EP2499340B1

EP2499340B1 - Abgasturbolader, kraftfahrzeug und verfahren zur montage eines abgasturboladers

Info

Publication number: EP2499340B1
Application number: EP10771717.5A
Authority: EP
Inventors: Christian Uhlig
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: CN102597428B; WO2011057888A3; CN102597428A; DE102009052961A1; EP2499340A2; US20120227398A1; WO2011057888A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Montage eines solchen Abgasturboladers.
Die DE 10 2004 041 166 A1 beschreibt den bekannten Aufbau eines Abgasturboladers für ein Kraftfahrzeug, der im Wesentlichen aus einer Radialturbine und einem im Ansaugtrakt des Motors angeordneten Radialverdichter mit einem Verdichterrad, welches über eine Turboladerwelle drehfest mit einem Turbinenrad der Radialturbine gekoppelt ist, besteht. Der Abgasstrom, der eine hohe kinetische und thermische Energie aufweist, treibt im Betrieb das Turbinenrad an, welches über die Kopplung mit der Turboladerwelle das Verdichterrad in Rotation versetzt. Der Radialverdichter saugt Luft an und verdichtet diese, wodurch im Ansaugtrakt des Motors eine entsprechend größere Masse Frischluft und damit mehr Sauerstoff zur Verfügung steht als bei einem herkömmlichen Saugmotor. Damit erhöht sich der Motor-Mitteldruck und somit das MotorDrehmoment, was zu einer höheren Leistungsabgabe des Motors führt.
Der Abgasturbolader weist ein Turboladergehäuse auf, welches im wesentlichen aus einem Verdichtergehäuse zur Aufnahme des Verdichterrades, einem Turbinengehäuse zur Aufnahme des Turbinenrades und einem Lagergehäuse zur Aufnahme der Turboladerwelle besteht. Diese Verdichter-, Turbinen- und Lagergehäuse sind miteinander über Schrauben oder Spanneinrichtungen verbunden. Das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse sind aufgrund der hohen thermischen Belastung, der sie über den Abgasstrom ausgesetzt sind, zumeist als schwere und damit kostenintensive Gusseisenbauteile ausgebildet, welche bevorzugt über Zugankerschrauben miteinander verbunden sind. Zur Montage werden diese Zugankerschrauben durch das Lagergehäuse geführt und mit dem Turbinengehäuse verschraubt.
Aus Kosten- und Gewichtsgründen wird das thermisch wenig belastete Verdichtergehäuse typischerweise als vergleichsweise leichtes und einfach zu fertigendes Aluminiumdruckgussbauteil ausgeführt. Die Festlegung des Verdichtergehäuses am Lagergehäuse erfolgt typischerweise mittels einer Flanschkonstruktion, wobei meist ein umlaufender Bund des Lagergehäuses in eine entsprechende Ausnehmung am Verdichtergehäuse eingeführt wird und das Lagergehäuse mittels einer Verschraubung kraftschlüssig an das Verdichtergehäuse gepresst wird. Zwischen dem Verdichtergehäuse und dem Lagergehäuse besteht im Flanschbereich in axialer Richtung ein gewisser Versatz, wobei das Lagergehäuse über das Verdichtergehäuse hervorsteht. Die Verschraubung, die meist als eine gleichmäßig über einen Flanschumfang des Verdichtergehäuses verteilte Vielzahl an Gewindeschrauben ausgebildet ist, wird von der dem Lagergehäuse zugewandten Seite des Verdichtergehäuses durch das Verdichtergehäuse geführt. D.h. die Gewindeschrauben werden in entgegen gesetzter Richtung der Zugankerschrauben des Turbinengehäuses montiert. Somit muss der Abgasturbolader aufgrund der verschiedenen Montagerichtungen der Verschraubungen während der Montage in einer Montagevorrichtung umgespannt werden. Aus diesem Grunde ist aber keine automatisierte, sondern nur eine kosten- und zeitintensive manuelle Montage des Abgasturboladers möglich.
Hinzu kommt, dass unter den Schraubenköpfen der Gewindeschrauben zur Überbrückung des axialen Versatzes zwischen dem Lagergehäuse und dem Verdichtergehäuse Unterlegscheiben vorgesehen sind. Aufgrund des axialen Versatzes stehen diese Unterlegscheiben bezüglich der Mittelachsen der Gewindeschrauben schräg und berühren daher das Lagergehäuse und das Verdichtergehäuse jeweils nur punktweise. Hierdurch wird die zulässige Flächenpressung des Aluminiumwerkstoffes des Verdichtergehäuses deutlich überschritten. Weiterhin kann mit dieser Anordnung keine ausreichende Vorspannung der Schraubverbindung erreicht werden, um Setzvorgänge auszugleichen. Als möglicher Federweg steht nur die Dicke der Unterlegscheiben zur Verfügung. Durch die mangelnde Vorspannung kann sich die Verschraubung mitunter sogar lösen, was im ungünstigsten Fall sogar eine Beschädigung des Turboladers oder des Verbrennungsmotors zur Folge haben kann. Weiterhin ist die seitliche Zugänglichkeit von für die Lagerung der Turboladerwelle erforderlichen Wasser- und Ölanschlüssen an dem Lagergehäuse durch die Schraubenköpfe der Gewindeschrauben sehr eingeschränkt.
Als alternative Arten der Befestigung des Verdichtergehäuses an dem Lagergehäuse kommen beispielsweise Keilringverbindungen oder Spannbandverbindungen in Frage. Keilringverbindungen sind allerdings konstruktiv aufwändiger als Schraubverbindungen und damit nicht bevorzugt. Zudem ist die Montage eines Keilrings nicht automatisierbar und muss ebenfalls manuell erfolgen, was es aber im Zuge der zunehmenden Automatisierung zu vermeiden gilt. Auch Spannbandverbindungen bedürfen einer aufwändigen konstruktiven Umgestaltung der Flanschbereiche des Verdichtergehäuses und des Lagergehäuses und sind ebenfalls nur manuell und damit kosten- und zeitintensiv zu montieren.
Dies gilt es verständlicherweise zu vermeiden.
Aus der US 5 161 960 A ist ein Abgasturbolader bekannt, der ebenfalls ein Verdichtergehäuse, ein Lagergehäuse und ein Turbinengehäuse aufweist. Das Verdichtergehäuse ist mit einer Rückwand versehen, die unter Verwendung von Schrauben am Verdichtergehäuse befestigt ist. Das Lagergehäuse ist unter Verwendung weiterer Schrauben, die in Radialrichtung näher an der Welle des Abgasturboladers angeordnet sind als die erstgenannten Schrauben, mit der Rückwand des Verdichtergehäuses verbunden. Diese weiteren Schrauben sind durch die Rückwand des Verdichtergehäuses geführt und in das Lagergehäuse eingedreht.
Aus der EP 0 395 826 ist ein unidirektionaler Turboladeraufbau bekannt, bei welchem die Komponenten des Turboladers schnell und einfach in derselben Richtung und an einer einzigen Arbeitsstation zusammenmontiert werden können.
Aus der DE 698 25 088 T3 ist ein Abgasturbolader bekannt, der ein Verdichtergehäuse, ein Lagergehäuse und ein Turbinengehäuse aufweist. Das Verdichtergehäuse ist am Lagergehäuse unter Verwendung von Schrauben befestigt, die in das Verdichtergehäuse eingeschraubt sind, wobei jeweils eine Scheibenklammer zum Einsatz kommt. Diese Scheibenklammer weist einen Abschnitt auf, der auf einer Oberfläche des Lagergehäuses aufliegt.
Aus der US 6 050 095 ist ein weiterer Abgasturbolader mit einer Schraubenbefestigung des Verdichtergehäuses bekannt.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Montage der Gehäusebestandteile bei einem Abgasturbolader zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.

Demgemäß ist vorgesehen:

Ein Abgasturbolader , insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einem Lagergehäuse zur Lagerung einer Läuferwelle, mit einem Verdichtergehäuse zur Aufnahme eines Verdichterrades, mit einer Spanneinrichtung, welches einen ersten Armabschnitt und einen Eingriffsabschnitt aufweist, wobei der erste Armabschnitt einen ersten Auflageabschnitt zur Auflage auf der Oberfläche des Lagergehäuses und einen ersten Zwischenabschnitt zur Übertragung einer Kraft von dem Eingriffsabschnitt der Spanneinrichtung auf den ersten Auflageabschnitt aufweist und der erste Auflageabschnitt sich in axialer Richtung der Spanneinrichtung über den ersten Zwischenabschnitt hervor wölbt, sodass der erste Armabschnitt zumindest abschnittsweise auf einer Oberfläche des Lagergehäuses aufliegt. Weiterhin weist der Abgasturbolader eine Gegenspanneinrichtung auf, welche einen Kopfabschnitt und einen Gegeneingriffsabschnitt aufweist, wobei der Kopfabschnitt zumindest abschnittsweise auf einer ersten Oberfläche des Verdichtergehäuses aufliegt und wobei der Gegeneingriffsabschnitt mit dem Eingriffsabschnitt derart in formschlüssigem Kontakt bringbar ist, dass das Lagergehäuse und das Verdichtergehäuse kraftschlüssig miteinander verbindbar sind.
Ein Verfahren zur Montage eines solchen Abgasturboladers, mit den nacheinander durchgeführten Montageschritten: Aufspannen des Turbinengehäuses auf eine Montagevorrichtung; Verbinden des Lagergehäuses mit dem Turbinengehäuse unter Verwendung von Zugankerschrauben, wobei die Zugankerschrauben von einer dem Turbinengehäuse abgewandten Seite des Lagergehäuses durch das Lagergehäuse durchgeführt werden; Verbinden des Verdichtergehäuses mit dem Lagergehäuse unter Verwendung der Spanneinrichtung und der Gegenspanneinrichtung, wobei die Gegenspanneinrichtung von einer dem Lagergehäuse abgewandten Seite des Verdichtergehäuses durch das Verdichtergehäuse durch geführt wird und Ausspannen des Turbinengehäuses aus der Montagevorrichtung.
Eine Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemässen Turbolader. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun unter anderem darin, dass das Verdichtergehäuse und das Lagergehäuse durch die formschlüssig mit der Gegenspanneinrichtung in Eingriff stehende Spanneinrichtung miteinander kraftschlüssig verbunden sind. Dabei ist es in vorteilhafter Weise möglich einen Versatz zwischen dem Lagergehäuse und dem Verdichtergehäuse mittels des Zwischenabschnitts zu überbrücken, wodurch sich die Montierbarkeit des erfindungsgemäßen Abgasturboladers verbessert. Die Montagerichtung der Gegenspanneinrichtungen erfolgt dabei von einer dem Lagergehäuse abgewandten Seite des Verdichtergehäuses in derselben Montagerichtung der Zugankerschrauben des Turbinengehäuses, wodurch der Turbolader bei der Montage in der Montagevorrichtung nicht umgespannt und manuell montiert werden muss.
Mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader beziehungsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage eines solchen Turboladers ist es somit eine vollautomatisierte und damit zeit- und kostengünstige Montage des Abgasturboladers durchzuführen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Gegenspanneinrichtung zumindest abschnittsweise durch eine Ausnehmung in dem Verdichtergehäuse geführt. Hierdurch ist bei der Montage der Gegenspanneinrichtung eine vorteilhafte Selbstausrichtung der verschraubten Gehäuseteile möglich, wodurch sich die Montage des erfindungsgemäßen Turboladers vereinfacht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bildet der erste Auflageabschnitt einen linienförmigen Kontaktbereich mit der Oberfläche des Lagergehäuses aus. Hierdurch wird die Flächenpressung im Kontaktbereich zwischen dem ersten Auflageabschnitt und der Oberfläche des Lagergehäuses reduziert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Spanneinrichtung ein elastisches Material, insbesondere ein federelastisches Element auf, wodurch eine Vorspannung zwischen dem Lagergehäuse und dem Verdichtergehäuse erzeugbar ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass sich die Verbindung zwischen dem Lagergehäuse und dem Verdichtergehäuse im Betrieb des Abgasturboladers selbsttätig lösen kann, wodurch eine Beschädigung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers zuverlässig verhindert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen der Eingriffsabschnitt und der Gegeneingriffsabschnitt Gewindegänge auf, über welche die formschlüssigen Kontakte ausgebildet sind. Hierdurch wird in einfacher und kostengünstig herzustellender Art und Weise ein formschlüssiger Kontakt zwischen der Spanneinrichtung und der Gegenspanneinrichtung ermöglicht.
In einer ebenso bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Eingriffsabschnitt in einem verbundenen Zustand des Lagergehäuses und des Verdichtergehäuses zumindest abschnittsweise zwischen der ersten Oberfläche des Verdichtergehäuses und der Oberfläche des Lagergehäuses angeordnet. Hierdurch wird der Bereich über der Oberfläche des Lagergehäuses freigehalten, wodurch sich die Zugänglichkeit zu Wasser und Kühlleitungen zu dem Lagergehäuse signifikant verbessert.
In einer dazu alternativen aber ebenso bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Spanneinrichtung einen zweiten Armabschnitt auf, welcher zumindest abschnittsweise auf einer zweiten Oberfläche des Verdichtergehäuses aufliegt, wobei die zweite Oberfläche im Wesentlichen entgegengesetzt und beabstandet zu der ersten Oberfläche des Verdichtergehäuses angeordnet ist. Durch den zweiten Armabschnitt wird in vorteilhafter Weise die erforderliche Anpresskraft zwischen dem Lagergehäuse und dem Verdichtergehäuse verteilt, wodurch die erreichte Flächenpressung signifikant reduziert wird. Hierdurch erhöht sich die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen Lagergehäuse und Verdichtergehäuse.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der zweite Armabschnitt der Spanneinrichtung einen zweiten Auflageabschnitt zur Auflage der zweiten Oberfläche des Verdichtergehäuses und einem zweiten Zwischenabschnitt zur Übertragung einer Kraft von dem Eingriffsabschnitt der Spanneinrichtung auf den zweiten Auflageabschnitt auf. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich einen Versatz zwischen dem Verdichtergehäuse und dem Lagergehäuse auszugleichen, wodurch sich die Montierbarkeit des erfindungsgemäßen Abgasturboladers signifikant verbessert.
In einer ebenso bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bildet der zweite Auflageabschnitt einen linienförmigen Kontaktbereich mit der zweiten Oberfläche des Verdichtergehäuses aus. Hierdurch wird zuverlässig verhindert, dass die zulässige Flächenpressung des Aluminiumwerkstoffs des Verdichtergehäuses überschritten wird. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Abgasturboladers.
In einer ebenso bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Eingriffsabschnitt der Spanneinrichtung vor der ersten und zweiten Oberfläche des Verdichtergehäuses und vor der Oberfläche des Lagergehäuses angeordnet. Durch diese vorteilhafte Anordnung wirkt die Spanneinrichtung in Form einer Feder, wodurch trotz eines eventuellen Sitzverhaltens eine ausreichende Vorspannung erhalten bleibt. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Abgasturboladers.
In einer typischen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Abgasturbolader eine Turbine mit einem Turbinengehäuse, in welchem ein Turbinenrad angeordnet ist und einen Verdichter mit dem Verdichtergehäuse und dem Verdichterrad auf, wobei die Läuferwelle das Turbinenrad und das Verdichterrad drehfest verbindet und wobei das Turbinengehäuse mit dem Lagergehäuse mittels Zugankerschrauben verbunden ist. Hierdurch ist mittels des erfindungsgemäßen Abgasturboladers die Ausnutzung der thermischen und kinetischen Energie eines Abgasstumpfs zur Erzeugung einer Leistungssteigerung eines Verbrennungsmotors möglich.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

Fig. 1: eine Teilansicht eines Querschnittes durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers;
Fig. 2: eine Teilansicht eines Querschnittes durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers;
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Spanneinrichtung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß Fig. 1;
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Spanneinrichtung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß Fig. 2; und
Fig. 5: eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader gemäß Fig. 1 oder Fig. 2.

In den Figuren der Zeichnung sind - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - gleiche Bauteile, Elemente und Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Fig. 1 illustriert eine Teilansicht eines Querschnittes durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers.
Fig. 1 zeigt zunächst zwei Gehäusebauteile 3, 5, welche als Lagergehäuse 3 bzw. als Verdichtergehäuse 5 eines Abgasturboladers ausgebildet sind. Das Lagergehäuse 3 weist einen bevorzugt kreisrund ausgeführten Lagergehäuseflansch 35 mit einer bevorzugt zylinderförmig ausgebildeten Außenfläche 36 auf. Alternativ dazu kann der Lagergehäuseflansch 35 auch eine rechteckige oder eine beliebig andere geometrische Form aufweisen. Die bevorzugt zylinderförmige Außenfläche 36 ist an einer entsprechend zylinderförmig ausgebildeten Innenfläche 37 eines Verdichtergehäuseflansches 38 geführt. In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers ist das Lagergehäuse 3 mit einer zylinderförmigen Innenfläche und das Verdichtergehäuse 5 entsprechend mit einer zylinderförmigen Außenfläche ausgeführt. Der Lagergehäuseflansch 35 weist eine auf der zylinderförmigen Außenfläche 36 angeordnete Dichtringnut 39 auf, welche bevorzugt um den gesamten Lagergehäuseflansch 35 umläuft. In der Dichtringnut 39 ist ein Dichtring 40 angeordnet. Der Dichtring 40 ist bevorzugt als O-Ring ausgeführt. Der Lagergehäuseflansch 35 weist weiterhin eine axiale Kontaktfläche 41, welche in etwa senkrecht zu der zylinderförmigen Außenfläche 36 ausgerichtet ist, auf. Eine Oberfläche 7 des Lagergehäuses 3 ist in etwa parallel und beabstandet zu der axialen Kontaktfläche 41 des Lagergehäuse 3 angeordnet. Der Verdichtergehäuseflansch 38 weist eine axiale Kontaktfläche 42, welche in etwa senkrecht zu der zylinderförmigen Innenfläche 37 des Verdichtergehäuseflansches 38 steht. Die axiale Kontaktfläche 42 des Verdichtergehäuseflansches 38 berührt die axiale Kontaktfläche 41 des Lagergehäuseflansches 35. Das Verdichtergehäuse 5 weist weiterhin eine erste Oberfläche 8 und eine zweite Oberfläche 30 auf. Die zweite Oberfläche 30 bildet dabei eine äußere Begrenzung des Verdichtergehäuseflansches 38. Die erste Oberfläche 8 und die zweite Oberfläche 30 sind dabei in etwa senkrecht zu der zylinderförmigen Innenfläche 37 des Verdichtergehäuseflansches 38 angeordnet. Die erste Oberfläche 8 und die zweite Oberfläche 30 sind beabstandet voneinander angeordnet, wobei die axiale Kontaktfläche 42 des Verdichtergehäuseflansches 38 zwischen der ersten Oberfläche 8 und der zweiten Oberfläche 30 angeordnet ist. Das Verdichtergehäuse 5 weist Ausnehmungen 9 auf, welche bevorzugt um einen Flanschumfang des Verdichtergehäuseflansches 38 bevorzugt gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Ausnehmung 9 ist dabei bevorzugt parallel zu der zylinderförmigen Innenfläche 37 des Verdichtergehäuseflansches 38 ausgerichtet. Die Gehäuse 3, 5 sind bevorzugt als metallische Gussbauteile ausgeführt, wobei die Oberflächen 7, 8, 30, 36, 37, 41, 42 zur Erzeugung einer entsprechenden Oberflächengüte bevorzugt spannend bearbeitet sind.
Fig. 1 zeigt weiterhin eine Gegenspanneinrichtung 20, welche durch die Ausnehmung 9 geführt ist. Die Gegenspanneinrichtung 20 weist einen Kopfabschnitt 21 und einen Gegeneingriffsabschnitt 22 auf. Die Gegenspanneinrichtung 20 ist beispielsweise als Zylinderkopfschraube ausgebildet. Der Kopfabschnitt 21 der Gegenspanneinrichtung 20 ist auf der ersten Oberfläche 8 des Verdichtergehäuses 5 angeordnet. Bevorzugt ist zwischen dem Kopfabschnitt 21 und der ersten Oberfläche 8 eine Unterlegscheibe 43 vorgesehen. Ein Eingriffsabschnitt 12 einer Spanneinrichtung 10 steht mit dem Gegeneingriffsabschnitt 22 der Gegenspanneinrichtung 20 in formschlüssigen Kontakt. Der Eingriffsabschnitt 12 ist bevorzugt mit einem Innengewinde versehen, welches mit einem entsprechendem Außengewinde des Gegeneingriffsabschnitts 22 der Gegenspanneinrichtung 20 zusammenwirkt. Die Spanneinrichtung 10 weist weiterhin einen ersten Armabschnitt 11 auf. Der Armabschnitt 11 der Spanneinrichtung 10 weist einen ersten Auflageabschnitt 13 sowie einen ersten Zwischenabschnitt 14 auf. Der erste Auflageabschnitt 13 wölbt sich dabei in axialer Richtung der Spanneinrichtung 10 über den ersten Zwischenabschnitt 14 hervor.
Das Lagergehäuse 3 ist bevorzugt als Gusseisenbauteil ausgeführt. Die Spanneinrichtung 10 die Gegenspanneinrichtung 20 sind bevorzugt aus Stahlwerkstoffen ausgebildet und das Verdichtergehäuse 5 ist bevorzugt aus einer Aluminiumgusslegierung gebildet. Alternativ dazu können für die vorgenannten Bauteile auch verschiedene weitere metallische Werkstoffe, keramische Werkstoffe und/oder Kompositwerkstoffe eingesetzt werden.
Bevorzugt ist eine Vielzahl an Spanneinrichtungen 10 und Gegenspanneinrichtungen 20 gleichmäßig verteilt um den Umfang des Verdichtergehäuseflansches 38 angeordnet. Im Folgenden wird die Funktion der Spanneinrichtung 10 und der Gegenspanneinrichtung 20 exemplarisch für eine Anordnung mit einer Spanneinrichtung 10 und einer Gegenspanneinrichtung 20 beschrieben. Der erste Auflageabschnitt 13 der Spanneinrichtung 10 steht mit der Oberfläche 7 des Lagergehäuses 3 bevorzugt in einem linienförmigen Kontakt. Durch ein Betätigen der Gegenspanneinrichtung 20, beispielsweise durch ein Einschrauben des Gegeneingriffsabschnittes 22 der Gegenspanneinrichtung 20 in den Eingriffsabschnitt 12 der Spanneinrichtung 10 überträgt die Gegenspanneinrichtung 20 von der ersten Oberfläche 8 des Verdichtergehäuses 5 über die Unterlegscheibe 43, den Kopfabschnitt 21 den formschlüssigen Kontakt zwischen dem Eingriffsabschnitt 12 und dem Gegeneingriffsabschnitt 22, den ersten Zwischenabschnitt 14 und den ersten Auflageabschnitt 13 eine Anpresskraft auf die Oberfläche 7 des Lagergehäuses 3. Hierdurch wird die axiale Kontaktfläche 41 des Lagergehäuseflansches 35 gegen die axiale Kontaktfläche 42 des Verdichtergehäuseflansches 38 gepresst. Das Lagergehäuse 3 ist somit kraftschlüssig an dem Verdichtergehäuse 5 festgelegt. Dadurch, dass der Kopfabschnitt 21 bzw. die Unterlegscheibe 43 eine ausreichend große Kontaktfläche mit der ersten Oberfläche 8 des Verdichtergehäuses 5 aufweisen, resultiert eine sehr geringe Flächenbemessung zwischen dem Kopfabschnitt 21 bzw. der Unterlegscheibe 43 und der ersten Oberfläche 8 des Verdichtergehäuses 5. Dadurch, dass die Spanneinrichtung 10 und insbesondere der erste Armabschnitt 11 bevorzugt aus einem federelastischem Material ausgeführt sind, ist eine ausreichend große Vorspannung erzeugbar, welche zuverlässig ein ungewolltes Lösen der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gegeneingriffsabschnitt 22 der Gegenspanneinrichtung 20 und dem Eingriffabschnitt 12 der Spanneinrichtung 10 verhindert. Die Oberfläche 7 des Lagergehäuses 3 ist bezüglich der zweiten Oberfläche 30 des Verdichtergehäuses 5 in axialer Richtung etwas zurückgesetzt. Dadurch, dass der erste Auflageabschnitt 13 der Spanneinrichtung 10 über den ersten Zwischenabschnitt 14 der Spanneinrichtung vorgewölbt ist, überbrückt der erste Armabschnitt 11 diesen Axialversatz zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Verdichtergehäuse 5.
Bei der Montage eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers wird zunächst ein Turbinengehäuse auf eine entsprechende Montagevorrichtung aufgespannt. Anschließend wird das Lagergehäuse 3 über Zugankerschrauben mit dem Turbinengehäuse verschraubt. Die Zugankerschrauben werden dabei bevorzugt durch entsprechende Ausnehmungen in dem Lagergehäuse 3 geführt und in entsprechende Gewindebohrungen in dem Turbinengehäuse eingeschraubt. Die Montage der Zugankerschrauben erfolgt dabei in einer Aufsicht auf die Montagevorrichtung von oben. Anschließend wird das Verdichtergehäuse auf diese Vorbaugruppe, bestehend aus Turbinengehäuse und Lagergehäuse 3, welche unverändert in der Einspannvorrichtung eingespannt ist, aufgesetzt. Die Spanneinrichtungen 10 und die Gegenspanneinrichtungen 20 werden bevorzugt automatisiert zugeführt und miteinander in Eingriff gebracht. Die Montagerichtung der Gegenspanneinrichtungen 20 entspricht dabei der Montagerichtung der Zugankerschrauben des Turbinengehäuses. Es ist somit zur Montage der Gehäusebestandteile des Abgasturboladers eine einheitliche Montagerichtung verwirklicht. Der Abgasturbolader muss bei der Montage nicht in der Anspannvorrichtung umgespannt werden und kann so voll automatisiert montiert werden. Hierdurch reduziert sich der Zeit- und Kostenaufwand zur Produktion des erfindungsgemäßen Abgasturboladers signifikant. Weiterhin ist mit den Spanneinrichtungen 10 eine ausreichend große Vorspannung einstellbar, wodurch ein ungewolltes Lösen der Verbindung der Spanneinrichtungen 10 und der Gegenspanneinrichtungen 20 zuverlässig verhindert wird. Darüber hinaus ist der axiale Platzbedarf der Spanneinrichtungen 10 und der Gegenspanneinrichtungen 20 im Bereich des Lagergehäuseflansches 35 des Lagergehäuse 3 äußerst gering. Hierdurch wird die seitliche Zugänglichkeit von erforderlichen Wasser- und Ölanschlüssen am Lagergehäuse 3 signifikant verbessert.
Fig. 2 zeigt eine Teilansicht eines Querschnittes durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers.
Fig. 2 zeigt das Lagergehäuse 3 und das Verdichtergehäuse 5 sowie die Spanneinrichtung 10 und die Gegenspanneinrichtung 20. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß Fig. 1 dadurch, dass die Spanneinrichtung 10 einen zweiten Armabschnitt 15 mit einem zweiten Auflageabschnitt 16 und einem zweiten Zwischenabschnitt 17 aufweist. Der zweite Auflageabschnitt 17 liegt bevorzugt linienförmig auf der zweiten Oberfläche 30 des Verdichtergehäuses 5 auf. Alternativ dazu kann der zweite Auflageabschnitt 17 auch einen flächenförmigen Kontakt mit einer Oberfläche ausbilden. Die Spanneinrichtung 20 ist mit dem Gegeneingriffsabschnitt 22 in der Ausnehmung 9 in dem Verdichtergehäuse 5 geführt. Die Spanneinrichtung 10 ist bezüglich einer axialen Richtung der Gegenspanneinrichtung 20 vor der zweiten Oberfläche 30 des Verdichtergehäuses 5 und vor der ersten Oberfläche 7 des Lagergehäuses 3 angeordnet.
Durch ein Betätigen der Gegenspanneinrichtung 20 ist eine Anpresskraft von der ersten Oberfläche 8 des Lagergehäuses über die Unterlegscheibe 43, den Kopfabschnitt 21 der Gegenspanneinrichtung 20, die formschlüssige Verbindung zwischen dem Gegeneingriffsabschnitt 22 der Gegenspanneinrichtung 20 und dem Eingriffsabschnitt 12 der Spanneinrichtung 10, den ersten Zwischenabschnitt 14 und den zweiten Zwischenabschnitt 17 auf die Oberfläche 7 des Lagergehäuses 3 und auf die zweite Oberfläche 30 des Verdichtergehäuses 5 übertragbar. Die Anpresskraft wird somit zwischen der Oberfläche 7 des Lagergehäuses 3 und der zweiten Oberfläche 30 des Verdichtergehäuses 5 verteilt. Hierdurch ist die Flächenpressung zwischen dem ersten Auflageabschnitt 13 und der Oberfläche 7 des Lagergehäuses 3 signifikant reduziert. Die Montage des erfindungsgemäßen Abgasturboladers erfolgt in der gleichen Art und Weise wie bereits zu Fig. 1 beschrieben.
Fig. 3 illustriert eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Spanneinrichtung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß Fig. 1.
Der Eingriffsabschnitt 12 der Spanneinrichtung 10 ist bevorzugt als Zylinder mit einer axialen, durchgehenden Gewindebohrung ausgeführt. An einer Stirnfläche dieses Zylinders ist der erste Armabschnitt 11 mit dem ersten Zwischenabschnitt 14 und dem ersten Auflageabschnitt 13 vorgesehen. Die Gewindebohrung erstreckt sich auch durch den ersten Armabschnitt 11. Der erste Armabschnitt 11 ist in einer Aufsicht in etwa kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei die Seitenkanten des Kegelstumpfes ausgehend von der Mantelfläche des zylinderförmigen Eingriffsabschnittes 12 aufeinander zulaufen. Der erste Auflageabschnitt 13 ist als Vorwölbung über den ersten Zwischenabschnitt 14 des ersten Armabschnitts 11 ausgebildet. Der erste Armabschnitt 11 erstreckt sich bezüglich der Mantelfläche des Eingriffsabschnittes 12 in etwa senkrecht von dieser weg. Die Oberseite des ersten Armabschnittes 11 und die Unterseite des ersten Armabschnittes 11 im Bereich des ersten Zwischenabschnittes verlaufen in etwa parallel. Der erste Auflageabschnitt 13 ist dabei derart geformt, dass bei einem Kontakt des ersten Auflageabschnittes 13 mit einer ebenen Fläche ein linienförmiger oder alternativ dazu ein flächenförmiger Kontakt entsteht.
Bevorzugt ist die Spanneinrichtung 10 aus einem elastischem Werkstoff, insbesondere aus einem federelastischem Material ausgebildet. Alternativ dazu kann auch lediglich der erste Zwischenabschnitt 14 aus einem elastischem Material, insbesondere aus einem federelastischen Material ausgebildet sein.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Spanneinrichtung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß Fig. 2.
Fig. 4 zeigt die Spanneinrichtung 10 mit dem ersten Armabschnitt 11, dem ersten Zwischenabschnitt 14 und dem ersten Auflageabschnitt 13. Weiterhin weist die Spanneinrichtung 10 den Eingriffabschnitt 12 und dem zweiten Armabschnitt 15 mit dem zweiten Zwischenabschnitt 17 und dem zweiten Auflageabschnitt 16 auf. Der Eingriffsabschnitt 12 ist als Zylinder mit einer in Längsrichtung verlaufenden durchgehenden Gewindebohrung ausgeführt. Ausgehend von der Mantelfläche des zylinderförmigen Eingriffsabschnittes 12 erstrecken sich radial auswärts in einem Winkel von etwa 180 Grad versetzt der erste Armabschnitt 11 und der zweite Armabschnitt 15. Ausgehend von dem ersten Auflageabschnitt 13 verläuft der erste Armabschnitt 11 zunächst in etwa senkrecht zur Mantelfläche des Eingriffsabschnitts 12 um dann in den ersten Zwischenabschnitt 14, welcher in einem Winkel zur Mantelfläche des Eingriffsabschnitts 12 verläuft, überzugehen. Der erste Armabschnitt 11 verläuft dann in etwa wieder senkrecht zur Mantelfläche des Eingriffsabschnitts 12 und geht in die Mantelfläche über. Der zweite Armabschnitt 15 ist spiegelbildlich zu dem ersten Armabschnitt 11 zu einer Mittelebene des Eingriffsabschnitts 12 angeordnet. Der erste Auflageabschnitt 13 und der zweite Auflageabschnitt 16 sind dabei derart geformt, dass bei einem Aufliegen der Spanneinrichtung 10 auf einer Oberfläche jeweils ein linien- oder flächenförmiger Kontakt entsteht. In einer seitlichen Betrachtung der Spanneinrichtung 10 weist dieses aufgrund des zuvor beschriebenen Verlaufs der Armabschnitte 11, 15 eine geschwungene Form, beispielsweise in der Art einer Tellerfeder auf.
Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader gemäß Fig. 1 oder Fig. 2.
Ein Verbrennungsmotor 2 mit mehreren Zylindern 44 ist über eine Abgasleitung 45 fluidisch mit einem in einem Turbinengehäuse 32 angeordneten Turbinenrad 33 einer Turbine 31 gekoppelt. Das Turbinenrad 33 ist über eine Turboladerwelle 4 mit einem Verdichterrad 6 drehfest verbunden. Die Turboladerwelle 4 ist in dem Lagergehäuse 3 gelagert. Das Verdichterrad 6 ist in dem Verdichtergehäuse 5 eines Verdichters 34 eines Abgasturboladers 1 angeordnet. Das Verdichterrad 6 ist über einen Ansaugtrakt 46 mit dem Verbrennungsmotor 2 fluidisch gekoppelt.
Im Betrieb des Verbrennungsmotors 2 mit dem Abgasturbolader 1 stellt der Verbrennungsmotor 2 über die Abgasleitung 45 dem Turbinenrad 33 Abgas zur Verfügung. Durch das Turbinenrad 33 wird die Energie des Abgases erniedrigt und die kinetische und thermische Energie des Abgases in Rotationsenergie umgewandelt. Die Rotationsenergie wird über die Turboladerwelle 4 auf das Verdichterrad 6 übertragen. Das Verdichterrad 6 saugt Frischluft an, komprimiert diese und führt die komprimierte Frischluft über den Ansaugtrakt 46 den Verbrennungsmotor 2 zu.
Dadurch, dass in dem komprimierten Luftvolumen pro Volumeneinheit mehr Sauerstoff vorhanden ist, kann im Verbrennungsmotor 2 pro Luftvolumeneinheit mehr Kraftstoff verbrannt werden, wodurch sich die Leistungsausbeute des Verbrennungsmotors 2 erhöht. Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 eine ausreichend große Vorspannung zwischen dem Verdichtergehäuse 5 und dem Lagergehäuse 3 erzeugbar ist, erhöht sich die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 und des mit dem Abgasturbolader 1 betriebenen Verbrennungsmotors 2. Weiterhin ist der erfindungsgemäße Abgasturbolader 1 im Vergleich zu bekannten Lösungen automatisiert und damit zeit- und kostenreduziert produzierbar. Hierdurch reduzieren sich die Kosten für den erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 und den mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 gekoppelten Verbrennungsmotor 2.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
In einer bevorzugten Modifikation der vorliegenden Erfindung wird die formschlüssige Verbindung zwischen dem Eingriffsabschnitt der Spanneinrichtung und dem Gegeneingriffsabschnitt der Gegenspanneinrichtung nicht mittels einer Verschraubung sondern mittels einer Rast- oder Schnappverbindung verwirklicht. Hierdurch ist eine besonders einfache und schnelle Montage des erfindungsgemäßen Abgasturboladers möglich.
Die aufgeführten Materialien, Zahlenangaben und Dimensionen sind beispielhaft zu verstehen und dienen lediglich der Erläuterung der Ausführungsformen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung. Der angegebene Abgasturbolader ist besonders vorteilhaft im Kraftfahrzeugbereich und hier vorzugsweise bei Personenkraftfahrzeugen, beispielsweise bei Diesel- oder Ottomotoren, einsetzbar, lässt sich bei Bedarf allerdings auch bei beliebig anderen Turboladeranwendungen einsetzen.

Claims

Abgasturbolader (1), insbesondere für einen Verbrennungsmotor (2) eines Kraftfahrzeuges,
mit einem Lagergehäuse (3) zur Lagerung einer Läuferwelle (4);
mit einem Verdichtergehäuse (5) zur Aufnahme eines Verdichterrades (6);
mit einer Spanneinrichtung (10), welche einen ersten Armabschnitt (11) und einen Eingriffsabschnitt (12) aufweist, wobei der erste Armabschnitt (11) einen ersten Auflageabschnitt (13) zur Auflage auf der Oberfläche (7) des Lagergehäuses (3) und einen ersten Zwischenabschnitt (14) zur Übertragung einer Kraft von dem Eingriffsabschnitt (12) der Spanneinrichtung (10) auf den ersten Auflageabschnitt (13) aufweist und der erste Auflageabschnitt (13) sich in axialer Richtung der Spanneinrichtung (10) über den ersten Zwischenabschnitt (14) hervor wölbt, sodass der erste Armabschnitt (11) zumindest abschnittsweise auf einer Oberfläche (7) des Lagergehäuses (3) aufliegt; und
mit einer Gegenspanneinrichtung (20), welche einen Kopfabschnitt (21) und einen Gegeneingriffsabschnitt (22) aufweist, wobei der Kopfabschnitt (21) zumindest abschnittsweise auf einer ersten Oberfläche (8) des Verdichtergehäuses (5) aufliegt und wobei der Gegeneingriffsabschnitt (22) mit dem Eingriffsabschnitt (12) derart in formschlüssigem Kontakt bringbar ist, dass das Lagergehäuse (3) und das Verdichtergehäuse (5) kraftschlüssig miteinander verbindbar sind.
Abgasturbolader nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gegenspanneinrichtung (20) zumindest abschnittsweise durch eine Ausnehmung (9) in dem Verdichtergehäuse (5) geführt ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Auflageabschnitt (13) einen linienförmigen Kontaktbereich mit der Oberfläche (7) des Lagergehäuses (3) ausbildet.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spanneinrichtung (10) ein elastisches Material, insbesondere ein federelastisches Element, aufweist, wodurch eine Vorspannung zwischen dem Lagergehäuse (3) und dem Verdichtergehäuse (5) erzeugbar ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Eingriffsabschnitt (12) und der Gegeneingriffsabschnitt (22) Gewindegänge aufweisen, über welche die formschlüssigen Kontakte ausgebildet sind.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Eingriffsabschnitt (12) in einem verbundenen Zustand des Lagergehäuses (3) und des Verdichtergehäuses (5) zumindest abschnittsweise zwischen der ersten Oberfläche (8) des Verdichtergehäuses (5) und der Oberfläche (7) des Lagergehäuses (3) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spanneinrichtung (10) einen zweiten Armabschnitt (15) aufweist, welcher zumindest abschnittsweise auf einer zweiten Oberfläche (30) des Verdichtergehäuses (5) aufliegt, wobei die zweite Oberfläche (30) im wesentlichen entgegengesetzt und beabstandet zu der ersten Oberfläche (8) des Verdichtergehäuses (5) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Armabschnitt (15) der Spanneinrichtung (10) einen zweiten Auflageabschnitt (16) zur Auflage auf der zweiten Oberfläche (30) des Verdichtergehäuses (5) und einen zweiten Zwischenabschnitt (17) zur Übertragung einer Kraft von dem Eingriffsabschnitt (12) der Spanneinrichtung (10) auf den zweiten Auflageabschnitt (15) aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Auflageabschnitt (16) einen linienförmigen Kontaktbereich mit der zweiten Oberfläche (30) des Verdichtergehäuses (5) ausbildet.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Eingriffsabschnitt (12) der Spanneinrichtung (10) vor der ersten und zweiten Oberfläche (8, 30) des Verdichtergehäuses (5) und vor der Oberfläche (7) des Lagergehäuses (3) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch:
eine Turbine (31) mit einem Turbinengehäuse (32), in welchem ein Turbinenrad (33) angeordnet ist; und

einen Verdichter (34) mit dem Verdichtergehäuse (5) und dem Verdichterrad (6),

wobei die Läuferwelle (4) das Turbinenrad (33) und das Verdichterrad (6) drehfest verbindet, und

wobei das Turbinengehäuse (32) mit dem Lagergehäuse (3) mittels Zugankerschrauben verbunden ist.
Kraftfahrzeug, welches mit einem Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet ist.
Verfahren zur Montage eines Abgasturboladers nach Anspruch 1, mit den nacheinander durchgeführten Montageschritten:
(a) Aufspannen des Turbinengehäuses (32) auf eine Montagevorrichtung;

(b) Verbinden des Lagergehäuses (3) mit dem Turbinengehäuse (32) unter Verwendung von Zugankerschrauben, wobei die Zugankerschrauben von einer dem Turbinengehäuse (32) abgewandten Seite des Lagergehäuses (3) durch das Lagergehäuse (3) durchgeführt werden;

(c) Verbinden des Verdichtergehäuses (5) mit dem Lagergehäuse (3) unter Verwendung der Spanneinrichtung (10) und der Gegenspanneinrichtung (20), wobei die Gegenspanneinrichtung (20) von einer dem Lagergehäuse (3) abgewandten Seite des Verdichtergehäuses (5) durch das Verdichtergehäuse (5) durch geführt wird; und

(d) Ausspannen des Turbinengehäuses (32) aus der Montagevorrichtung.