screw head abutments on the compressor-side flange of the bearing housing) via at least one or more tie rod bolts 32.
  • the tie rod 32 requires, for example, a countersink 34 in the bearing housing 14 in which his screw head 36 is sunk. In this case, however, it is difficult to avoid the Switzerlandankerkopf 36 in the area, for example, a compressor diffuser of the
  • Compressor housing (not shown) to place. Since air flows past there at high speed, it can come through the head 36 and its counterpart 34 to turbulence. This turbulence can lead to a deterioration of the compressor efficiency.
  • a cover element 38 may be, for example, a cover plate 40, which is arranged in front of the head 36 of the tie rod 32 and covers it at least partially or preferably substantially completely.
  • a corresponding receptacle 42 in the form of, for example, a recess 44 in the turbocharger housing 10 may be provided, in which the cover plate 40 is inserted.
  • the cover member 38 may be formed closed or have small or just enough large openings for the tool engagement of the tie rod 32.
  • the cover element 38 may, for example, at the same time also be formed as part of a wall 46 of a diffuser 48 of a compressor housing 50, as will be explained below of Fig. 3 will be explained.
  • at least one cover member 38 may be provided to cover all the heads 36 of the tie rods 32 or more cover elements 38, depending on the structural conditions.
  • the cover element 38 can be symmetrical, for example rotationally symmetrical, depending on the structural conditions of the bearing housing 10 or the fuselage group and the adjoining turbine or compressor housing 28, 50. However, it does not have to be symmetrical, but can have any shape.
  • the head 36 of the tie rod 32 can also be covered with a plug element 52 as a cover element 38.
  • a plug element 52 as a cover element 38.
  • FIGS. 4a and 4b Two examples of such plug elements 52 are shown in the following FIGS. 4a and 4b.
  • FIG. 3 furthermore shows a section of the turbocharger 20 with the turbocharger housing 10 according to FIG. 2, wherein the compressor housing 50 and the bearing housing 14 are shown here.
  • the turbine housing 28 is screwed by a tie rod 32 or a plurality of tie rods 32 on a side opposite the compressor housing 50 side of the bearing housing 14 (yenkopfaufläge the compressor-side flange 54 of the bearing housing 14).
  • a corresponding cover element 38 is provided which is accommodated, for example, in a receptacle 42 of the turbocharger housing 10 or the fuselage assembly.
  • the cover element 38 can also be additionally fastened, for example by means of screwing or the like. This applies to all embodiments of the invention.
  • the cover element 38 is, for example, a cover plate 40 which, as described above, is shaped such that it forms part of a wall 46 of the diffuser 48 of the compressor housing 50.
  • the turbulences can be reduced to such an extent that no negative impact on the efficiency results.
  • FIGS. 4a and 4b Two examples of plug elements 52 as cover elements 38 are shown in FIGS. 4a and 4b, it being obvious to a person skilled in the art that there are a multiplicity of possible variations here.
  • the first plug element 38 in FIG. 4 a is designed, for example, in the form of a cap 56 which surrounds the screw head 36.
  • the cap 56 can also be designed so that it protrudes laterally beyond the head 36 of the tie rod 32, as indicated by a dashed line to additionally cover, for example, the reduction 34 in the bearing housing 14 at least partially or completely.
  • the second plug element 52 in FIG. 4 b is formed with a plate 58 with a projection 60 or plug, which is inserted into the depression 62 of the respective screw head 36.
  • the plate 58 of the plug element 52 can project beyond the screw head 36 in order, for example, to cover at least partially or completely the screw head 36 and the countersink 34 in the bearing housing 14.
  • the plate 58 of the plug member 38 is formed in the form of a band, with a plurality of projections 60 and extends over a plurality of screw heads 36.
  • the second plug member 38 instead of the projection 60 or in addition to this may be formed with a cap 56, as shown by a dashed line in Fig. 4b.
  • plug elements 38 can also be provided, which are inserted laterally or peripherally on the heads 36 into the gaps 64 formed by the counterbore 34 in order to cover these gaps 64.
  • the heads 36 themselves can be covered with a plug element according to FIG. 4 a or 4 b, wherein the plate 58 of the plug member 38 in Fig. 4b can complete with the head 36 of the screw 32 to be covered.
  • the covering elements 38 described above can be produced, for example, from metal or sheet metal.
  • on the compressor side is in principle also conceivable to produce the cover elements 38, for example, from a suitable rubber or hard rubber or plastic, since the compressor side is not as hot as the turbine side.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turbolader (20) mit einem Turboladergehäuse (10), wobei das Turboladergehäuse ein Lagergehäuse (14) und wenigstens ein Lauf radgehäuse (28, 50) aufweist und wobei das Lagergehäuse und das Lauf radgehäuse mittels einer Zugankerverschraubung (32) verschraubt sind, und wobei wenigstens ein Kopf (36) eines Zugankers der Zugankerverschraubung mit einem Abdeckelement (38) abgedeckt ist, so dass Verwirbelungen durch die vorbei strömende Luft reduziert oder verhindert werden können.

Description

Beschreibung
Turbolader mit einem Turboladergehäuse welches eine Ver- schraubung mittels Zuganker aufweist
Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einem Turboladergehäuse, bestehend beispielsweise aus einem Turbinengehäuse, einem Verdichtergehäuse und einem Lagergehäuse, das mittels Zuganker verschraubt ist.
Normalerweise besteht ein Turbolader aus einer Abgasturbine in einem Abgasstrom, die über eine Turbowelle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt verbunden ist. Auf der Turbowelle sind hierzu beispielsweise ein Turbinenrad und ein Verdich- terrad drehbar gelagert. Das Turbinenrad ist hierbei in einem Turbinengehäuse des Turboladers untergebracht und das Verdichterrad in einem entsprechenden Verdichtergehäuse. Beide Gehäuse sind über ein Lagergehäuse miteinander verbunden. Das Turbinenrad der Turbine wird durch den Abgasstrom des Motors in Drehung versetzt und treibt dabei das Verdichterrad des
Verdichters an. Hierdurch erhöht der Verdichter den Druck im Ansaugtrakt des Motors, so dass während des Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in den Zylinder gelangt. Dies hat zur Folge, dass mehr Sauerstoff zur Verfügung steht und eine ent- sprechend größere Kraftstoffmenge verbrannt werden kann. Hierbei kann die Leistungsabgabe erhöht werden, da der Mitteldruck des Motors und sein Drehmoment steigt.
Aus der Patentanmeldung von Siemens mit der Anmeldenummer 10 2007 017 824.9 sind Abgasturbolader bekannt, bei denen ein Turbinengehäuse über Zuganker verschraubt wird. Dabei wird beispielsweise das Turbinengehäuse mit dem Lagergehäuse über mehrere Zuganker verschraubt.
Diese Zugankerverschraubung hat den Vorteil, dass sie eine hohe Verschraubungssicherheit gewährleistet. Von Nachteil ist jedoch, wenn die Schraubköpfe und deren Zylindersenkungen im Bereich des Verdichterdiffusors und damit im Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeiten liegen. Dies kann zu Wirkungsgradverlusten führen aufgrund von Verwirbelungen .
Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik bekannt, wie er beispielsweise in der DE 698 27 307 T2 offenbart ist, das
Turbinengehäuse statt mittels einer Zugankerverschraubung ü- ber sog. kurze Schrauben zu verschrauben . Dabei wird das Turbinengehäuse an einem Flansch an einer gegenüberliegenden Seite des Lagergehäuses festgeschraubt und entsprechend das Verdichtergehäuse an einem Flansch am anderen Ende des Lagergehäuses .
Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Herstellung und die Montage deutlich aufwendiger ist, da entsprechende Bohrungen an dem Lagergehäuse und dem Verdichter- und Turbinengehäuse vorgesehen werden müssen. Des Weiteren müssen eine Vielzahl von Schrauben verschraubt werden. Außerdem kann nicht die Verschraubungssicherheit erzielt werden, wie bei der Zugankerverschraubung .
Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader mit einem Turboladergehäuse bereitzustellen, bei dem das Gehäuse mit einer Zugankerverschraubung verschraubt werden kann, wobei jedoch das Auftreten von Verwirbelungen durch die Zugankerverschraubung zumindest reduziert werden kann .
Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader mit einem Turboladergehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Turbolader mit einem Turboladergehäuse bereitgestellt: wobei das Turboladergehäuse ein Lagergehäuse und wenigstens ein Laufradgehäuse aufweist und - wobei das Lagergehäuse und das Laufradgehäuse mittels einer Zugankerverschraubung verschraubt sind, und wobei wenigstens ein Kopf eines Zugankers der Zugankerverschraubung mit einem Abdeckelement abgedeckt ist. Der Turbolader hat dabei den Vorteil, dass einerseits das Turboladergehäuse mit einer Zugankerverschraubung versehen werden kann, welches eine hohe Verschraubungssicherheit ge- währleistet. Andererseits werden die Köpfe der Zuganker derart abgedeckt, so dass Verwirbelungen zumindest deutlich reduziert oder sogar im Wesentlichen verhindert werden können, so dass ein Wirkungsgrad des Laufradgehäuses nicht beeinträchtigt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Laufradgehäuse ein Turbinengehäuse und/oder ein Verdichtergehäuse. Das bedeutet, dass gemäß der Erfindung sowohl das Turbinengehäuse als auch das Verdichtergehäuse grundsätzlich mit einer Zugankerverschraubung befestigt werden können.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform deckt das Abdeckelement einen, mehrere oder alle Köpfe der Zuganker der Zugankerverschraubung zumindest teilweise oder vollständig ab. Dies hat den Vorteil, dass wenn Luft oder Abgas an den Zugankerschrauben vorbeiströmt, Verwirbelungen zumindest erheblich reduziert werden können, da Luft nicht direkt an den Köpfen der Zugankerschrauben und den entsprechenden Senkungen im Gehäuse vorbeiströmt, sondern von diesen durch das Abdeckelement abgeschirmt wird.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Abdeckelement zumindest teilweise oder vollständig geschlossen ausgebildet. Wahlweise kann das Abdeckelement auch mit Durchtrittsöffnungen versehen sein, die gerade ausreichend groß sind für den Werkzeugeingriff eines zugeordneten Zugankers. Dadurch wird ebenfalls nur eine möglichst kleine Angriffsfläche für Verwirbelungen geboten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Abdeckelement in einer Aufnahme an dem Laufradgehäuse und/oder dem Lagergehäuse angebracht. Die Aufnahme kann dabei eine Vertiefung oder ein Vorsprung sein, an der das Abdeck- element befestigt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Abdeckelement auch beispielsweise mittels Verschrauben oder dergleichen befestigt werden. Die Verschraubung ist dabei beispielsweise in einem Bereich vorgesehen, wo es nach Möglichkeit keine oder kaum Verwirbelungen gibt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Abdeckelement als ein Teil einer Wand eines Diffusors des Laufradgehäuses ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass hierbei der Wirkungsgrad des Laufradgehäuses im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird und das Abdeckelement eine Doppelfunktion aus Abdeckung der Köpfe der Zuganker und Bereitstellen einer Wand des Laufradgehäuses erfüllen kann. Hierdurch können Montage- und Herstellungskosten eingespart werden.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das
Abdeckelement beispielsweise ein Abdeckblech. Solche Abdeckbleche haben den Vorteil, dass sie leicht herzustellen sind und beispielsweise leicht umgeformt werden können, um wie zuvor beschrieben beispielsweise als Wand eines Diffusors eines Laufradgehäuses ausgebildet zu werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Abdeckelement beispielsweise ein Stopfenelement zum Abdecken wenigstens eines Kopfes eines Zugankers. Das Stopfenelement kann dabei die Form einer Kappe aufweisen, die den Schraubenkopf umgibt. Eine solche Kappe ist einfach in der Herstellung und lässt sich leicht montieren. In einer alternativen Ausführungsform kann das Stopfenelement auch eine Platte mit einem Vorsprung bzw. Stecker aufweisen, der in einen Kopf eines Zugankers einführbar ist. Die Platte kann dabei mit dem
Schraubenkopf abschließen oder über diesen zumindest teilweise oder vollständig hinaus stehen, um beispielsweise den Schraubenkopf und eine Senkung im Lagergehäuse zumindest teilweise oder vollständig abzudecken. Ein solches Stopfenelement kann ebenfalls leicht hergestellt und montiert werden. Das Stopfenelement kann dabei auch derart ausgebildet sein, dass die Platte nicht nur einen Vorsprung bzw. Stecker aufweist sondern mehrere, um auf diese Weise gleich mehrere Köpfe von Zugankern zu bedecken.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispie- Ie näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematischer Ausschnitt eines Turboladers mit einem Turboladergehäuse, bei dem das Gehäuse direkt verschraubt ist, gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein schematischer Ausschnitt eines Turboladers mit einem Turboladergehäuse, bei dem das Gehäuse mit einer Zugankerverschraubung versehen ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 ein Ausschnitt des Turboladers mit dem Turboladergehäuse gemäß Fig. 2, wobei das Verdichtergehäuse und das Lagergehäuse hierbei gezeigt ist, und
Fig. 4a, 4b Beispiele für ein Stopfenelement als Abdeckelement .
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
In Fig. 1 ist ein schematischer Ausschnitt eines Turbolader- gehäuses 10 gemäß dem Stand der Technik gezeigt, das Teil eines Turboladers ist (nicht dargestellt) . Das Turboladergehäuse 10 bzw. dessen Turbinengehäuse 28 ist dabei mit verhältnismäßig kurzen Schrauben 12 direkt an einem Lagergehäuse 14 angeschraubt. Das Lagergehäuse 14 weist hierzu an seinem dem Turboladergehäuse 10 gegenüberliegenden Ende einen Flansch 16 auf, an dem das Turboladergehäuse 10 mittels mehrerer Schrauben 12 festgeschraubt wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Schraubköpfe 18 der Schrauben 12 liegen dabei außerhalb des Lagergehäuses 14 und des Turbinengehäuses 10, so dass keine Verwirbelungen entstehen können, die zu einer Reduzierung des Wirkungsgrads führen. Allerdings hat diese Konstruktion den Nachteil, dass sie aufwendig zu montieren ist und keine Ver- schraubungssicherheit bietet, wie die Zugankerverschraubung. Dies wird auch deutlich bei dem folgenden Vergleich zwischen Zugankerverschraubung und Direktverschraubung.
Im Nachfolgenden ist eine Gegenüberstellung gezeigt von einer Zugankerverschraubung und einer Direktverschraubung. Als Zuganker wird dabei ein M6 Zuganker verwendet und als Schraube für die Direktverschraubung eine Sechskantschraube M6xl5.
Zuganker M6 Mittlere Temp. Anker 300 0C
Mittlere Temp. Lagergehäuse (LG) 280 0C RpO, 2 bei 3000C 540 N/mm2
Ausnutzung 1
Dehnlänge 50 mm E-Modul 210000 N/mm2
Wärmeausdehnungskoeffizient Anker 17,4 l/K
Wärmeausdehnungskoeffizient LG 13 l/K
Vorspannkraft 10854 N Längenänderung durch Fs 0,12857143 mm
Längenänderung durch Temp. 0,261 mm
Längenänderung LG durch Temp. 0,182 mm
Restdehnung 0,04957143 mm Restvorspannung 4184,82 N
Sechkantschraube M6xl5 (Direktverschraubung)
Mittlere Temp. Anker 500 0C Mittlere Temp. Lagergehäuse (LG) 320 0C
RpO, 2 bei 3000C 540 N/mm2
Ausnutzung 1
Dehnlänge 5 mm E-Modul 210000 N/mm2
Wärmeausdehnungskoeffizient Anker 17,4 l/K
Wärmeausdehnungskoeffizient LG 13 l/K
Vorspannkraft 10854 N Längenänderung durch Fs 0,01285714 mm
Längenänderung durch Temp. 0,0435 mm
Längenänderung LG durch Temp. 0,0208 mm
Restdehnung -0,00984286 mm Restvorspannung -8309,34 N
Aus der Bestimmung der einzelnen Parameter geht hervor, dass die Zugankerverschraubung (Schraubenkopfaufläge am verdich- terseitigen Flansch des Lagergehäuses, lange Schraube) nur einen geringen Vorspannverlust aufzeigt gegenüber einer Di- rektverschraubung mit kurzen Schrauben. Die Verbesserung wird über die insgesamt deutlich größere Dehnung und die geringere mittlere Temperatur des Zugankers erreicht. Die Direktver- schraubung (Schraubenkopfaufläge am turbinenseitigen Flansch des Lagergehäuses, kurze Schraube) braucht aufgrund der höheren Bauteiltemperaturen zusätzlich noch einen höherwertigen Schraubenwerkstoff .
In Fig. 2 ist nun ein schematischer Ausschnitt eines Turbola- ders 20 mit einem Turboladergehäuse 10 gezeigt, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Turbolader 20 weist dabei eine Turbowelle 22 auf, auf der auf einer Seite ein Turbinenrad 24 gelagert ist und auf der anderen Seite ein Verdichterrad 26. Die Turbowelle 22 ist dabei in einem Lagergehäuse 14 angeordnet. Das Turbinenrad 24 ist hierbei in einem Turbinengehäuse 28 angeordnet und entsprechend das Verdichterrad 26 in einem Verdichtergehäuse, wobei das Verdichtergehäuse aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht eingezeichnet wurde .
Im Gegensatz zum Stand der Technik, indem jeweils das Turbi- nengehäuse 28 und das Verdichtergehäuse mit dem Lagergehäuse 14 direkt verschraubt sind, ist gemäß der Erfindung eine Zug- ankerverschraubung 30 vorgesehen. Dabei wird das Turbinengehäuse 28 mit dem Lagergehäuse 14 an dessen dem Verdichtergehäuse gegenüberliegenden Endes (Schraubenkopfaufläge am ver- dichterseitigen Flansch des Lagergehäuses) über wenigstens eine oder mehrere Zugankerschrauben 32 verschraubt. Der Zuganker 32 benötigt dabei beispielsweise eine Senkung 34 im Lagergehäuse 14 in der sein Schraubenkopf 36 versenkt wird. Hierbei lässt es sich jedoch kaum vermeiden, den Zugankerkopf 36 im Bereich beispielsweise eines Verdichterdiffusors des
Verdichtergehäuses (nicht dargestellt) zu platzieren. Da dort Luft mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmt, kann es durch den Kopf 36 und seine Senkung 34 zu Verwirbelungen kommen. Diese Verwirbelungen können zu einer Verschlechterung des Verdichterwirkungsgrades führen.
Erfindungsgemäß wird daher der Kopf 36 des Zugankers 32 für die vorbeiströmende Luft abgedeckt, so dass Verwirblungen zumindest deutlich reduziert oder im Wesentlichen verhindert werden können. Ein Abdeckelement 38 kann dabei beispielsweise ein Abdeckblech 40 sein, das vor dem Kopf 36 des Zugankers 32 angeordnet wird und diesen zumindest teilweise oder vorzugsweise im Wesentlichen vollständig abdeckt. Hierzu kann eine entsprechende Aufnahme 42 in Form beispielsweise einer Ver- tiefung 44 indem Turboladergehäuse 10 vorgesehen sein, in der das Abdeckblech 40 eingelegt wird. Das Abdeckelement 38 kann dabei geschlossen ausgebildet sein oder kleine bzw. gerade noch ausreichend große Durchtrittsöffnungen für den Werkzeugeingriff des Zugankers 32 aufweisen.
Das Abdeckelement 38 kann beispielsweise gleichzeitig auch als Teil einer Wand 46 eines Diffusors 48 eines Verdichtergehäuses 50 ausgebildet sein, wie im nachfolgenden noch anhand von Fig. 3 erläutert wird. Dabei kann wenigstens ein Abdeckelement 38 vorgesehen werden, um alle Köpfe 36 der Zuganker 32 abzudecken oder mehrere Abdeckelemente 38, je nach baulichen Gegebenheiten. Das Abdeckelement 38 kann dabei symmet- risch, beispielsweise rotationssymmetrisch sein, je nach baulichen Gegebenheiten des Lagergehäuses 10 bzw. der Rumpfgruppe und des anschließenden Turbinen- oder Verdichtergehäuses 28, 50. Es muss aber nicht symmetrisch sein, sondern kann eine beliebige Form aufweisen.
Wahlweise oder zusätzlich kann der Kopf 36 des Zugankers 32 auch mit einem Stopfenelement 52 als Abdeckelement 38 abgedeckt werden. Zwei Beispiele solcher Stopfenelemente 52 sind in den nachfolgenden Fig. 4a und 4b dargestellt.
In Fig. 3 ist des Weiteren ein Ausschnitt des Turboladers 20 mit dem Turboladergehäuse 10 gemäß Fig. 2 gezeigt, wobei das Verdichtergehäuse 50 und das Lagergehäuse 14 hierbei dargestellt sind. Hierbei ist das Turbinengehäuse 28 über einen Zuganker 32 bzw. mehrere Zuganker 32 an einer dem Verdichtergehäuse 50 gegenüberliegenden Seite des Lagergehäuses 14 (Schraubenkopfaufläge am verdichterseitigen Flansch 54 des Lagergehäuse 14) verschraubt.
Um den Kopf 36 des Zugankers 32 abzudecken ist ein entsprechendes Abdeckelement 38 vorgesehen, das beispielsweise in einer Aufnahme 42 des Turboladergehäuses 10 bzw. der Rumpfbaugruppe aufgenommen ist. Wahlweise kann das Abdeckelement 38 aber auch zusätzlich befestigt sein, beispielsweise mit- tels Verschrauben oder dergleichen. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung.
Das Abdeckelement 38 ist hierbei beispielsweise ein Abdeckblech 40, das wie zuvor beschrieben derart geformt ist, dass es einen Teil einer Wand 46 des Diffusors 48 des Verdichtergehäuses 50 bildet. Auf diese Weise können Verwirbelungen, die sonst ohne das Abdeckelement 38 entstehen würden, verhindert oder deutlich reduziert werden. Im vorliegenden Fall können die Verwirbelungen soweit reduziert werden, dass sich kein negativer Einfluss auf den Wirkungsgrad ergibt.
In Fig. 4a und 4b sind zwei Beispiele für Stopfenelemente 52 als Abdeckelemente 38 gezeigt, wobei es für den Fachmann offensichtlich ist, dass es hier eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten gibt. Das erste Stopfenelement 38 in Fig. 4a ist beispielsweise in Form einer Kappe 56 ausgebildet, die den Schraubenkopf 36 umgibt. Die Kappe 56 kann dabei auch so ausgebildet sein, dass sie seitlich über den Kopf 36 des Zugankers 32 hinaussteht, wie mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, um zusätzlich beispielsweise die Senkung 34 im Lagergehäuse 14 zumindest teilweise oder vollständig abzudecken. Dabei ist auch denkbar, eine Art Band auszubilden, an der mehrere solcher Kappen 56 ausgebildet sind, um auf diese Weise eine Reihe von Köpfen 36 von Zugankerschrauben 32 abzudecken, wobei gleichzeitig die Senkung 34 im Lagergehäuse 14 zumindest teilweise oder vollständig abgedeckt werden kann.
Das zweite Stopfenelement 52 in Fig. 4b ist mit einer Platte 58 mit einem Vorsprung 60 bzw. Stecker ausgebildet, der in die Vertiefung 62 des jeweiligen Schraubenkopfs 36 eingeführt wird. Die Platte 58 des Stopfenelements 52 kann dabei über den Schraubenkopf 36 überstehen, um beispielsweise den Schraubenkopf 36 und die Senkung 34 im Lagergehäuse 14 zumindest teilweise oder vollständig abzudecken. Dabei ist auch denkbar, dass die Platte 58 des Stopfenelements 38 in Form eines Bandes ausgebildet ist, mit mehreren Vorsprüngen 60 und sich über mehrere Schraubköpfe 36 erstreckt. Alternativ kann das zweite Stopfenelement 38 statt dem Vorsprung 60 oder zusätzlich zu diesem mit einer Kappe 56 ausgebildet sein, wie mit einer gestrichelten Linie in Fig. 4b eingezeichnet ist.
Des Weiteren können auch Stopfenelemente 38 vorgesehen sein, die in die durch die Senkung 34 gebildeten Spalte 64 seitlich oder umlaufend an den Köpfen 36 eingeführt werden, um diese Spalte 64 abzudecken. Hierbei können die Köpfe 36 selbst mit einem Stopfenelement gemäß Fig. 4a oder 4b abgedeckt werden, wobei die Platte 58 des Stopfenelements 38 in Fig. 4b mit dem Kopf 36 der abzudeckenden Schraube 32 abschließen kann.
Die zuvor beschriebenen Abdeckelemente 38 können beispiels- weise aus Metall bzw. Blech hergestellt werden. Insbesondere auf der Verdichterseite ist grundsätzlich auch denkbar, die Abdeckelemente 38 beispielsweise aus einem geeigneten Gummi bzw. Hartgummi oder Kunststoff herzustellen, da die Verdichterseite nicht so heiß wird wie die Turbinenseite.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind da- bei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon .
Insbesondere lassen sich alle zuvor beschriebenen Ausführungsformen sowohl auf das Verdichtergehäuse 50 wie auch auf das Turbinengehäuse 28 anwenden. Das bedeutet, dass nicht nur das Turbinengehäuse 28 über eine Zugankerverschraubung 30 an dem Lagergehäuse 10 befestigt werden kann, wobei wenigstens ein entsprechendes Abdeckelement 38 vorgesehen ist, zum Abdecken der Köpfe 36 der Zuganker 32. Sondern sich die Zuganker- verschraubung 30 und das Vorsehen des Abdeckelements 38 entsprechend auch auf das Verdichtergehäuse 50 übertragen lässt. So lässt sich das Verdichtergehäuse 50 ebenso mit dem Lagergehäuse 10 über eine Zugankerverschraubung 30 verschrauben, wie das Turbinengehäuse 28 in den Fig. 2 und 3.

Claims

Patentansprüche
1. Turbolader (20) mit einem Turboladergehäuse (10), wobei das Turboladergehäuse (10) ein Lagergehäuse (14) und wenigs- tens ein Laufradgehäuse (28, 50) aufweist und wobei das Lagergehäuse (14) und das Laufradgehäuse (28, 50) mittels einer Zugankerverschraubung (30, 32) verschraubt sind, und wobei wenigstens ein Kopf (36) eines Zugankers (32) der Zugankerverschraubung (30) mit einem Abdeckelement (38) abgedeckt ist.
2. Turbolader nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Laufradgehäuse ein Turbinengehäuse (28) und/oder ein Verdichtergehäuse (50) ist.
3. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Abdeckelement (38) einen, mehrere oder alle Köpfe (36) der Zuganker (32) der Zugankerverschraubung (30) zumindest teilweise oder vollständig abdeckt.
4. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Abdeckelement (38) zumindest teilweise oder vollständig geschlossen ausgebildet ist.
5. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Abdeckelement (38) Durchtrittsöffnungen aufweist, die gerade ausreichend sind für den Werkzeugeingriff eines zugeordneten Zugankers (32).
6. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Abdeckelement (38) in einer Aufnahme (42) an dem Laufradgehäuse (28, 50) und/oder dem Lagergehäuse (14) angebracht ist.
7. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Abdeckelement (38) einen Teil einer Wand (46) eines Dif- fusors (48) des Laufradgehäuses (50) bildet.
8. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Abdeckelement (38) beispielsweise ein Abdeckblech (40) ist.
9. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Abdeckelement (38) ein Stopfenelement (52) ist zum Abdecken eines Kopfes (36) eines Zugankers (32).
10. Turbolader nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Stopfenelement (32) die Form einer Kappe (56) auf- weist, die den Schraubenkopf (36) umgibt.
11. Turbolader nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Stopfenelement (32) eine Platte (58) mit einem Vor- sprung (60) aufweist, der in einen Kopf (36) eines Zugankers (32) einführbar ist, wobei die Platte (58) mit dem Schraubenkopf (36) abschließen oder über diesen hinausstehen kann, um beispielsweise den Schraubenkopf (36) und eine Senkung (34) im Lagergehäuse (28, 50) zumindest teilweise oder vollständig abzudecken.
12. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Abdeckelement (38) aus Metall bzw. eine Metalllegie- rung, Kunststoff und/oder Gummi, beispielsweise Hartgummi, besteht oder dieses zumindest aufweist.
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