WO2019011462A1 - Verbindungsvorrichtung für einen abgasturbolader und abgasturbolader - Google Patents

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WO2019011462A1
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exhaust gas
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recess
section
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Farhad Haddadian
Klaus Sperling
Daniel Just
Roberto De Santis
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Ihi Charging Systems International Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a connecting device for an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 8.
  • an exhaust gas turbocharger consists of a plurality of housing sections: a first housing section, which is generally traversed by hot gases, usually exhaust gas of an internal combustion engine, a second housing section, which rotatably mounted in the second housing portion Aufinnbare and between the first housing portion and a third
  • Housing portion which is permeated by ambient air in general, is positioned. Between the individual housing sections flange surfaces are formed, such that these flange surfaces are designed to be touched, so that leakage of the hot gas and the ambient air is largely avoided. If there are leaks between the flange surfaces, on the one hand, an overall efficiency of the exhaust gas turbocharger is reduced and, on the other hand, polluting exhaust gases occur between the first housing section and the second housing section, which is particularly to be avoided. It should be noted that the exhaust gas turbocharger should be dismantled, that is, for example, a cohesive connection between the individual flange surfaces could bring about a tightness between the flange surfaces, but then the exhaust gas turbocharger is no longer easy to disassemble and reassemble.
  • the connecting device is usually formed like a tubular clamp, wherein two extending over a circumference of the connecting device elements are connected at their ends facing each other at least on one side releasably connected by means of a screw-utter connection.
  • the published patent application DE 10 2014 103 683 A1 discloses a profile clamp whose ends of the elements facing each other in the region of the screw-nut connection are each provided with a nose, such that flange regions of the elements preferably exclusively with the lugs have a contact.
  • the elements are profiled executed and have flanks, which are designed trapezoidal, since the profile clamp for producing a
  • the object of the present invention is a secure connection
  • the invention relates to a connecting device for an exhaust gas turbocharger, having a substantially curved first element and a substantially curved second element.
  • the first element and the second element are detachable in a first end region and in a second end region, respectively, and are movably connected to one another in a third end region or a fourth end region, and between the first end region and the third end region
  • Receiving portion and between the second end portion and the fourth end portion extends a second receiving portion, wherein the receiving portions for receiving are provided by housing portions of the exhaust gas turbocharger.
  • a recess is formed to reduce stresses in the first element and / or in the second element. With the help of the recess, in particular if both elements have recesses, the over the circumference of the
  • connection device trained voltages Distribute the connection device trained voltages better. In other words, that an accumulation of the corresponding voltage is avoided at a certain point, such that there is a high value of the voltage at this point, while at any other point there is no or an insignificantly large voltage.
  • the recess is formed in a high tensile and compressive stresses having region of the corresponding element.
  • a cross section of the connecting device is reduced in the region of the recess, the resulting circumferential force is better distributed throughout the connecting device, such that an accumulation of tensile and compressive stresses is reduced.
  • three recesses in the receiving portion have proven to be advantageous. This is due to the fact that, in particular at the end regions of the element, the essentially curved receiving section is transferred into the respective end region with the aid of an extreme change in direction of an extension of the element. This results in almost rectangular contact areas of the end regions with the receiving portion. These contact areas are exposed to high tensile and compressive stresses. Thus, these can be reduced in each case thus in each case a recess in the receiving portion near the contact areas, respectively. to arrange the end portions of the element. Furthermore, a recess in the area of the housing first to be accommodated with the male housing sections, in particular with their section collars formed on flange surfaces, is in contact
  • Form receiving portion since this is at high tensile stresses in the production of the fixed connection with the exhaust gas turbocharger.
  • Receiving section formed. This leaves a strength of the receiving portion while reducing a band cross-section.
  • the elements are preferably profiled, having a U-shaped profile cross-section profile, formed. Under the u-shaped cross-sectional profile also falls a V-shaped cross-sectional profile with a specially matched angle between the profile flanks of the cross-sectional profile.
  • an improved overall elasticity of the connecting device can be achieved, which leads to an improved relative adaptation of the connecting device to the housing sections to be connected.
  • Recesses reduce stiffness at these locations and reduce stress spikes in the connector and housings.
  • the recess has a maximum width and a corresponding optimized shape, wherein the maximum width has a value which is at most as large as a value of a width of the tape.
  • the optimized shape is tuned to the distributed on the circumference axial force component.
  • the recess is formed predominantly rounded, whereby stress cracking due to sharp corners and / or edges of the recess can be excluded.
  • the second aspect of the invention relates to an exhaust gas turbocharger, with a first housing section which can be flowed through, in particular by hot exhaust gas, and a second housing section, the first housing section and the second housing section being connected to one another by means of a connecting device.
  • the connecting device is designed according to one of claims 1 to 7.
  • the housing sections During operation of the exhaust gas turbocharger, the housing sections have thermal expansion due to high exhaust gas temperatures. Thus, this thermal expansion can be done without significantly affecting the efficiency of the Exhaust gas turbocharger, the connecting device is designed according to one of claims 1 to 7. This leads to a secure connection between the housing sections and thus to a reduction or elimination of pollutant leakage.
  • Fig. 1 in a perspective view of an inventive
  • FIG. 1 in a cross section according to the connecting device.
  • FIG. 3 in a plan view of the connecting device acc. Fig. 1,
  • FIG. 4 is a plan view of a detail of the connecting device in a first alternative embodiment
  • Fig. 5 is a plan view of a section of the connecting device in a second alternative embodiment
  • Fig. 6 in a plan view of a section of the connecting device in a third alternative embodiment.
  • An exhaust gas turbocharger not shown in detail has a first housing section, in the form of a flow-through exhaust gas guide section, which in the operation of the
  • Exhaust gas turbocharger from a fluid usually flows through exhaust gas.
  • the exhaust gas is generally, but not necessarily, a combustion product of an internal combustion engine, not shown.
  • the exhaust gas turbocharger is associated with a second housing section, which is designed in the form of a bearing section and the storage of a non-illustrated Laufzeugs the exhaust gas turbocharger serves.
  • the bearing portion is positioned between a non-illustrated through-flow air guide portion of the exhaust gas turbocharger and the exhaust gas guide portion.
  • the running gear has a not-shown compressor wheel and a not-shown turbine wheel, which are rotatably connected to each other by means of a shaft, not shown.
  • the compressor wheel is arranged in a compressor wheel chamber, not shown, of the air guide section for the intake of generally fresh air.
  • the turbine wheel not shown in detail is rotatably received in a wheel chamber, not shown, of the exhaust gas guide section.
  • the turbine is in the operation of the exhaust gas turbocharger from the
  • Exhaust gas flowing portion exhaust gas flowing and driven, wherein it can perform a rotational movement.
  • This rotational movement can be transmitted to the compressor wheel with the aid of the shaft, which thus can execute a rotational movement simultaneously with the rotational movement of the turbine wheel.
  • Rotary motion is sucked in fresh air, which is compressed in the air guide section.
  • the exhaust gas guide section faces the bearing section at its end
  • the two flange surfaces are formed with respect to a longitudinal axis of the exhaust gas turbocharger, which corresponds to a rotational axis of the turbine wheel, extending both radially and circumferentially extending.
  • the exhaust-gas guide section has a first section collar opposite the bearing section, which axially adjacent a second section collar of the bearing section is assigned. The first flange surface and the second flange surface extend over the first section collar and the second section collar, respectively.
  • the exhaust guide portion and the bearing portion are by means of a
  • the connecting device 1 in the region of the flange surfaces connected to each other.
  • the connecting device 1 comprises a predominantly circumferentially curved first element 2 and a predominantly curved in the circumferential direction second element 3, which are connected to one another releasably by means of a first connecting element 4 and the other end movable by means of a second connecting element 5, s.
  • Fig. 1 in which the connecting device 1 is illustrated in a perspective view.
  • the connecting device 1 is in principle similar to one
  • a band-like connection device 1 comprising the first section collar and the second section collar in the radial, in the axial direction and in the circumferential direction is provided for connecting the two housing sections.
  • a first end portion 6 of the first element 2 and a second end portion 7 of the second element 3 are for making a connection by means of the first
  • Connecting element 4 which is designed in the form of a screw-nut element configured and for this purpose have a first clamping arm 8 and a second clamping arm 9.
  • the clamping arms 8, 9 each have an opening 10 is formed through which the first connecting element 4, the screw, can be inserted therethrough.
  • a head 11 of the first connecting element 4 is designed to rest on the first clamping arm 8.
  • a clamping disc 13 and a securing element 14 in this embodiment in the form of a nut, arranged so that the two elements 2, 3 by means of a biasing force of the first connecting element 4 can be clamped together.
  • the first element 2 extends with a first stop 15, via a first receiving section 16 as far as a third end area 17, which has a first securing element 18 in the form of an eye-shaped shape.
  • the second element 3 is of identical construction and extends from the second clamping arm 9 via a second receiving section 19 to a second securing element 20 in a fourth end region 21.
  • the second clamping arm 9 faces away from the second securing element 20 a second stop 22.
  • the two elements 2, 3 are for realizing a relative adaptation of a
  • Section coils made of a profile material with formed between a band 24 legs 25 which has a substantially U-shaped or V-shaped profile. Likewise, the profile could also be referred to as trapezoidal profile.
  • the connecting device 1 is illustrated in a cross section.
  • the points 26 marked with an arrow indicate points at which tensile and compressive stresses occur during operation, wherein the points 26, in particular in the third end region 17 and fourth end region 21, are places with intensive material deformation.
  • the first receiving portion 16 and the second receiving portion 19 recesses 27 are formed near the points 26, wherein also a particular during assembly to tensile stress loaded portion portion 28 of the receiving portions 16, 19 recesses 27 has.
  • Section formed recess 28 27 centrally located between the two formed in the region of the recess 26 recesses. This means that preferably the element 2; 3 has three recesses 27.
  • the locations of the tensile and compressive stresses are determined simulatively with the aid of computer programs so that the positioning of the recesses 27 leads to the reduction or elimination of the compressive and tensile stresses.
  • FIGS. 4 to 6 Shown in FIGS. 4 to 6 are different shapes of the recesses 27.
  • the choice of the appropriate shape of the recess 27 is dependent on the occurring or expected voltages and dependent on the selected material of the elements 2, 3. A further dependence is in the constructive
  • the shape of the recess 27 selected here is a slot opening. Preference is given to avoid sharp edges of the recess 27, since cracking can occur here.
  • the recesses 27 are the band 24 formed in its thickness D completely penetrating. To avoid a reduction in strength of the receiving portions 16, 19, the recesses 27 are formed in sections thereof. They are preferably symmetrical to form a band center 29, wherein its maximum width Bmax does not exceed half of a bandwidth B. Exceeding half of the
  • Bandwidth B could lead to weakening, i. a reduction of one
  • Connecting device 1 to be considered relative to the housing sections. Thus, a more pronounced thermal expansion on the side facing the exhaust gas guide portion side of the connecting device 1 can be expected, compared to the side facing the bearing portion arranged side of the connecting device. 1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für einen Abgasturbolader, mit einem im Wesentlichen gebogenen ersten Element (2) und einem im Wesentlichen gebogenen zweiten Element (3), wobei das erste Element (2) und das zweite Element (3) in einem ersten Endbereich (6) bzw. in einem zweiten Endbereich (7) lösbar und in einem dritten Endbereich (17) bzw. einem vierten Endbereich (21) bewegbar miteinander verbunden sind, und wobei sich zwischen dem ersten Endbereich (6) und dem dritten Endbereich (17) ein erster Aufnahmeabschnitt (16) und zwischen dem zweiten Endbereich (7) und dem vierten Endbereich (21) ein zweiter Aufnahmeabschnitt (19) erstreckt. Erfindungsgemäß weist zur Reduzierung von Spannungen die Verbindungsvorrichtung (1) eine im Element (2; 3) ausgebildete Ausnehmung (27) auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader mit einer Verbindungsvorrichtung (1).

Description

Verbindungsvorrichtung für einen Abgasturbolader und Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Zweckmäßigerweise besteht ein Abgasturbolader aus mehreren Gehäuseabschnitten: Einem ersten Gehäuseabschnitt, welcher im Allgemeinen von heißen Gasen, in der Regel Abgas einer Brennkraftmaschine, durchströmt wird, einem zweiten Gehäuseabschnitt, welcher ein drehbar im zweiten Gehäuseabschnitt gelagertes Laufzeug aufnehmbar ausgebildet ist und zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und einem dritten
Gehäuseabschnitt, welcher von im Allgemeinen Umgebungsluft durchströmbar ist, positioniert ist. Zwischen den einzelnen Gehäuseabschnitten sind Flanschflächen ausgebildet, derart, dass diese Flanschflächen einander berührbar ausgestaltet sind, so dass ein Ausströmen des heißen Gases und der Umgebungsluft weitestgehend vermieden wird. Sofern es zwischen den Flanschflächen zu Undichtheiten kommt, reduziert sich einerseits ein Gesamtwirkungsgrad des Abgasturboladers und andererseits treten zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und dem zweiten Gehäuseabschnitt umweltbelastende Abgase aus, was insbesondere zu vermeiden ist. Zu berücksichtigen ist, dass der Abgasturbolader zerlegbar sein sollte, das heißt, dass beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Flanschflächen zwar eine Dichtheit zwischen den Flanschflächen herbeiführen könnte, allerdings der Abgasturbolader dann nicht mehr einfach zerlegbar und wieder montierbar ist.
Insbesondere problematisch ist eine Verbindung zwischen dem abgasdurchströmten ersten Gehäuseabschnitt und dem luft- oder Schmiermittel- und/oder
wasserdurchströmten zweiten Gehäuseabschnitt, da es hier zu großen
Temperaturunterschieden sowie -Schwankungen zwischen den Gehäuseabschnitten kommt. Das bedeutet, dass das Verbindungselement unterschiedliche
Wärmeausdehnungen der Gehäuseabschnitte kompensieren muss und selbst
unterschiedlichen und wechselnden Spannungen unterliegt. Die Verbindungsvorrichtung ist üblicherweise rohrschellenformartig ausgebildet, wobei zwei sich über einen Umfang der Verbindungsvorrichtung erstreckende Elemente an ihren einander zugewandt ausgebildeten Enden zumindest einseitig lösbar mit Hilfe einer Schrauben- utter-Verbindung verbunden sind.
So kann beispielsweise der Offenlegungsschrift DE 10 2014 103 683 A1 eine Profilschelle entnommen werden, deren im Bereich der Schrauben-Mutter-Verbindung einander zugewandt ausgebildete Enden der Elemente, jeweils mit einer Nase versehen sind, derart, dass Flanschbereiche der Elemente bevorzugt ausschließlich mit den Nasen einen Kontakt aufweisen. Die Elemente sind profiliert ausgeführt und weisen Flanken auf, welche trapezformartig ausgeführt sind, da die Profilschelle zur Herstellung einer
Kegelflanschverbindung vorgesehen ist.
Im Betrieb eines die Verbindungsvorrichtung aufweisenden Abgasturboladers treten an bestimmten Stellen der Verbindungsvorrichtung, in der Regel an Endbereichen der im Wesentlichen schalenförmig ausgebildeten Elemente, die miteinander in Verbindung stehen, hohe Zug- und Druckspannungen auf. Diese Zug- und Druckspannungen können zu Dehnungen und im schlimmsten Fall zu Versagen durch Bruch im Betrieb führen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine eine sichere Verbindung
herbeiführende Verbindungsvorrichtung für einen Abgasturbolader bereitzustellen. Die weitere Aufgabe ist die Angabe eines verbesserten Abgasturboladers.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsvorrichtung für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird mit einem
Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für einen Abgasturbolader, mit einem im Wesentlichen gebogenen ersten Element und einem im Wesentlichen gebogenen zweiten Element. Das erste Element und das zweite Element sind in einem ersten Endbereich bzw. in einem zweiten Endbereich lösbar und in einem dritten Endbereich bzw. einem vierten Endbereich bewegbar miteinander verbunden, und wobei sich zwischen dem ersten Endbereich und dem dritten Endbereich ein erster
Aufnahmeabschnitt und zwischen dem zweiten Endbereich und dem vierten Endbereich ein zweiter Aufnahmeabschnitt erstreckt, wobei die Aufnahmeabschnitte zur Aufnahme von Gehäuseabschnitten des Abgasturboladers vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ist zur Reduzierung von Spannungen im ersten Element und/oder im zweiten Element eine Ausnehmung ausgebildet. Mit Hilfe der Ausnehmung, insbesondere sofern beide Elemente Ausnehmungen aufweisen, können sich die über den Umfang der
Verbindungsvorrichtung ausgebildeten Spannungen besser verteilen. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Kumulation der entsprechenden Spannung an einer bestimmten Stelle vermieden wird, derart, dass an dieser Stelle ein hoher Wert der Spannung vorliegt, während an einer anderen Stelle keine bzw. eine nur unwesentlich große Spannung vorliegt.
Es ergibt sich eine verbesserte Stabilität im Betrieb des Abgasturboladers, da die insbesondere unter schwankenden Betriebstemperaturen des Abgasturboladers auftretende Deformation aufgrund der besseren Verteilung der Spannung wesentlich reduziert ist.
Insbesondere ist die Ausnehmung in einem hohe Zug- und Druckspannungen aufweisenden Bereich des entsprechenden Elements ausgebildet. Ein Querschnitt der Verbindungsvorrichtung ist im Bereich der Ausnehmung zwar reduziert, jedoch wird die sich ergebende Umfangskraft besser in der gesamten Verbindungsvorrichtung verteilt, derart, dass eine Kumulation von Zug- und Druckspannungen reduziert ist.
Insbesondere haben sich drei Ausnehmungen in dem Aufnahmeabschnitt als vorteilhaft erwiesen. Dies ist darin zu begründen, dass insbesondere an den Endbereichen des Elementes der im wesentlichen gebogen ausgebildete Aufnahmeabschnitt mit Hilfe einer extremen Richtungsänderung einer Erstreckung des Elementes in den jeweiligen Endbereich überführt wird. So ergeben sich fast rechtwinklige Kontaktbereiche der Endbereiche mit dem Aufnahmeabschnitt. Diese Kontaktbereiche sind hohen Zug- und Druckspannungen ausgesetzt. Damit diese insbesondere reduziert werden können ist somit jeweils eine Ausnehmung im Aufnahmeabschnitt nahe den Kontaktbereichen resp. den Endbereichen des Elementes anzuordnen. Des Weiteren ist eine Ausnehmung in dem zuerst mit den aufzunehmenden Gehäuseabschnitten, insbesondere mit deren an Flanschflächen ausgebildeten Abschnittsbunden, sich berührenden Bereich des
Aufnahmeabschnitts auszubilden, da dieser bei Herstellung der festen Verbindung mit dem Abgasturbolader unter hohen Zugspannungen steht. Somit ist es vorteilhaft zumindest drei Ausnehmungen in dem Aufnahmeabschnitt vorzusehen. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Ausnehmung in einem Band des
Aufnahmeabschnitts ausgebildet. Dadurch bleibt eine Festigkeit des Aufnahmeabschnitts bei gleichzeitiger Reduzierung eines Bandquerschnitts. Bevorzugt sind die Elemente profiliert, ein u-formartig ausgeführtes Querschnittsprofil aufweisend, ausgebildet. Unter dem u-formartigen Querschnittsprofil fällt auch ein V-formartiges Querschnittsprofil mit einem speziell abgestimmten Winkel zwischen Profilflanken des Querschnittsprofils. Dadurch kann eine verbesserte Gesamtelastizität der Verbindungsvorrichtung erzielt werden, die zu einer verbesserten relativen Anpassung der Verbindungsvorrichtung an die zu verbindenden Gehäuseabschnitte führt. Beim Anziehen, mit anderen Worten beim Verspannen der Verbindungsvorrichtung entstehen an Flanschen des Lager- und Turbinengehäuses durch die eingebrachte Axialkraft am Umfang der
Verbindungsvorrichtungen Biegespannungen. Diese Biegespannungen haben im Bereich der Endabschnitte, insbesondere an abgeknickten Bereichen, ein Maximum. Die
Ausnehmungen führen zu einer Reduzierung der Steifigkeit an diesen Stellen und reduzieren die Spannungsspitzen in der Verbindungsvorrichtung und den Gehäusen.
Zur Erhaltung eines hinreichend großen Widerstandsmomentes des die Ausnehmung aufweisenden Elementes weist die Ausnehmung eine maximale Breite und eine entsprechende optimierte Form auf, wobei die maximale Breite einen Wert aufweist, der höchstens so groß ist wie ein Wert einer Breite des Bandes. Die optimierte Form ist abgestimmt auf die am Umfang verteilte einzuleitende axiale Kraftkomponente.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung ist die Ausnehmung überwiegend abgerundet ausgebildet, wodurch eine Spannungrissbildung aufgrund von scharfen Ecken und/oder Kanten der Ausnehmung ausgeschlossen werden kann.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader, mit einem insbesondere von heißem Abgas durchströmbaren ersten Gehäuseabschnitt und einem zweiten Gehäuseabschnitt, wobei der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt miteinander mit Hilfe einer Verbindungsvorrichtung verbunden ausgebildet sind.
Erfindungsgemäß ist die Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet.
Im Betrieb des Abgasturboladers weisen die Gehäuseabschnitte aufgrund hoher Abgastemperaturen eine Wärmeausdehnung auf. Damit diese Wärmeausdehnung erfolgen kann ohne wesentliche Beeinträchtigung eines Wirkungsgrades des Abgasturboladers ist die Verbindungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet. Dies führt zu einer sicheren Verbindung zwischen den Gehäuseabschnitten und somit zu einer Reduzierung oder Eliminierung einer Schadstoffleckage.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. 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. Es zeigen:
Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße
Verbindungsvorrichtung für einen Abgasturbolader,
Fig. 2 in einem Querschnitt die Verbindungsvorrichtung gem. Fig. 1 ,
Fig. 3 in einer Draufsicht die Verbindungsvorrichtung gem. Fig. 1 ,
Fig. 4 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der Verbindungsvorrichtung in einem ersten alternativen Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der Verbindungsvorrichtung in einem zweiten alternativen Ausführungsbeispiel, und
Fig. 6 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der Verbindungsvorrichtung in einem dritten alternativen Ausführungsbeispiel.
Ein nicht näher dargestellter Abgasturbolader weist einen ersten Gehäuseabschnitt auf, in Form eines durchströmbaren Abgasführungsabschnitts, welcher im Betrieb des
Abgasturboladers von einem Fluid, in der Regel von Abgas durchströmt wird. Das Abgas ist im Allgemeinen, aber nicht zwangsweise, ein Verbrennungsprodukt einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine.
Dem Abgasturbolader ist ein zweiter Gehäuseabschnitt zugeordnet, welcher in Form eines Lagerabschnitts ausgebildet ist und der Lagerung eines nicht näher dargestellten Laufzeugs des Abgasturboladers dient. Der Lagerabschnitt ist zwischen einem nicht näher dargestellten durchströmbaren Luftführungsabschnitt des Abgasturboladers und dem Abgasführungsabschnitt positioniert.
Das nicht näher dargestellte Laufzeug weist ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad und ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad auf, welche miteinander mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Welle drehfest verbunden sind. Das Verdichterrad ist in einer nicht näher dargestellten Verdichterradkammer des Luftführungsabschnitts zum Ansaugen von im Allgemeinen Frischluft angeordnet. Das nicht näher dargestellte Turbinenrad ist in einer nicht näher dargestellten Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar aufgenommen.
Das Turbinenrad wird im Betrieb des Abgasturboladers von dem den
Abgasführungsabschnitt durchströmenden Abgas beaufschlagt und angetrieben, wobei es eine Drehbewegung ausführen kann. Diese Drehbewegung ist mit Hilfe der Welle auf das Verdichterrad übertragbar, welches somit simultan zur Drehbewegung des Turbinenrads eine Drehbewegung ausführen kann. Mit Hilfe des Verdichterrades und dessen
Drehbewegung wird Frischluft angesaugt, welche im Luftführungsabschnitt verdichtet wird.
Der Abgasführungsabschnitt weist an seinem dem Lagerabschnitt zugewandt
ausgebildeten Ende eine erste Flanschfläche auf. Dieser ersten Flanschfläche
gegenüberliegend ist eine zweite Flanschfläche des Lagerabschnitts ausgebildet, wobei die beiden Flanschflächen überwiegend komplementär ausgebildet sind.
Die beiden Flanschflächen sind bezogen auf eine Längsachse des Abgasturboladers, welche einer Drehachse des Turbinenrades entspricht, sich sowohl radial als auch in Umfangsrichtung erstreckend ausgebildet. Der Abgasführungsabschnitt weist einen dem Lagerabschnitt gegenüberliegenden ersten Abschnittsbund auf, welchem axial benachbart ein zweiter Abschnittsbund des Lagerabschnitts zugeordnet ist. Die erste Flanschfläche und die zweite Flanschfläche erstrecken sich über den ersten Abschnittsbund bzw. den zweiten Abschnittsbund.
Der Abgasführungsabschnitt und der Lagerabschnitt sind mittels einer
erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 1 im Bereich der Flanschflächen miteinander verbunden. Die Verbindungsvorrichtung 1 umfasst ein überwiegend in Umfangsrichtung gebogenes erstes Element 2 und ein überwiegend in Umfangsrichtung gebogenes zweites Element 3, die einends lösbar mittels eines ersten Verbindungselements 4 und anderenends bewegbar mittels eines zweiten Verbindungselements 5 miteinander verbunden sind, s. Fig. 1 , in der die Verbindungsvorrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht illustriert ist. Die Verbindungsvorrichtung 1 ist prinzipiell ähnlich einer
Rohrschellenverbindung ausgebildet. Mit anderen Worten ist zur Verbindung der beiden Gehäuseabschnitte eine den ersten Abschnittsbund und den zweiten Abschnittsbund in radialer, in axialer Richtung und in Umfangsrichtung zumindest teilumfänglich umfassende bandformartige Verbindungsvorrichtung 1 vorgesehen.
Ein erster Endbereich 6 des ersten Elementes 2 und ein zweiter Endbereich 7 des zweiten Elementes 3 sind zur Herstellung einer Verbindung mit Hilfe des ersten
Verbindungselementes 4, welches in Form eines Schrauben-Mutter-Elementes ausgebildet ist, ausgestaltet und weisen hierzu einen ersten Spannarm 8 bzw. einen zweiten Spannarm 9 auf. In den Spannarmen 8, 9 ist jeweils eine Öffnung 10 ausgeführt, durch die das erste Verbindungselement 4, die Schraube, hindurch steckbar ist. Ein Kopf 11 des ersten Verbindungselementes 4 ist auf den ersten Spannarm 8 aufliegend ausgeführt. An dem vom Kopf 11 abgewandt ausgebildeten Elementende 12 sind eine Klemmscheibe 13 und ein Sicherungselement 14, in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Mutter, angeordnet, damit die beiden Elemente 2, 3 mit Hilfe einer Vorspannkraft des ersten Verbindungselementes 4 miteinander verspannt werden können.
Das erste Element 2 erstreckt sich ausgehend vom ersten Spannarm 8 mit einem ersten Anschlag 15, über einen ersten Aufnahmeabschnitt 16 bis zu einem dritten Endbereich 17, welcher ein ösenformartig ausgebildetes erstes Sicherungselement 18 aufweist. Das zweite Element 3 ist identisch ausgebildet und erstreckt sich ausgehend vom zweiten Spannarm 9 über einen zweiten Aufnahmeabschnitt 19 bis zu einem ösenformartig ausgebildeten zweiten Sicherungselement 20 in einem vierten Endbereich 21. An seinem vom zweiten Sicherungselement 20 abgewandt ausgebildeten zweiten Endbereich 7 weist der zweite Spannarm 9 einen zweiten Anschlag 22 auf.
Die beiden Elemente 2, 3 sind zur Realisierung einer relativen Anpassung eines
Innenumfangs 23 der Verbindungsvorrichtung 1 an einen Außenumfang der
Abschnittsbunde aus einem Profilmaterial mit zwischen einem Band 24 ausgebildeten Schenkeln 25 hergestellt, welches im Wesentlichen ein u-förmiges oder v-förmiges Profil aufweist. Ebenso könnte das Profil auch als trapezformartiges Profil bezeichnet werden. In Fig. 2 ist die Verbindungsvorrichtung 1 in einem Querschnitt illustriert. Die mit einem Pfeil markierten Stellen 26 kennzeichnen Stellen, an denen Zug- und Druckspannungen im Betrieb auftreten, wobei die Stellen 26, insbesondere im dritten Endbereich 17 und vierten Endbereich 21 Stellen mit einer intensiven Materialumformung sind.
Zur Reduzierung dieser Zug- und Druckspannungen weisen der erste Aufnahmeabschnitt 16 und der zweite Aufnahmeabschnitt 19 Ausnehmungen 27 auf. Die Ausnehmungen 27 sind nahe den Stellen 26 ausgebildet, wobei ebenso ein insbesondere während der Montage auf Zugspannung belasteter Abschnittsbereich 28 der Aufnahmeabschnitte 16, 19 Ausnehmungen 27 aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die im
Abschnittsbereich 28 ausgebildete Ausnehmung 27 mittig zwischen den beiden im Bereich der Stelle 26 ausgebildeten Ausnehmungen angeordnet. Das bedeutet, dass bevorzugt das Element 2; 3 drei Ausnehmungen 27 aufweist.
Idealerweise werden die Stellen der Zug- und Druckspannungen simulativ mit Hilfe von Rechenprogrammen ermittelt, damit die Positionierung der Ausnehmungen 27 zur Reduzierung oder Eliminierung der Druck- und Zugspannungen führt.
In den Figuren 4 bis 6 dargestellt sind unterschiedliche Formen der Ausnehmungen 27 dargestellt. Die Wahl der geeigneten Form der Ausnehmung 27 ist abhängig von den auftretenden bzw. zu erwartenden Spannungen sowie abhängig von dem gewählten Material der Elemente 2, 3. Eine weitere Abhängigkeit ist in den konstruktiven
Ausführungen der Verbindungselemente 4, 5 zu sehen.
Wie insbesondere in Fig. 3, in einer Draufsicht auf die erfindungsgemäße
Verbindungsvorrichtung 1 zu erkennen ist, ist die hier gewählte Form der Ausnehmung 27 eine Langlochöffnung. Bevorzugt sind scharfe Kanten der Ausnehmung 27 zu vermeiden, da es hier zu einer Rissbildung kommen kann.
Die Ausnehmungen 27 sind das Band 24 in seiner Dicke D vollständig durchdringend ausgebildet. Zur Vermeidung einer Festigkeitsreduzierung der Aufnahmeabschnitte 16, 19 sind die Ausnehmungen 27 abschnittsweise an diesen ausgebildet. Sie sind bevorzugt symmetrisch zu einer Bandmitte 29 auszubilden, wobei ihre maximale Breite Bmax die Hälfte einer Bandbreite B nicht überschreitet. Eine Überschreitung der Hälfte der
Bandbreite B könnte zu einer Schwächung, d.h. einer Reduzierung eines
Widerstandsmomentes eines die Ausnehmung 27 aufweisenden Querschnitts des entsprechenden Aufnahmeabschnitts 16; 19 führen, wodurch sich insbesondere durch erhöhte Temperaturen eine Aufweitung und damit Lockerung der Verbindungsvorrichtung 1 ergeben könnte.
Bei der Positionierung der Ausnehmungen 27 ist auch die Anordnung der
Verbindungsvorrichtung 1 relativ zu den Gehäuseabschnitten zu berücksichtigen. So wird eine ausgeprägtere Wärmedehnung auf der dem Abgasführungsabschnitt zugewandt angeordneten Seite der Verbindungsvorrichtung 1 zu erwarten sein, im Vergleich zu der dem Lagerabschnitt zugewandt angeordneten Seite der Verbindungsvorrichtung 1.

Claims

Patentansprüche
1. Verbindungsvorrichtung für einen Abgasturbolader, mit einem im Wesentlichen gebogenen ersten Element (2) und einem im Wesentlichen gebogenen zweiten Element (3), wobei das erste Element (2) und das zweite Element (3) in einem ersten Endbereich (6) bzw. in einem zweiten Endbereich (7) lösbar und in einem dritten Endbereich (17) bzw. einem vierten Endbereich (21 ) bewegbar miteinander verbunden sind, und wobei sich zwischen dem ersten Endbereich (6) und dem dritten Endbereich (17) ein erster Aufnahmeabschnitt (16) und zwischen dem zweiten Endbereich (7) und dem vierten Endbereich (21 ) ein zweiter
Aufnahmeabschnitt (19) erstreckt, wobei die Aufnahmeabschnitte (16, 19) zur Aufnahme von Gehäuseabschnitten des Abgasturboladers vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Reduzierung von Spannungen die Verbindungsvorrichtung (1 ) eine im Element (2; 3) ausgebildete Ausnehmung (27) aufweist.
2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmung (27) in dem Aufnahmeabschnitt (16; 19) ausgebildet ist.
3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmung (27) in einem hohe Zug- und Druckspannungen aufweisenden Bereich ausgebildet ist.
4. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aufnahmeabschnitt (16; 19) drei Ausnehmungen (27) aufweist.
5. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmung (27) in einem Band (24) des Aufnahmeabschnitts (16; 19) ausgebildet ist.
6. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmung (27) eine maximale Breite (Bmax) aufweist, die einen Wert aufweist, der höchstens so groß ist wie ein Wert einer Breite (B) des Bandes (24).
7. Verbindungvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmung (27) überwiegend abgerundet ausgebildet ist.
8. Abgasturbolader, mit einem insbesondere von heißem Abgas durchströmbaren ersten Gehäuseabschnitt und einem zweiten Gehäuseabschnitt, wobei der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt miteinander mit Hilfe einer Verbindungsvorrichtung (1 ) verbunden ausgebildet sind, wobei die
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet ist.
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