EP2379864A1 - Verbindungsanordnung eines turbinengehäuses mit einem lagergehäuse und abgasturbolader - Google Patents

Verbindungsanordnung eines turbinengehäuses mit einem lagergehäuse und abgasturbolader

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Publication number
EP2379864A1
EP2379864A1 EP10701316A EP10701316A EP2379864A1 EP 2379864 A1 EP2379864 A1 EP 2379864A1 EP 10701316 A EP10701316 A EP 10701316A EP 10701316 A EP10701316 A EP 10701316A EP 2379864 A1 EP2379864 A1 EP 2379864A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
bearing housing
heat shield
turbine housing
turbine
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Withdrawn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
EP10701316A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Siegfried Delitz
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.)
IHI Charging Systems International GmbH
Original Assignee
IHI Charging Systems International 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 IHI Charging Systems International GmbH filed Critical IHI Charging Systems International GmbH
Publication of EP2379864A1 publication Critical patent/EP2379864A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/24Heat or noise insulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-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
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/60Assembly methods
    • F05D2230/64Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
    • F05D2230/642Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation

Definitions

  • the invention relates to a connection arrangement of a turbine housing with a bearing housing of an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 1 and an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 10.
  • FIG. 1 shows a connection arrangement 10 of a turbine housing 14 with a bearing housing 12 of an exhaust gas turbocharger.
  • the turbine housing 14 is centered on the bearing housing 12 by means of a centering collar 21.
  • the sealing of the joint 19 is realized such that the turbine housing 14 and the bearing housing 12 with a heat shield 18 form a seal assembly 20, whereby leakage of a turbine, not shown in the turbine housing 14 driving exhaust gas is prevented from the exhaust gas turbocharger out into the environment.
  • this seal assembly between the turbine housing 14, bearing housing 12 and heat shield 18 is denoted by the reference numeral 20.
  • the illustrated sealing arrangement 20 also realizes positioning of the heat shield 18 by axial and radial contact with the turbine housing 14.
  • the heat shield 18 has the purpose of avoiding or at least reducing excessive heat input from the hot exhaust gas flowing through the turbine housing 14 into the bearing housing 12.
  • the bearing housing 12 made of the material gray cast iron and the turbine housing 14 are made of the material cast steel, the turbine housing has a higher thermal expansion coefficient. This results in the disadvantage of the prior art shown in Fig. 1, which takes place due to the different thermal expansion coefficients, a different thermal expansion of the two housings.
  • the different thermal expansions of the housing are reinforced by the fact that due to the unfavorable positioning of the heat shield 18, the turbine housing 14 heats up more than the bearing housing 12.
  • Such a connection arrangement according to the invention of a turbine housing with a bearing housing of an exhaust gas turbocharger in which the turbine housing and the Bearing housing centered with each other and are connected to each other in the region of a joint via a seal assembly, and in which a heat shield is provided between the turbine housing and the bearing housing, provides that in the heat shield at least one recess for a centering means is provided, through which the turbine housing and the bearing housing are centered directly with each other.
  • Such an arrangement allows advantageous positioning of the heat shield and the seal assembly, thereby preventing gas leakage.
  • no exhaust gas flowing through the turbine housing and driving a turbine of the exhaust gas turbocharger can flow out of the exhaust gas turbocharger into the environment through an exhaust gas aftertreatment system without being cleaned.
  • the exhaust gas remains in the exhaust gas turbocharger and is passed through a corresponding exhaust gas piping to the exhaust gas aftertreatment system, where it is cleaned and only then flows through an exhaust into the environment.
  • connection arrangement it is also possible to center the turbine housing and the bearing housing together. As a result, a better radial alignment of the housing is ensured to each other, whereby a risk of tarnishing of the turbine wheel of the exhaust gas turbocharger is reduced.
  • a plurality of recesses for a centering means are provided in the heat shield.
  • only one recess is provided, which, however, would then have to extend over a relatively large portion of the circumference of the heat shield in order to allow sufficient centering by the centering means.
  • the centering means is preferably a centering collar, wherein according to the invention the bearing housing and the turbine housing are centered with each other by means of an outer circumferential surface of the bearing housing and a corresponding inner lateral surface of the turbine housing. Nonetheless, alternative centering means and / or a reversal of the described inner circumferential surface to outer circumferential surface reference are conceivable.
  • the at least one recess of the heat shield is formed as an at least partially circumferential gap in the radial outer surface of the heat shield. As already mentioned, this gap should run around the largest possible portion of the circumference of the heat shield in order to achieve a very good centering.
  • the heat shield has a plurality of recesses in the form of a respective partially circumferential gap in its radial lateral surface. This is advantageous insofar as on the one hand a very good centering of the housing is made possible by these recesses, on the other hand, the heat shield has a further good stability.
  • connection arrangement such that the heat shield has at least one, but in an advantageous embodiment, a plurality of connecting webs, a body of the heat shield, which represents a cylinder-like part of the heat shield, connects with a brim-shaped part of the heat shield, wherein the brim-shaped part with corresponding surfaces of the turbine housing and the bearing housing forms the seal assembly.
  • the described positioning and Zentrier serve to the individual components in addition to the mentioned advantageous radial and extremely advantageous axial alignment of the components, and in particular of the turbine housing and the bearing housing realized, whereby the risk of tarnishing of the turbine wheel is further reduced.
  • the sealing arrangement of the described brim-shaped part of the heat shield and from corresponding surfaces of the turbine housing and bearing housing within, in particular centrally, of a region arranged by an axial extension of a connecting device between the bearing housing and the turbine housing in the direction of Bearing housing is defined on the one hand and in the direction of the turbine housing on the other.
  • This connecting device is designed, for example, as a clamp and in particular as a V band clamp. If the described sealing arrangement is positioned as described, this results in the advantage that a gas leakage and thus leakage of unpurified exhaust gas into the environment is avoided.
  • the bearing housing is made of a different material than the turbine housing. If the bearing housing, for example, gray cast iron, and the turbine housing consists of cast steel, so the turbine housing has a higher coefficient of thermal expansion. This has the consequence that both housings expand to different extents, whereby a connecting joint between the two connected housings, which actually by the connecting device, d. H. the V-band clamp, to be kept low, gets bigger. This is reinforced by a different degree of heating of the housing.
  • a heat shield of the heat shield from the bearing housing over the turbine housing through which the hot exhaust turbine housing is significantly improved by the positioning of the seal assembly according to the invention, whereby it does not come to large different thermal expansion of the housing, as is the case for example in conventional connection arrangements.
  • connection arrangement according to the invention is not restricted to single-flow turbine housings, but can also be used with multi-flow turbine housings. Furthermore, the use is also possible with housing parts made of materials other than those mentioned.
  • the bearing housing on Freimachitch that provide space for the at least one connecting web of the heat shield.
  • connection arrangement according to the invention can also be used, for example, in multi-part housings, in particular bearing housings.
  • connection arrangement according to the invention in an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine proves to be extremely advantageous because unwanted emissions of unpurified exhaust gas and thus additional pollution of the environment, for example due to increased NO x emissions, can be avoided.
  • Fig. 1 is a perspective view and a longitudinal sectional view of a
  • FIG. 2 is a perspective view and a longitudinal sectional view of a
  • Fig. 3 is a perspective view and another longitudinal sectional view of
  • FIG. 1 shows a connection arrangement of a turbine housing with a bearing housing of an exhaust gas turbocharger according to the prior art, in which a heat shield and thus a seal assembly from the bearing housing, the turbine housing and the heat shield in the axial direction to the turbine housing is positioned and thus outside a connecting device 2 shows a connection arrangement of a turbine housing with a bearing housing of an exhaust gas turbocharger, in which said seal arrangement is positioned centrally to a connecting element and thus to the housings.
  • Fig. 3 shows the connection arrangement of Fig. 2, wherein the longitudinal section lies in another plane of the connection arrangement, whereby further aspects of the connection arrangement of Fig. 2 are shown.
  • Fig. 2 shows a connection arrangement 30, in which a bearing housing 12 'with a turbine housing 14' by means of a connecting device in the form of a V-band clamp 16 'are interconnected.
  • a heat shield 18 ' is arranged, which on the one hand serves the purpose of shielding a large heat due to a hot, the turbine housing 14' flowing through and an unillustrated turbine exhaust gas from the bearing housing 12 * ,
  • This task is largely realized by a cylindrical main part 36 of the heat shield 18 '.
  • the heat shield 18 forms a sealing arrangement 20 "via a brim-shaped part 38 with the bearing housing 12" and the turbine housing 14', which seals a connecting joint 19 'as a result of connecting the bearing housing 12' to the turbine housing 14 ' that the turbine housing 14 'flowing unpurified exhaust gas does not escape into the environment, but via a corresponding Exhaust piping is guided to an exhaust aftertreatment system in an exhaust system and cleaned there.
  • a positioning of the seal arrangement 20' is possible such that the seal arrangement 20 'is arranged centrally in an area which is defined by an axial extent of the V band clamp 16' in the direction of the bearing housing 14 On the one hand and in the direction of the turbine housing 12 'on the other hand defined. This described range is illustrated by the lines 40 and 41.
  • the heat shield of the heat shield 18 is improved by an enlargement of the cylindrical portion 36 of the heat shield 18 '.
  • connection arrangement 30 shown in FIG. 2 is optimized by the connection arrangement 30 shown in FIG. 2.
  • a centering of the bearing housing 12 'with the turbine housing 14' takes place in the connection arrangement 30 of FIG. 2 via a centering surface 32 of the bearing housing 12 'with a corresponding not shown in this illustration, centering surface of the turbine housing.
  • the heat shield 18 "openings 42 in the form of each of a partially circumferential gap in its radial lateral surface, ie the cylindrical part 36, on.
  • the heat shield has connecting webs 34, which each lead through a corresponding franking of the bearing housing.
  • a centering of the heat shield 18 ' is realized by means of a shoulder 37 of the turbine housing 14'.
  • the said components are not only optimally set axially, but also radially.
  • the radial attachment of the heat shield 18 ' may also be otherwise, for example, by a corresponding shoulder or collar not in the turbine housing 14 ', but in the bearing housing 12' done.
  • FIG. 3 shows the connection arrangement 30 from FIG. 2, likewise in a perspective and in a longitudinal sectional view, wherein in FIG. 3 further aspects of the connection arrangement 30 are illustrated by the different guidance of the section described with reference to FIG.
  • the longitudinal sectional view in Fig. 3 first contemplates the impression that the heat shield 18 'is formed in two parts, wherein a part through the cylindrical part 36 of the heat shield 18' and the second part through the brim-shaped part 38 of the heat shield 18 'is shown.
  • This bipartite nature of the heat shield 18 'could be a tribute to the intended described centering of the housings while positioning the seal assembly 20' in the middle of the region of the V-band clip 16 'delimited by the lines 40 and 41.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (30) eines Turbinengehäuses (14') mit einem Lagergehäuse (12') eines Abgasturboladers, bei welcher das Turbinengehäuse (14') und das Lagergehäuse (12') miteinander zentriert und im Bereich einer Verbindungsfuge (19') über eine Dichtungsanordnung (20') miteinander verbunden sind, und bei welcher zwischen dem Turbinengehäuse (14') und dem Lagergehäuse (12") ein Hitzeschild (18') vorgesehen ist, wobei in dem Hitzeschild (18') wenigstens eine Aussparung (42) für ein Zentriermittel (32) vorgesehen ist, durch welches das Turbinengehäuse (14') und das Lagergehäuse (12') unmittelbar miteinander zentriert sind, sowie einen Abgasturbolader.

Description

Verbindungsanordnung eines Turbinengehäuses mit einem Lagergehäuse und
Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines Turbinengehäuses mit einem Lagergehäuse eines Abgasturboladers nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und einen Abgasturbolader nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Eine solche Verbindungsanordnung ist bereits bekannt und in Fig. 1 dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Verbindungsanordnung 10 eines Turbinengehäuses 14 mit einem Lagergehäuse 12 eines Abgasturboladers. Dabei ist das Turbinengehäuse 14 auf dem Lagergehäuse 12 mittels eines Zentrierbundes 21 zentriert.
Beim Verbinden der beiden Gehäuse mittels einer V-Bandschelle 16 entsteht naturgemäß eine Verbindungsfuge 19, die einer Abdichtung bedarf.
Die Abdichtung der Verbindungsfuge 19 ist derart realisiert, dass das Turbinengehäuse 14 und das Lagergehäuse 12 mit einem Hitzeschild 18 eine Dichtungsanordnung 20 bilden, wodurch ein Austreten eines eine nicht dargestellte Turbine im Turbinengehäuse 14 antreibendes Abgases aus dem Abgasturbolader hinaus in die Umwelt verhindert wird.
In Fig. 1 ist diese Dichtungsanordnung zwischen Turbinengehäuse 14, Lagergehäuse 12 und Hitzeschild 18 mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet. Durch die dargestellte Dichtungsanordnung 20 wird auch eine Positionierung des Hitzeschilds 18 durch ein axiales und radiales Anliegen am Turbinengehäuse 14 realisiert. Darüber hinaus hat das Hitzeschild 18 den Zweck, einen übermäßigen Hitzeeintrag vom das Turbinengehäuse 14 durchströmende heiße Abgas in das Lagergehäuse 12 zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
Aufgrund der Tatsache, dass das Lagergehäuse 12 aus dem Werkstoff Grauguss und das Turbinengehäuse 14 aus dem Werkstoff Stahlguss hergestellt sind, weist das Turbinengehäuse einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Hieraus ergibt sich der Nachteil des in Fig. 1 dargestellten Stands der Technik, das aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der beiden Gehäuse stattfindet.
Aufgrund der Positionierung des Hitzeschilds 18 mehr in axialer Richtung zum Turbinengehäuse 14 hin, wodurch die Dichtungsanordnung 20 nicht mittig zur V- Bandschelle 16 liegt, kann bei extremen Temperaturunterschieden in Folge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Gehäuse ein Spalt, den die V-Bandschelle unzureichend oder gar nicht ausgleichen kann. Die Folge kann eine Gasleckage sein, und Abgase können aus dem Abgasturbolader in die Umwelt austreten.
Des Weiteren werden die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Gehäuse dadurch verstärkt, dass sich aufgrund der ungünstigen Positionierung des Hitzeschilds 18 das Turbinengehäuse 14 stärker aufheizt als das Lagergehäuse 12.
Weiterhin kann es aufgrund dieses höheren Hitzeeintrags zu einer Wölbung der in der Dichtungsanordnung 20 in Kontakt stehenden Flächen des Hitzeschilds 18 kommen, was in einer Gasleckage resultiert.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Gasleckage vermieden und gleichzeitig eine Zentrierung der beiden Gehäuse miteinander möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine solche erfindungsgemäße Verbindungsanordnung eines Turbinengehäuses mit einem Lagergehäuse eines Abgasturboladers, bei welcher das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse miteinander zentriert und im Bereich einer Verbindungsfuge über eine Dichtungsanordnung miteinander verbunden sind, und bei welcher zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse ein Hitzeschild vorgesehen ist, sieht vor, dass in dem Hitzeschild wenigstens eine Aussparung für ein Zentriermittel vorgesehen ist, durch welches das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse unmittelbar miteinander zentriert sind.
Eine derartige Anordnung ermöglicht eine vorteilhafte Positionierung des Hitzeschildes und der Dichtungsanordnung, wodurch eine Gasleckage verhindert wird. Somit kann kein das Turbinengehäuse durchströmendes und eine Turbine des Abgasturboladers antreibendes Abgas aus dem Abgasturbolader hinaus in die Umwelt durch eine Abgasnachbehandlungsanlage ungereinigt ausströmen. Das Abgas verbleibt im Abgasturbolader und wird durch eine entsprechende Abgasverrohrung zu der Abgasnachbehandlungsanlage weitergeleitet, wo es gereinigt wird und erst dann über einen Auspuff in die Umwelt ausströmt.
Bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung ist es weiterhin möglich, das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse miteinander zu zentrieren. Dadurch ist eine bessere radiale Ausrichtung der Gehäuse zueinander gewährleistet, wodurch eine Gefahr eines Anlaufens des Turbinenrads des Abgasturboladers reduziert wird.
Bevorzugterweise sind in dem Hitzeschild mehrere Aussparungen für ein Zentriermittel vorgesehen. Ebenfalls ist aber denkbar, dass nur eine Aussparung vorgesehen ist, die dann allerdings sich über einen relativ großen Abschnitt des Umfangs des Hitzeschilds erstrecken müsste, um eine hinreichende Zentrierung durch das Zentriermittel zu ermöglichen.
Bei dem Zentriermittel handelt es sich bevorzugterweise um einen Zentrierbund, wobei erfindungsgemäß das Lagergehäuse und das Turbinengehäuse mittels einer Außenmantelfläche des Lagergehäuses und einer korrespondierenden Innenmantelfläche des Turbinengehäuses miteinander zentriert sind. Alternative Zentriermittel und/oder eine Umkehrung des beschriebenen Innenmantelflächen- zu Außenmantelflächenbezugs ist nichtsdestoweniger denkbar.
Für eine sehr gute Zentrierung ist es dementsprechend anzustreben, dass möglichst große Teile der Außenmantelfläche und der Innenmantelfläche in Kontakt zueinander stehen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Verbindungsanordnung ist daher die wenigstens eine Aussparung des Hitzeschildes als zumindest teilweise umlaufender Spalt in der radialen Mantelfläche des Hitzeschildes ausgebildet. Wie schon erwähnt, sollte dieser Spalt um einen möglichst großen Abschnitt des Umfangs des Hitzeschilds umlaufen, um eine sehr gute Zentrierung zu erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Hitzeschild mehrere Aussparungen in Form jeweils eines teilweise umlaufenden Spalts in seiner radialen Mantelfläche auf. Dies ist insofern vorteilbehaftet, als dass einerseits eine sehr gute Zentrierung der Gehäuse durch diese Aussparungen ermöglicht ist, andererseits weist das Hitzeschild eine weiterhin gute Stabilität auf.
Die erwähnte Stabilität des Hitzeschildes bei gleichzeitiger sehr guter Gestaltung einer Dichtungsanordnung mit einer sehr guten Dichtwirkung zur Verhinderung einer Gasleckage ist bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung derart realisiert, dass das Hitzeschild zumindest einen, in einer vorteilhaften Ausführungsform aber mehrere Verbindungsstege aufweist, die einen Grundkörper des Hitzeschilds, der einen zylinderartigen Teil des Hitzeschildes darstellt, mit einem krempenförmigen Teil des Hitzeschilds verbindet, wobei der krempenförmige Teil mit korrespondierenden Flächen des Turbinengehäuses bzw. des Lagergehäuses die Dichtungsanordnung bildet.
Durch diese Ausgestaltungsform ist einerseits eine sehr gute Abschirmung der Hitze vom Lagergehäuse durch das Hitzeschild erreicht, andererseits ist eine sehr gute Dichtwirkung erzielt.
Um diese Effekte der Abdichtung und der Abschirmung weiter positiv zu beeinflussen, ist eine definierte Positionierung und/oder Zentrierung des Hitzeschilds im Turbinengehäuse oder im Lagergehäuse von Nöten. Dies ist erfindungsgemäß durch einen Absatz des jeweiligen Gehäuses realisiert, mittels welchem das Hitzeschild zentriert ist.
Durch die beschriebenen Positionier- und Zentriermöglichkeiten der einzelnen Bauteile ist neben der erwähnten vorteilhaften radialen auch eine äußerst vorteilhafte axiale Ausrichtung der Bauteile, und insbesondere des Turbinengehäuses und des Lagergehäuses realisiert, wodurch die Gefahr des Anlaufens des Turbinenrads weiter gesenkt wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtungsanordnung aus dem beschriebenen krempenförmigen Teil des Hitzeschilds und aus korrespondierenden Flächen von Turbinengehäuse und Lagergehäuse innerhalb, insbesondere mittig, eines Bereichs angeordnet, der durch eine axiale Ausdehnung einer Verbindungsvorrichtung zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse in Richtung des Lagergehäuses einerseits und in Richtung des Turbinengehäuses andererseits definiert ist.
Diese Verbindungsvorrichtung ist beispielsweise als eine Schelle und insbesondere als eine V-Bandschelle ausgebildet. Ist nun die beschriebene Dichtungsanordnung wie beschrieben positioniert, ergibt sich daraus der Vorteil, dass eine Gasleckage und damit Austreten von ungereinigtem Abgas in die Umwelt vermieden wird.
Der Grund einer derartigen Gasleckage liegt darin, dass das Lagergehäuse aus einem anderen Werkstoff gefertigt ist als das Turbinengehäuse. Besteht das Lagergehäuse beispielsweise aus Grauguss, und besteht das Turbinengehäuse aus Stahlguss, so weist das Turbinengehäuse einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Dies hat zur Folge, dass sich beide Gehäuse unterschiedlich stark ausdehnen, wodurch eine Verbindungsfuge zwischen den beiden verbundenen Gehäusen, die eigentlich durch die Verbindungsvorrichtung, d. h. die V-Bandschelle, gering gehalten werden soll, größer wird. Dies wird verstärkt durch eine unterschiedlich starke Erwärmung der Gehäuse.
Aufgrund der beschriebenen, bevorzugterweise mittigen Positionierung der Dichtungsanordnung bezüglich der Verbindungsvorrichtung werden unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Gehäuse vermieden, wodurch eine Gasleckage und dadurch eine unerwünschte Verschmutzung der Umwelt verhindert wird. Gleichzeitig ist aber dennoch wie beschrieben eine Zentrierung des Lagergehäuses und des Turbinengehäuses miteinander durch Aussparungen im Hitzeschild ermöglicht.
Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Positionierung der Dichtungsanordnung eine Hitzeabschirmung des Hitzeschildes vom Lagergehäuse gegenüber dem von dem heißen Abgas durchströmten Turbinengehäuse deutlich verbessert, wodurch es erst gar nicht zu großen unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Gehäuse kommt, wie es beispielsweise bei herkömmlichen Verbindungsanordnungen der Fall ist.
Nichtsdestoweniger ist eine Gefahr eines Wölbens der korrespondierenden Dichtflächen in der Dichtungsanordnung, was eine Gasleckage zur Folge hätte, deutlich herabgesetzt. Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung beschränkt sich dabei nicht auf einflutige Turbinengehäuse, sondern ist durchaus auch bei mehrflutigen Turbinengehäusen einsetzbar. Weiterhin ist der Einsatz auch bei Gehäuseteilen aus anderen Werkstoffen als den genannten möglich.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Lagergehäuse Freimachungen auf, die Platz für den zumindest einen Verbindungssteg des Hitzeschilds bieten. Dadurch ist die Positionierung des Hitzeschilds weiter positiv beeinflusst.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist, dass die Kosten im Vergleich zu einer konventionellen Verbindungsanordnung wenig bis nicht negativ beeinflusst werden, denn so sind alle vorteilhaften Ausführungsformen ohne kostenintensive und/oder zusätzliche Herstellungsschritte realisierbar. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung auch beispielsweise bei mehrteiligen Gehäusen, insbesondere Lagergehäusen, Verwendung finden kann.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung in einem Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine erweist sich als äußerst vorteilhaft, denn so lassen sich unerwünschte Emissionen ungereinigten Abgases und damit eine zusätzliche Verschmutzung der Umwelt, beispielsweise durch eine erhöhte NOx-Emission, vermeiden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Figuren zeigen in:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht und eine Längsschnittansicht einer
Verbindungsanordnung gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht und eine Längsschnittansicht einer
Verbindungsanordnung eines Turbinengehäuses mit einem Lagergehäuse und
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht und eine andere Längsschnittansicht der
Verbindungsanordnung aus Fig. 2.
Während Fig. 1 eine Verbindungsanordnung eines Turbinengehäuses mit einem Lagergehäuse eines Abgasturboladers gemäß dem Stand der Technik zeigt, bei der ein Hitzeschild und damit eine Dichtungsanordnung aus dem Lagergehäuse, dem Turbinengehäuse und dem Hitzeschild in axialer Richtung zum Turbinengehäuse hin und damit außerhalb einer Verbindungsvorrichtung positioniert ist, zeigt Fig. 2 eine Verbindungsanordnung eines Turbinengehäuses mit einem Lagergehäuse eines Abgasturboladers, bei dem besagte Dichtungsanordnung mittig zu einem Verbindungselement und damit zu den Gehäusen positioniert ist. Fig. 3 zeigt die Verbindungsanordnung aus Fig. 2, wobei der Längsschnitt in einer anderen Ebene der Verbindungsanordnung liegt, wodurch weitere Aspekte der Verbindungsanordnung aus Fig. 2 dargestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine Verbindungsanordnung 30, bei der ein Lagergehäuse 12' mit einem Turbinengehäuse 14' mittels einer Verbindungsvorrichtung in Form einer V-Bandschelle 16' miteinander verbunden sind.
Zwischen dem Lagergehäuse 12' und dem Turbinengehäuse 14' ist ein Hitzeschild 18' angeordnet, das zum einen den Zweck erfüllt, eine große Hitze in Folge eines heißen, das Turbinengehäuse 14' durchströmenden und ein nicht dargestelltes Turbinenrad antreibenden Abgases von dem Lagergehäuse 12* abzuschirmen.
Diese Aufgabe wird größtenteils durch einen zylinderförmigen Hauptteil 36 des Hitzeschilds 18' realisiert.
Auf der anderen Seite bildet das Hitzeschild 18' über einen krempenförmigen Teil 38 mit dem Lagergehäuse 12" und dem Turbinengehäuse 14' eine Dichtungsanordnung 20", die eine Verbindungsfuge 19' in Folge des Verbindens des Lagergehäuses 12' mit dem Turbinengehäuse 14' abzudichten, damit das das Turbinengehäuse 14' durchströmende ungereinigte Abgas nicht in die Umwelt austritt, sondern über eine entsprechende Abgasverrohrung zu einer Abgasnachbehandlungsanlage in einem Abgastrakt geführt und dort gereinigt wird.
Aufgrund der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung des Hitzeschilds 18' ist eine Positionierung der Dichtungsanordnung 20' derart möglich, dass die Dichtungsanordnung 20' mittig in einem Bereich angeordnet ist, der durch eine axiale Ausdehnung der V- Bandschelle 16' in Richtung des Lagergehäuses 14' einerseits und in Richtung des Turbinengehäuses 12' andererseits definiert ist. Dieser beschriebene Bereich ist durch die Linien 40 und 41 verdeutlicht.
Durch die derartige Positionierung der Dichtungsanordnung 20' ist eine Dichtwirkung dieser Dichtungsanordnung 20' aus korrespondierenden Dichtflächen des Hitzeschilds 18', des Lagergehäuses 12' und des Turbinengehäuses 14" deutlich erhöht, da unterschiedliche Wärmedehnungen des Lagergehäuses 12' und des Turbinengehäuses 14' aufgrund unterschiedlicher Werkstoffe nicht auftreten können.
Darüber hinaus ist auch die Hitzeabschirmung des Hitzeschilds 18 durch eine Vergrößerung des zylindrischen Teils 36 des Hitzeschilds 18' verbessert.
Zudem ist durch die in Fig. 2 gezeigte Verbindungsanordnung 30 die radiale Ausrichtung der Gehäuse optimiert.
Eine Zentrierung des Lagergehäuses 12' mit dem Turbinengehäuse 14' erfolgt bei der Verbindungsanordnung 30 aus Fig. 2 über eine Zentrierfläche 32 des Lagergehäuses 12' mit einer in dieser Darstellung nicht dargestellten korrespondierenden Zentrierfläche des Turbinengehäuses. Wie zu sehen ist, weist das Hitzeschild 18" Durchbrüche 42 in Form je eines teilweise umlaufenden Spalts in seiner radialen Mantelfläche, also dem zylinderförmigen Teil 36, auf.
Zur Verbindung des krempenförmigen Teils 38 mit dem zylinderförmigen Teil 36 des Hitzeschilds 18" weist das Hitzeschild Verbindungsstege 34 auf, die jeweils durch eine korrespondierende Freimachung des Lagergehäuses führen.
Eine Zentrierung des Hitzeschilds 18' ist mittels eines Absatzes 37 des Turbinengehäuses 14' realisiert. Somit sind die genannten Bauteile nicht nur optimal axial, sondern auch radial festgelegt. Alternativ kann die radiale Festlegung des Hitzeschilds 18' auch anderweitig, beispielsweise durch einen entsprechenden Absatz bzw. Bund nicht im Turbinengehäuse 14', sondern im Lagergehäuse 12', geschehen.
Die Zentrierung der Gehäuse ist in Fig. 2 nicht dargestellt, da der dargestellte Schnitt durch einen Verbindungssteg 34 führt.
Die Zentrierung des Lagergehäuses 12' mit dem Turbinengehäuse 14' ist in Fig. 3 dargestellt, in der der Längsschnitt durch eine Zentrierfläche 32 führt.
Fig. 3 zeigt die Verbindungsanordnung 30 aus Fig. 2, ebenfalls in einer perspektivischen und in einer Längsschnittansicht, wobei in Fig. 3 durch die beschriebene zu Fig. 2 unterschiedliche Führung des Schnitts weitere Aspekte der Verbindungsanordnung 30 verdeutlicht werden.
In der Längsschnittansicht in Fig. 3 nun zu sehen ist die Zentrierung des Lagergehäuses 12' mit dem Turbinengehäuse 14' über die Zentrierfläche 32 des Lagergehäuses, die als Außenmantelfläche ausgebildet ist und die mit einer korrespondierenden Innenmantelfläche des Turbinengehäuses 14' in Kontakt steht. Die Zentrierung der beiden Gehäuse erfolgt also über einen Zentrierbund.
Die Längsschnittansicht in Fig. 3 erwägt zunächst den Eindruck, dass das Hitzeschild 18' zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein Teil durch den zylinderförmigen Teil 36 des Hitzeschilds 18' und der zweite Teil durch den krempenförmigen Teil 38 des Hitzeschilds 18' dargestellt ist. Diese Zweiteiligkeit des Hitzeschilds 18' könnte der Tribut an die gewollte beschriebene Zentrierung der Gehäuse sein bei gleichzeitiger Positionierung der Dichtungsanordnung 20' in der Mitte des durch die Linien 40 und 41 begrenzten Bereichs der V-Bandschelle 16'.
Erst in Kombination mit der Längsschnittansicht aus Fig. 2 wird allerdings klar, dass eine Zweiteiligkeit des Hitzeschilds 18' nicht von Nöten ist und trotzdem die beschriebene Positionierung zusammen mit der beschriebenen Zentrierung beibehalten werden kann.
Dies ist in der beschriebenen Art und Weise durch die Durchbrüche 42 des Hitzeschilds 18', durch die Verbindungsstege 34 und durch die korrespondierenden Freimachungen am Lagergehäuse 12' ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
1. Verbindungsanordnung (30) eines Turbinengehäuses (14') mit einem Lagergehäuse (12') eines Abgasturboladers, bei welcher das Turbinengehäuse (14') und das Lagergehäuse (12') miteinander zentriert und im Bereich einer Verbindungsfuge (19') über eine Dichtungsanordnung (20') miteinander verbunden sind, und bei welcher zwischen dem Turbinengehäuse (14') und dem Lagergehäuse (12') ein Hitzeschild (18') vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hitzeschild (18') wenigstens eine Aussparung (42) für ein Zentriermittel (32) vorgesehen ist, durch welches das Turbinengehäuse (14') und das Lagergehäuse (12') unmittelbar miteinander zentriert sind.
2. Verbindungsanordnung (30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aussparung (42) als zumindest teilweise umlaufender Spalt (42) in der radialen Mantelfläche (36) des Hitzeschilds (18') ausgebildet ist.
3. Verbindungsanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild (18") mittels eines Absatzes (37) des Turbinengehäuses (141) oder des Lagergehäuses (12') zentriert ist.
4. Verbindungsanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (12') und das Turbinengehäuse (14') mittels einer Außenmantelfläche des Lagergehäuses (12') und einer korrespondierenden Innenmantelfläche des Turbinengehäuses (14') miteinander zentriert sind.
5. Verbindungsanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (20') innerhalb, insbesondere mittig, eines Bereichs angeordnet ist, der durch eine axiale Ausdehnung einer Verbindungsvorrichtung (16') zwischen dem Lagergehäuse (12') und dem Turbinengehäuse (14') in Richtung des Lagergehäuses (12') einerseits (40) und in Richtung des Turbinengehäuses (14') andererseits (41) definiert ist.
6. Verbindungsanordnung (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung (16") eine Schelle (16'), insbesondere eine V-Band- Schelle (16'), umfasst.
7. Verbindungsanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild (18') zumindest einen Verbindungssteg (34) aufweist.
8. Verbindungsanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Lagergehäuse (121) Freimachungen für den zumindest einen Verbindungssteg (34) des Hitzeschilds (18') vorgesehen sind.
9. Verbindungsanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (14') mehrflutig ausgebildet ist.
10. Abgasturbolader mit einer Verbindungsanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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