EP2572078A1 - Abgasturbolader - Google Patents

Abgasturbolader

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Publication number
EP2572078A1
EP2572078A1 EP11735775A EP11735775A EP2572078A1 EP 2572078 A1 EP2572078 A1 EP 2572078A1 EP 11735775 A EP11735775 A EP 11735775A EP 11735775 A EP11735775 A EP 11735775A EP 2572078 A1 EP2572078 A1 EP 2572078A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing ring
outlet pipe
turbine housing
inner housing
ring
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Withdrawn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
EP11735775A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Smatloch
Elmar Grussmann
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.)
Benteler Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
Benteler Automobiltechnik 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 Benteler Automobiltechnik GmbH filed Critical Benteler Automobiltechnik GmbH
Publication of EP2572078A1 publication Critical patent/EP2572078A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • 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
    • 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
    • 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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Definitions

  • the present invention relates to a turbine housing of an exhaust gas turbocharger according to the features in the preamble of patent claim 1.
  • turbomachines Internal combustion engines, in particular in use for motor vehicles are increasingly charged by turbomachines to further increase the efficiency and thus to reduce fuel consumption.
  • Turbochargers are preferably used as turbomachines.
  • the turbocharger and in particular the turbocharger housing are adapted very precisely to the performance characteristics of the respective engine.
  • turbocharger in particular a turbocharger housing in Biechbauweise under the aspect of a way to produce a Abgasturboiaaer particularly weight optimized.
  • the outer housing of an exhaust gas turbocharger usually consists of formed sheet metal shells, which are usually welded by thermal bonding methods with bearing flanges. Also coupled to the bearing flanges, is an inner casing of the exhaust gas turbocharger.
  • the inner housings abut against the bearing flanges or are additionally cohesively coupled thereto.
  • this can lead to leaks and thus to a blow-by.
  • the heat-affected zone of the thermal joining process is geometrically and material-technically by the thermal Weakened joining process. At this point, fatigue fractures or even cracking can occur under extreme loads.
  • Object of the present invention is therefore to increase the tightness and durability of an exhaust gas turbocharger such that thermal stresses do not lead to an early component failure and that thermally induced expansions are compensated by the structure of the exhaust gas turbocharger.
  • the turbine housing of an exhaust gas turbocharger comprises an outer housing in which an inner housing with a tubular nozzle and an outlet pipe for connection to an exhaust system are arranged, wherein the outlet pipe is coupled to the tubular nozzle relatively displaceable via a sealing ring.
  • the sealing ring is everted inside and pushed onto the neck, with an inner housing support ring is provided, which surrounds the sealing ring at the coupling point with the neck
  • the sealing ring according to the invention is arranged so that it connects the inner housing with the outlet pipe and seals the interior of the inner housing and the interior of the outlet pipe relative to the outer housing. It may also be formed tubular in the context of the invention. This results in particular the advantage that a temperature expansion compensation is made, which is realized by elastic deformation of the sealing ring. At the same time, the sealing ring allows a gas-tight seal of the interior of the inner housing relative to the space enclosed by the outer housing and the inner housing.
  • the present invention everted embodiment of the sealing ring allows an elastic arrangement of the sealing ring.
  • An inventive turbine Housing can be produced by a sealing ring, which is everted onto the nozzle or has been everted before by a forming process and then pushed with the everted portion on the neck.
  • the Certainlygehot- support ring, the sealing ring and the nozzle are cohesively coupled together.
  • a secure contact of the nozzle to the sealing ring or the sealing ring to the nozzle is realized by the everted design of the sealing ring.
  • this is reinforced by the inner housing support ring, so that under the inner housing support ring a clamping ring is to be understood, which further braced the coupling point between the sealing ring and nozzle.
  • a cohesive coupling can additionally take place in order to further increase the tightness with regard to longevity.
  • a cohesive connection for example, an adhesive bond, a solder joint or even a welded joint to understand.
  • the cohesive connection is preferably applied to the side facing away from the exhaust gas, so that the joint seam is not exposed to the hot exhaust gas flow. The advantage thus also results that the heat-affected zone surrounding the joint seam is not exposed to the hot exhaust gas flow. This increases the longevity of the connection thus produced within the turbine housing.
  • the sealing ring is pushed onto the outlet tube at the coupling point of the sealing ring with the outlet tube, and an outlet tube supporting ring is arranged encompassing the sealing ring.
  • an outlet tube supporting ring is arranged encompassing the sealing ring.
  • the inner housing support ring and / or the Auslassrohrstützring are widened in the direction of the inner housing.
  • the inner housing support ring and / or the Auslassrohrstützring are widened in the direction of the inner housing.
  • the sealing ring and / or the Auslassrohrstützring are widened in the direction of the inner housing.
  • Especially in terms of longevity and in terms of the use of thin-walled material of the sealing ring thus results in the advantage that in Reiativioloen or relative displacements, and thus movements of the sealing ring, no sharp edges come to rest on the sealing ring.
  • a relief gap between the support ring and sealing ring is produced, which avoids cracking or dilution of material and thus increases the longevity of the compound produced with the sealing ring according to the invention. Leaks in the form of microcracks or fatigue fractures within the sealing ring are thus avoided according to the invention.
  • the support rings In the context of the invention is to be understood by a widening of the support rings a support ring with a recessed end. That is, the support ring has a Aniage Scheme in which he clamped the sealing ring with the outlet tube or the inner housing, a constant inner diameter, which then increases towards the flared end.
  • an interference fit is formed in the coupling points of the sealing ring with the outlet pipe and / or the nozzle.
  • An interference fit is within the scope of the invention, a press fit, in which the inner diameter of the sealing ring at the coupling point is generally smaller than the outer diameter of the outlet pipe or the nozzle at the coupling point. So basically there is an interference fit between the sealing ring and outlet pipe or nozzle.
  • the compound thus prepared is particularly advantageous in terms of a tight fit and matched to a FlukJdminister.
  • an oversize fit is formed in the coupling points of the sealing ring with the inner housing support ring and / or the Auslassrohrstützring
  • the support rings thus increase the strength factor with which the sealing ring sits on the neck or the outlet pipe.
  • a particularly firm and gas-tight seat is thus realized in the coupling region by the support rings while high flexibility of the sealing ring with respect to radial and axial displaceability.
  • the inner housing is preferably mounted radially and axially movably relative to the outlet tube relative to a turbine rotational axis. According to the invention, this results in particular in the advantage that there is no impairment of the inner housing by the sealing ring in the radial or axial direction. A grinding of the turbine wheel in operation of the exhaust gas turbocharger is thus avoided. Furthermore, this results according to the invention, the advantage that occurring manufacturing tolerances are compensated during the production of the individual components.
  • the sealing ring has a wall thickness of less than 0.3 mm, preferably less than 0.2 mm.
  • the sealing ring can be adapted to a wide range of uses by free choice of material.
  • materials for example, here are metallic or even light metal materials that are used, conceivable. Fiber-reinforced materials or GFRP / CFRP materials or even materials with ceramic components are also conceivable.
  • a nickel-based alloy of the sealing ring is used to produce a sealing ring with very low housing wall thicknesses.
  • the sealing ring is double-walled.
  • the sealing ring consists of two wall layers. Between the wall layers in turn an air space is formed, which leads to further insulation.
  • a seal which is designed as a hybrid component. This means that both wall layers consist of different materials, which have already been mentioned before.
  • Figure 1 is a sectional view through an inventive
  • Figure 2 is a detail view of a compound of the invention
  • Austassrohrs with a connecting piece via a sealing ring.
  • FIG. 1 shows an inventive turbine housing 1 of an exhaust gas turbocharger.
  • the turbine housing 1 consists of an outer housing 2 and an inner housing 3, on the inner housing 3 and outer housing 2 is arranged an outlet 4 with an outlet 5.
  • the outlet 5 shows in the direction of the inner housing 3.
  • the outlet 4 serves to couple with a Not shown here, the turbine housing 1 nachgeschaiteten exhaust system.
  • the Ausiassrohr 5 is connected to the inner housing 3 via a sealing ring 6.
  • the sealing ring 6 is pushed over the outlet pipe 5.
  • the coupling point of sealing ring 6 and outlet pipe 5 has an outlet pipe support ring 7, which comprises the sealing ring 6.
  • the sealing ring 6, the outlet tube support ring 7 and the outlet tube 5 are coupled together in a material-locking manner via a joining seam 8.
  • the outlet tube support ring 7 widens in the direction of the inner housing 3 in its inner diameter 9.
  • a coupling region 10 is formed, in which the components come to rest flatly.
  • the Dichtrina 6 is arranged on its other side to a nozzle 1 1 of the inner housing 3 to the plant coming.
  • the sealing ring 6 has starting from the coupling region 10 with the outlet tube 5 an everted course.
  • the sealing ring 6 is deformed at an angle of about 180 degrees such that its portion 13, which comes into abutment with the nozzle 11, extends to a base body portion 14 of the sealing ring 6 at a distance a.
  • a contact region 15 of the sealing ring 6 with the nozzle 1 1 and the sealing ring 6 is substantially flat to the plant.
  • the sealing ring 6 is further included in the contact area 15 by an inner housing support ring 16.
  • the inner housing support ring 16 widens its inner diameter 17 in the direction of the inner housing 3.
  • In the system area 15 of the inner housing support ring 16 is formed such that it comes into contact with the sealing ring 6 substantially flat.
  • the sealing ring 6 has a substantially J-shaped profile in cross section. Relative to a turbine wheel axis of rotation 18, an elasticity Ea in the direction of the turbine wheel axis of rotation 18 and an elasticity Er radially to the turbine wheel axis of rotation 18 are made possible by the sealing ring 6.
  • the inner housing 3 can thus thermally expand both in the radial and in the axial direction, without there being any contact between the inner housing 3 and the outlet flange 4
  • FIG. 2 shows a detailed view of the coupling according to the invention of outlet tube 5 and connection piece 11.
  • the outlet tube 5 has a rounding 20 at its end region 19. This also ensures that a displacement of the sealing ring 6 causes no abrasive or crack-forming effect in connection with the end portion 19 of the outlet tube 5. The durability of the coupling according to the invention is thus increased.
  • This rounding 21 is caused by the widening inner diameter 17 of the Auslassrohrstützrings 7.
  • the mecanicgeophen- support ring 16 has a rounded portion 22 which is formed by the flared inner diameter 9 of the inner housing support ring 16.
  • the inner housing support ring 16, the sealing ring 6 and the nozzle 11 is materially coupled with an additional joint seam 23.
  • the joining seam 23 is seated outside the exhaust gas flow direction A.
  • the distance a allows an elastic movement in the radial direction and the base body portion 14 of the sealing ring 6 an elastic possibility of movement in the axial direction, in each case based on the Turbinenradcardachse not shown here.
  • the sealing ring 6 preferably has a wall thickness W over its entire course.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse (1) eines Abgasturboladers, welches ein Außengehäuse (2) umfasst, in dem ein Innengehäuse (3) mit einem rohrförmigen Stutzen (11) und ein Auslassrohr (5) zum Anschluss an einer Abgasanlage angeordnet sind. Das Auslassrohr (5) ist mit dem rohrförmigen Stutzen (11) relativ verschieblich über einen Dichtring (6) gekoppelt- Der Dichtring (6) ist nach innen umgestülpt und auf den Stutzen (11) aufgeschoben und von einem Innengehäusestützring (16) umfasst, so dass ein fluiddichter Sitz auf dem Innengehäusestutzen sichergestellt ist. Der Dichtring (6) ist weiterhin auf das Auslassrohr (5) geschoben und dort auch mit einem Auslassrohrstützring (7) fluiddicht so auf das Auslassrohr (5) gekoppelt, dass eine besonders langlebige Verbindung hergestellt ist. Beide Stützringe sind mit dem Dichtring (6) und dem Auslassrohrstutzen oder aber dem Innengehäuse (3) zusätzlich stoffschlüssig gekoppelt.

Description

Abaasturbolader
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Verbrennungskraftmaschinen insbesondere im Einsatz für Kraftfahrzeuge werden in zunehmendem Maße durch Strömungsmaschinen aufgeladen, um den Wirkungsgrad weiter zu steigern und damit den Kraftstoffverbrauch zu senken. Bevorzugt werden als Strömungsmaschinen Turbolader eingesetzt. Dabei werden die Turbolader und insbesondere die Turboladergehäuse sehr genau an die Leistungscharakteristik des jeweiligen Motors angepasst.
Damit der Turbolader selber mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten kann, ist die Einhaltung exakter Spaltmaße einzelner Bauteile des Turboladers vor, während und nach dem Betrieb von besonderer Bedeutung. Zwischen den einzelnen Betriebszuständen treten Temperaturunterschiede von bis zu mehreren 100°C auf, die bei den verschiedenen Bauteilen und eingesetzten Materialien sowie Materialstärken voneinander abweichende Ausdehnungen der Bauteile untereinander zur Folge haben. Im Falle der Ausdehnung ändern sich auch die Spaltmaße, sodass ein unerwünschtes Blowby innerhalb des sich auch die Spaltmaße, sodass ein unerwünschtes Blowby innerhalb des Turboladers auftreten kann. Hierdurch reduziert sich der Wirkungsgrad des Turboladers. Ebenfalls kann es dazu kommen, dass die Bauteile durch unterschiedliche Ausdehnungen miteinander in Kontakt kommen. Schlimmstenfalls entstehen Kollisionen der Bauteile untereinander, die Schäden oder aber einen totalen Ausfall des Turboladers mit sich bringen.
Weiterhin ist die Gewichtsreduzierung aller im Kraftfahrzeugbau eingesetzten Materialien und Komponenten von besonderer Bedeutung. Hierbei steht die Herstellung eines Turboladers, insbesondere eines Turboladergehäuses in Biechbauweise unter dem Aspekt einer Möglichkeit, einen Abgasturboiaaer besonders gewichtsoptimiert herzustellen.
In der DE 100 22 0 52 A1 wird die Entkoppelung von abgasführenden Bauteilen und tragenden bzw. dichtenden Außenstrukturen vorgeschlagen. Während die abgasführenden Bauteile eines Turboladers hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, sodass sie im Betrieb glühen, sind die thermischen Belastungen der dichtenden Außenstrukturen bedeutend geringer. Allerdings unterliegt auch das Außengehäuse besonders in den Bereichen der Anbindung an das Lagergehäuse eines Turboladers und auch an den Einströmseiten des relativ heißen Abgases sehr hohen thermischen und strömungstechnischen Belastungen.
Das Außengehäuse eines Abgasturboladers besteht in der Regel aus umgeformten Blechschalen, die üblicherweise über thermische Fügeverfahren mit Lagerflanschen verschweißt sind. Ebenfalls mit den Lagerflanschen gekoppelt, ist ein Innengehäuse des Abgasturboladers.
In der Regel liegen die Innengehäuse an den Lagerflanschen an oder sind zusätzlich mit diesen stoffschlüssig gekoppelt. Hier kann es jedoch im Falle des Anliegens über die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu Undichtigkeiten und somit zu einem Blowby kommen. Im Falle einer stoffschlüssigen Koppelung ist die Wärmeeinflusszone des thermischen Fügevorgangs geometrisch und werkstofftechnisch durch den thermischen Fügevorgang geschwächt. An dieser Stelle kann es unter extremen Belastungen zu Ermüdungsbrüchen oder aber auch Rissbildungen kommen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Dichtigkeit und die Dauerhaltbarkeit eines Abgasturboladers derart zu erhöhen, dass thermische Belastungen nicht zu einem frühen Bauteilversagen führen und dass thermisch bedingte Ausdehnungen durch den Aufbau des Abgasturboladers kompensiert werden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird durch ein Turbinengehäuse mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
Das erfindungsgemäße Turbinengehäuse eines Abgasturboladers umfasst ein Außengehäuse, in dem ein Innengehäuse mit einem rohrförmigen Stutzen und ein Auslassrohr zum Anschluss an eine Abgasanlage angeordnet sind, wobei das Auslassrohr mit dem rohrförmigen Stutzen relativ verschieblich über einen Dichtring gekoppelt ist. Der Dichtring ist nach Innen umgestülpt und auf den Stutzen aufgeschoben, wobei ein Innengehäusestützring vorgesehen ist, welcher den Dichtring an der Koppelstelle mit dem Stutzen umgreift
Der Dichtring ist erfindunggemäß so angeordnet, dass er das Innengehäuse mit dem Auslassrohr verbindet und den Innenraum des Innnengehäuses und den Innenraum des Auslassrohrs gegenüber dem Außengehäuse abdichtet. Er kann auch im Rahmen der Erfindung schlauchförmig ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass ein Temperaturausdehnungsausgleich hergestellt ist, der durch elastische Verformung des Dichtrings realisiert ist. Gleichzeitig ermöglicht der Dichtring eine gasdichte Abdichtung des innenraums des innengehäuses gegenüber dem durch das Außengehäuse und das Innengehäuse eingeschlossenen Raums. Die erfindungsgemäß umgestülpte Ausführungsvariante des Dichtrings ermöglicht eine elastische Anordnung des Dichtrings. Ein erfindungsgemäßes Turbinen- gehäuse kann hergestellt werden durch einen Dichtring, der auf den Stutzen umgestülpt wird oder aber bereits vorher durch einen Umformprozess umgestülpt ist und dann mit dem umgestülpten Bereich auf den Stutzen aufgeschoben ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind der Innengehäuse- stützring, der Dichtring und der Stutzen stoffschlüssig miteinander gekoppelt. Eine sichere Anlage des Stutzens an den Dichtring bzw. des Dichtrings an den Stutzen ist durch die umgestülpte Ausführung des Dichtrings realisiert. Zusätzlich wird diese durch den Innengehäusestützring verstärkt, so dass unter dem innengehäusestützring ein Spannring zu verstehen ist, der die Koppelstelle zwischen Dichtring und Stutzen weiter verspannt.
Erfindungsgemäß kann zusätzlich eine stoffschlüssige Koppelung erfolgen, um die Dichtigkeit gerade in Bezug auf die Langlebigkeit weiter zu erhöhen. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung ist beispielsweise eine Klebeverbindung, eine Lötverbindung oder aber auch eine Schweißverbindung zu verstehen. Die stoffschlüssige Verbindung wird dabei im Rahmen der Erfindung bevorzugt an der dem Abgas abgewandten Seite aufgebracht, so dass die Fügenaht nicht dem heißen Abgasstrom ausgesetzt ist. Auch ergibt sich somit der Vorteil, dass die um die Fügenaht umliegende Wärmeeinflusszone nicht dem heißen Abgasstrom ausgesetzt ist Dies erhöht die Langlebigkeit der so hergestellten Verbindung innerhalb des Turbinengehäuses.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist an der Kopplungsstelle des Dichtrings mit dem Auslassrohr der Dichtring auf das Auslassrohr aufgeschoben und ein Auslassrohrstützring den Dichtring umgreifend angeordnet. Hierdurch ergeben sich für die Kopplung des Dichtrings mit dem Auslassrohr die analogen Vorteile wie bei der Kopplung des Dichtrings mit dem Stutzen. Im Rahmen der Erfindung ist es auch hier vorstellbar, dass der Dichtring umgestülpt auf das Auslassrohr aufgeschoben ist und zusätzlich die Koppelung zwischen Auslassrohr und Dichtring durch den Auslassrohrstützring in der Gasdichtheit gerade in Bezug auf die Langlebigkeit weiter erhöht wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind der Auslassrohrstützring, das Auslassrohr und der Dichtring stoffschlüssig miteinander gekoppelt. Hierdurch ergeben sich analog die gleichen Vorteile, die bereits bei der Kopplung des Innengehäusestützrings, des Dichtrings und des Stutzens vorliegen.
Vorzugsweise sind der Innengehäusestützring und/oder der Auslassrohrstützring in Richtung des Innengehäuses aufgeweitet. Gerade in Bezug auf die Langlebigkeit und unter dem Aspekt des Einsatzes von dünnwandigem Material des Dichtrings ergibt sich somit der Vorteil, dass bei Reiativbewegungen bzw. relativen Verschiebungen, und somit Bewegungen des Dichtrings, keine scharfen Kanten an dem Dichtring zur Anlage kommen. Durch die Aufweitung wird ein Entlastungsspalt zwischen Stützring und Dichtring hergestellt, der Rissbildungen oder Materialverdünnungen vermeidet und somit die Langlebigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Dichtring hergestellten Verbindung erhöht. Undichtigkeiten in Form von Mikrorissen oder aber auch Ermüdungsbrüchen innerhalb des Dichtrings werden somit erfindungsgemäß vermieden.
Im Rahmen der Erfindung ist unter einem Aufweiten der Stützringe ein Stützring mit einem aufgetulpten Ende zu verstehen. Das heißt, der Stützring weist über einen Aniagebereich, in dem er den Dichtring mit dem Auslassrohr oder aber dem Innengehäuse verspannt, einen konstanten Innendurchmesser auf, der sich dann zum aufgeweiteten Ende hin vergrößert.
Vorzugsweise ist in den Koppelungsstellen des Dichtrings mit dem Auslassrohr und/oder dem Stutzen eine Übermaßpassung ausgebildet. Eine Übermaßpassung ist im Rahmen der Erfindung eine Presspassung, bei der der Innendurchmesser des Dichtrings an der Koppelungsstelle grundsätzlich kleiner ist als der Außendurchmesser des Auslassrohrs oder aber des Stutzens an der Koppelungsstelle. Es erfolgt also grundsätzlich ein Presssitz zwischen Dichtring und Auslassrohr oder aber Stutzen. Die so hergestellte Verbindung ist besonders vorteilig in Bezug auf einen festen Sitz und auf eine FlukJdichtigkeit abgestimmt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist in den Koppelungsstellen des Dichtrings mit dem Innengehäusestützring und/oder dem Auslassrohrstützring eine Obermaßpassung ausgebildet Die Stützringe erhöhen somit den Festigkeitsfaktor, mit dem der Dichtring auf dem Stutzen oder aber dem Auslassrohr sitzt. Gerade in Bezug auf sehr dünnwandige Dichtringe wird durch die Stützringe somit im Koppelungsbereich ein besonders fester und gasdichter Sitz realisiert bei gleichzeitiger hoher Flexibilität des Dichtrings bezüglich radialer und axialer Verschieblichkeit.
Vorzugsweise ist das Innengehause gegenüber dem Auslassrohr radial und axial beweglich bezogen auf eine Turbinendrehachse gelagert Hierdurch ergibt sich erfindungsgemäß insbesondere der Vorteil, dass keine Beeinträchtigung des Innengehäuses durch den Dichtring in radialer oder axialer Richtung erfolgt. Ein Anschleifen des Turbinenrads in Betrieb des Abgasturboladers wird somit vermieden. Weiterhin ergibt sich hierdurch erfindungsgemäß der Vorteil, dass auftretende Fertigungstoleranzen während der Produktion der einzelnene Bauteile kompensiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist der Dichtring eine Wandstärke von weniger als 0,3 mm, bevorzugt weniger als 0,2 mm auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Gesamtsystem gerade in Bezug auf das Kaltstartverhalten einer Verbrennungskraftmaschine die Emissionswerte verringert. Durch sehr geringe Bauteilwandstärken kann sichergestellt werden, dass nur ein geringer Wärmeeintrag in die Bauteile erfolgt und somit ein verbessertes Katalysatoranspringverhalten sichergestellt ist. Der Katalysator bzw. die gesamte Abgasnachbehandlungseinheit die dem Abgasturbolader nachgeschaltet ist kommt somit schneller auf Betriebstemperatur und senkt damit die Emissionswerte der Verbrennungskraftmaschine. Im gesamten System des Abgasturboladers können somit im Rahmen der Erfindung auch bevorzugt Bauteile mit einer Wandstärke von weniger als 0, 1 mm eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß kann der Dichtring durch freie Werkstoffwahl einem breiten Einsatzspektrum angepasst werden. Beispielsweise sind hier metallische oder aber auch leichtmetallische Werkstoffe, die zum Einsatz kommen, denkbar. Auch sind faserverstärkte Werkstoffe oder aber GFK/CFK-Werkstoffe bzw. auch Werkstoffe mit Keramikanteilen denkbar. Bevorzugt wird eine Nickelbasislegierung des Dichtrings angewendet, um einen Dichtring mit sehr geringen Gehäusewandstärken herzustellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist der Dichtring doppelwandig ausgebildet. Hierunter ist zu verstehen, dass der Dichtring aus zwei Wandschichten besteht. Zwischen den Wandschichten ist wiederum ein Luftraum ausgebildet, der zur weiteren Isolierung führt. Im Rahmen der Erfindung ist es hier auch vorstellbar, einen Dichtnng einzusetzen, der als Hybridbauteil ausgebildet ist. Das heißt, dass beide Wandschichten aus unterschiedlichen Werkstoffen, die bereits zuvor genannt wurden, besteht.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den schematischen Zeichnungen dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes
Turbinengehäuse und
Figur 2 eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen Verbindung eines
Austassrohrs mit einem Stutzen über einen Dichtring.
In der Beschreibung werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt. Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse 1 eines Abgasturboladers. Das Turbinengehäuse 1 besteht aus einem Außengehäuse 2 und einem Innengehäuse 3, An dem Innengehäuse 3 bzw. Außengehäuse 2 angeordnet ist ein Auslassflansch 4 mit einem Auslassrohr 5. Das Auslassrohr 5 zeigt dabei in Richtung des Innengehäuses 3. Der Auslassflansch 4 dient der Koppelung mit einer hier nicht näher dargestellten, dem Turbinengehäuse 1 nachgeschaiteten Abgasanlage. Das Ausiassrohr 5 ist mit dem innengehäuse 3 über einen Dichtring 6 verbunden. Der Dichtring 6 ist über das Auslassrohr 5 geschoben. Zusätzlich weist die Koppelungsstelle von Dichtring 6 und Auslassrohr 5 einen Auslassrohrstützring 7 auf, der den Dichtring 6 umfasst. Zur besseren Koppelung sind der Dichtring 6, der Auslassrohrstützring 7 und das Auslassrohr 5 miteinander stoffschlüssig über eine Fügenaht 8 gekoppelt. Der Auslassrohrstützring 7 weitet sich in Richtung des Innengehäuses 3 in seinem Innendurchmesser 9 auf. Zwischen dem Dichtring 6 und dem Auslassrohr 5 sowie dem Auslassrohrstützring 7 ist ein Koppelungsbereich 10 ausgebildet, in dem die Komponenten jeweils flächig zur Anlage kommen.
Der Dichtrina 6 ist auf seiner anderen Seite an einem Stutzen 1 1 des Innengehäuses 3 zur Anlage kommend angeordnet. Der Dichtring 6 hat dabei ausgehend vom Koppelungsbereich 10 mit dem Auslassrohr 5 einen umgestülpten Verlauf. An einer Umstülpung 12 ist der Dichtring 6 mit einem Winkel von ca. 180 Grad derart umgeformt, dass sein Abschnitt 13, der mit dem Stutzen 11 zur Anlage kommt, zu einem Grundkörperbereich 14 des Dichtrings 6 mit einem Abstand a verläuft. In einem Anlagebereich 15 des Dichtrings 6 mit dem Stutzen 1 1 kommt auch der Dichtring 6 im Wesentlichen flächig zur Anlage.
Der Dichtring 6 ist im Anlagebereich 15 weiterhin von einem Innengehäusestützring 16 umfasst. Der Innengehäusestützring 16 weitet seinen Innendurchmesser 17 in Richtung zum Innengehäuse 3 auf. Im Anlagenbereich 15 ist der Innengehäusestützring 16 derart ausgebildet, dass er im Wesentlichen flächig mit dem Dichtring 6 zur Anlage kommt. Der Dichtring 6 weist im Querschnitt einen im Wesentlichen J-förmigen Verlauf auf. Bezogen auf einen Turbinenraddrehachse 18 wird durch den Dichtring 6 eine Elastizität Ea in Richtung der Turbinenraddrehachse 18 und eine Elastizität Er radial zur Turbinenraddrehachse 18 ermöglicht. Das Innengehäuse 3 kann sich somit thermisch sowohl in radialer als auch in axialer Richtung ausdehnen, ohne dass es zu einem Kontakt zwischen Innengehäuse 3 und Auslassflansch 4 kommt
Figur 2 zeigt eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Koppelung von Auslassrohr 5 und Stutzen 11. Das Auslassrohr 5 weist dabei an seinem Endbereich 19 eine Abrundung 20 auf. Hierdurch wird ebenfalls sichergestellt, dass ein Verschieben des Dichtrings 6 keinen abrasiven oder rissbildenden Effekt in Zusammenhang mit dem Endbereich 19 des Auslassrohrs 5 hervorruft. Die Dauerhaltbarkeit der erfindungsgemäßen Koppelung wird somit erhöht.
Ebenfalls ist eine Abrundung 21 des Auslassrohrstützrings 7 ausgebildet Diese Abrundung 21 ist hervorgerufen durch den sich aufweitenden Innendurchmesser 17 des Auslassrohrstützrings 7. Auch der Innengehäuse- stützring 16 weist eine Abrundung 22 auf, die durch den aufgeweiteten Innendurchmesser 9 des Innengehäusestützrings 16 ausgebildet ist. Zum besseren Sitz, gerade in Bezug auf die Dauerhaltbarkeit, ist der Innengehäusestützring 16, der Dichtring 6 und der Stutzen 11 mit einer zusätzlichen Fügenaht 23 stoffschlüssig gekoppelt. Die Fügenaht 23 sitzt außerhalb der Abgasströmungsrichtung A.
In der Folge ist die Fügenaht 23 und die die Fügenaht 23 umgebende Wärmeeinflusszone 24 nicht dem heißen und hochkorrosiven Bestandteile enthaltenen Abgasstrom direkt ausgesetzt. Der Abstand a ermöglicht dabei eine elastische Bewegung in radialer Richtung und der Grundkörperbereich 14 des Dichtrings 6 eine elastische Bewegungsmöglichkeit in axialer Richtung, jeweils bezogen auf die hier nicht näher dargestellte Turbinenraddrehachse. Der Dichtring 6 weist vorzugsweise über seinen gesamten Verlauf eine Wandstärke W auf. Bezugszeichen:
1 - Turbinengehäuse
2 - Außengehäuse
3 - Innengehäuse
4 - Auslassflansch
5 - Auslassrohr
6 - Dichtring
7 - Auslassrohrstützring
8 - Fügenaht zu 7
9 - Innendurchmesser zu 7 10 - Koppelungsbereich
1 1 - Stutzen
12 - Umstülpung
13 - Abschnitt zu 6 bei 1 1
14 - Grundkörperbereich v. 6
15 - Anlagebereich
16 - Innengehäusestützring 17 - Innendurchmesser zu 16
18 - Turbinenraddrehachse
19 - Endbereich zu 5
20 - Abrundung zu 19
21 - Abrundung zu 7
22 - Abrundung zu 16
23 - Fügenaht
24 - Wärmeeinflusszone
a - Abstand
Ea - Elastizität axial
Er - Elastizität radial
A - Abgasströmungsrichtung
W - Wandstärke

Claims

Patentansprüche
1. Turbinengehäuse (1) eines Abgasturboladers, weiches ein Außengehäuse (2) umfasst, in dem ein Innengehäuse (3) mit einem rohrförmigen Stutzen (11) und ein Auslassrohr (5) zum Anschluss an eine Abgasanlage angeordnet sind, wobei das Auslassrohr (5) mit dem rohrförmigen Stutzen (11) relativverschieblich über einen Dichtring (6) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (6) nach innen umgestülpt auf den Stutzen (11) aufgeschoben ist ein Innengehäusestützring (16) vorgesehen ist, welcher den Dichtring (6) an der Koppelstelle mit dem Stutzen (11) umgreift.
2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innengehäusestützring (16), der Dichtring (6) und der Stutzen (11) stoffschlüssig miteinander gekoppelt sind.
3. Turbinengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Koppelungsstelle des Dichtringes (6) mit dem Auslassrohr (5) der Dichtring (6) auf das Auslassrohr (5) aufgeschoben ist und ein Auslassrohrstützring (7) den Dichtring (6) umgreifend angeordnet ist.
4. Turbinengehäuse nach Anspruch 3, dad urch gekennzeich net, dass der Auslassrohrstützring (7), das Auslassrohr (5) und der Dichtring (6) stoffschlüssig miteinander gekoppelt sind.
5. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innengehäusestützring (16) und/oder Auslassrohrstützring (7) in Richtung des Innengehäuses (3) aufgeweitet sind.
6. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Koppelungsstellen des Dichtringes (6) mit dem Auslassrohr (5) und/oder dem Stutzen (11) eine Übermaßpassung ausgebildet ist.
7. Turbinengehäuse nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Koppelungsstellen des Dichtringes (6) mit dem Innengehäusestützring (16) und/oder Auslassrohrstützring (7) eine Übermaßpassung ausgebildet ist.
8. Turbinengehäuse nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (3) gegenüber dem Auslassrohr (5) radial und axial beweglich, bezogen auf eine Turbinenraddrehachse (18), gelagert ist.
9. Turbinengehäuse nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (6) eine Wandstärke (W) von weniger als 0,3 mm, bevorzugt weniger als 0,2 mm aufweist.
10. Turbinengehäuse nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (6) aus einer Nickelbasislegierung besteht.
11. Turbinengehäuse nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (6) doppelwandig ausgebildet ist.
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