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Die
Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse für einen
Abgasturbolader eines Antriebsaggregats, mit wenigstens einem Spiralkanal,
welcher mit einem Abgastrakt des Antriebsaggregats koppelbar ist,
mit einem Aufnahmeraum für ein stromabwärts des
wenigstens einen Spiralkanals anordenbaren, mit Abgas beaufschlagbaren
Turbinenrad, welches um eine Drehachse drehbar in dem Turbinengehäuse
aufnehmbar ist, und mit einem in einem Übertrittsbereich zwischen
dem wenigstens einen Spiralkanal und dem Aufnahmeraum turbinengehäusefest
angeordneten Leitgitter. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein
Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses.
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Ein
derartiges Turbinengehäuse ist aus der
DE 10 2005 027 080 A1 bekannt.
Das Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader
einer Verbrennungskraftmaschine weist hierbei einen Spiralkanal auf,
welcher mit einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine koppelbar
ist. Stromabwärts des Spiralkanals ist ein Turbinenrad
angeordnet, welches um eine Drehachse drehbar in dem Turbinengehäuse
aufgenommen ist. In einem Übertrittsbereich zwischen dem
Spiralkanal und dem Turbinenrad ist ein Leitgitter turbinengehäusefest
angeordnet. Das Turbinengehäuse weist des Weiteren einen
in Richtung der Drehachse verstellbaren Axialschieber auf, mittels
welchem das Leitgitter mehr oder weniger weit überdeckbar
ist. Durch Verschieben des Axialschiebers ist also ein durchströmbarer
Querschnitt in dem Übertrittsbereich veränderbar.
Je nach axialer Position des Axialschiebers ist so ein unterschiedlich
großer Turbineneintrittsquerschnitt einstellbar. Um das Leitgitter
turbinengehäusefest anzuordnen, ist es vorgesehen, das
Turbinengehäuse mit einem Lagergehäuse zu verspannen,
in welchem eine Welle gelagert ist, welche drehfest mit dem Turbinenrad
verbunden ist.
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Durch
die fortwährende Verschärfung von Emissionsgrenzwerten,
insbesondere für Stickoxide und Ruß, steigen auch
die Anforderungen an Abgasturbolader bzw. an aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen.
So ergeben sich beispielsweise wachsende Anforderungen hinsichtlich
der Ladedruckbereitstellung über mittlere bis hohe Lastanforderungsbereiche
der Verbrennungskraftmaschine, wodurch Abgasturbolader geometrisch
zunehmend verkleinert werden müssen. Geforderte hohe Turbinenleistungen
von Abgasturboladern werden mit anderen Worten durch eine Steigerung
der Aufstaufähigkeit bzw. durch eine Verringerung der Schluckfähigkeit
des Abgasturboladers im Zusammenspiel mit der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine
realisiert. Um hierbei einer Verringerung des Wirkungsgrads der
Turbine entgegenzuwirken, hat sich das Vorsehen eines Leitgitters
in dem Übertrittsbereich zwischen dem wenigstens einen
Spiralkanal und dem Turbinenrad als vorteilhaft erwiesen.
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Eine
weitere Beeinflussung der Leistungsfähigkeit eines Abgasturboladers
ergibt sich durch im Abgastrakt stromabwärts der Turbine
angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtungen, welche einen Partikelfilter,
einen Katalysator und/oder ein SCR-System umfassen können
(SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion). Derartige
Abgasnachbehandlungseinrichtungen führen zu einer Druckerhöhung
auf einer Austrittsseite des Turbinengehäuses bzw. des
Abgasturboladers. Um ein zum Bereitstellen einer zufriedenstellenden Leistung
des Abgasturboladers ausreichendes Turbinendruckgefälle
zu erhalten, muss auch der Druck stromaufwärts der Turbine
erhöht werden. Als Turbinendruckgefälle ist hierbei
der Quotient des Drucks vor der Turbine und des Drucks nach der
Turbine ermittelbar.
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Ein
Auslegen der Turbinengröße zu besonders kleinen
Werten kann hier zwar die Leistungsanforderung der Verdichterseite
des Abgasturboladers befriedigen, geht jedoch mit geringeren Wirkungsgraden
der Turbine einher. Eine gewisse Verbesserung, insbesondere für
Verbrennungskraftmaschinen mit Abgasrückführsystemen,
bieten hierbei aus dem Stand der Technik bekannte Abgasturbolader,
deren Turbinengehäuse zwei unabhängig voneinander
mit Abgas durchströmbare und üblicherweise asymmetrisch
ausgebildete Spiralkanäle umfassen. Die Spiralkanäle
sind jeweils mit unterschiedlichen Abgassträngen des Abgastrakts
der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt. Jedoch haben auch hier
die Spiralkanäle derartiger Turbinengehäuse mittlerweile
Spiralengrößen erreicht, die durch Wandreibung
und aufgrund der kleinen Abmessungen zu sehr hohen Strömungsverlusten
führen. Zudem bestehen bezüglich der Abgasrückführfähigkeit
in Verbindung mit der erforderlichen Verbrennungsluft der Verbrennungskraftmaschine
besonders im unteren bis mittleren Drehzahlbereich gewisse Probleme.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Turbinengehäuse
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher das Leitgitter
besonders dicht sitzend an dem Turbinengehäuse angeordnet
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Turbinengehäuse mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe
durch ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Turbinengehäuse für einen
Abgasturbolader eines Antriebsaggregats weist wenigstens einen Spiralkanal
auf, welcher mit einem Abgastrakt des Antriebsaggregats koppelbar ist.
Stromaufwärts des wenigstens einen Spiralkanals ist ein
Aufnahmeraum für ein mit Abgas beaufschlagbares Turbinenrad
vorgesehen. Das Turbinenrad ist um eine Drehachse drehbar in dem
Turbinengehäuse aufnehmbar. In einem Übertrittsbereich
zwischen dem wenigstens einen Spiralkanal und dem Aufnahmeraum ist
ein Leitgitter turbinengehäusefest angeordnet, wobei das
Leitgitter mit dem Turbinengehäuse zumindest bereichsweise
stoffschlüssig verbunden ist. Durch das stoffschlüssige
Verbinden ist das Leitgitter besonders dicht sitzend an dem Turbinengehäuse
angeordnet.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei in das Turbinengehäuse
montierten Leitgittern Fertigungstoleranzen zu Leckagen führen
können, welche mit merklichen Wirkungsgradeinbußen der
Turbine einhergehen. Zusätzlich oder alternativ können
betriebspunktbedingte Temperaturunterschiede zwischen von dem Leitgitter
verschiedenen Bauteilen des Turbinengehäuses und dem Leitgitter zu
den Wirkungsgrad der Turbine verschlechternden Leckagen um das Leitgitter
herum führen. Ist das Leitgitter zumindest bereichsweise
stoffschlüssig mit dem Turbinengehäuse verbunden,
so weist die stoffschlüssige Verbindung von Leitgitter
und Turbinengehäuse eine besonders geringe Leckageanfälligkeit auf.
Mit anderen Worten ist so eine besonders hohe Dichtigkeit, insbesondere
Gasdichtigkeit erreichbar. Als Antriebsaggregat ist auch ein von
einer Verbrennungskraftmaschinen verschiedenes System, beispielsweise
ein Brennstoffzellensystem, einsetzbar.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Leitgitter an
zumindest einer Stirnseite zumindest bereichsweise mit dem Turbinengehäuse,
insbesondere gasdicht, verschweißt. Durch das Verschweißen
ist ein besonders sicheres stirnseitiges Festlegen des Leitgitters
an dem Turbinengehäuse ermöglicht.
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Hierbei
kann das Leitgitter einseitig verschweißt sein, insbesondere
an der einem Austrittskanal des Turbinengehäuses näher
liegenden Stirnseite. Ergänzend oder alternativ kann die
Schweißverbindung mit dem Turbinengehäuse an der
Stirnseite erfolgen, welche näher an einem an dem Turbinengehäuse
festlegbaren Lagergehäuse angeordnet ist.
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Ergänzend
oder alternativ kann das Leitgitter an zumindest einer Stirnseite
zumindest bereichsweise in das Turbinengehäuse, insbesondere
gasdicht, eingegossen sein. Durch das Eingießen ist ebenfalls
ein gasdichtes Festlegen des Leitgitters an dem Turbinengehäuse
erreichbar. Auch hierbei ist ein einseitiges oder zweiseitiges Festlegen
des Leitgitters an dem Turbinengehäuse möglich.
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Das
für ein jeweiliges Turbinengehäuse in Abhängigkeit
von Betriebsbedingungen des Antriebsaggregats geeignete Leitgitter
ist auf diese Weise dauerhaft und ohne ein betriebsbedingtes Auftreten von
Leckagen an dem Turbinengehäuse durch Verschweißen
und/oder Eingießen festlegbar.
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Bei
dem Eingießverfahren kann das Leitgitter als vorgefertigtes
Teil vorliegen, und durch Eingießen in dem Übertrittsbereich
zwischen dem wenigstens einen Spiralkanal und dem Aufnahmebereich
für das Turbinenrad turbinengehäusefest angeordnet werden.
Vorstellbar ist es jedoch auch, sowohl das mit dem Leitgitter zu
verbindende Turbinengehäuseteil, welches den wenigstens
einen Spiralkanal aufweist, als auch das Leitgitter als Fertigteile
bereitzustellen. Diese Fertigteile sind dann durch Teilaufschmelzung
mittels eines Eingießverfahrens verbindbar. Ebenso kann
lediglich das Turbinengehäuseteil, welches den wenigstens
einen Spiralkanal aufweist, als Fertigteil bereitgestellt sein,
und das Leitgitter mittels des Eingießverfahrens mit dem
Turbinengehäuseteil verbunden werden.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine mit dem Turbinengehäuse
verbundene Oberfläche des Leitgitters zumindest bereichsweise profiliert
ausgebildet ist. Dadurch ist zusätzlich zu dem stoffschlüssigen
Verbinden von Leitgitter und Turbinengehäuse ein Formschluss
bereitgestellt, welcher einem besonders sicheren Festlegen des Leitgitters
an dem Turbinengehäuse dient. Des Weiteren ist so eine
vergrößerte verbindbare Oberfläche des
Leitgitters bereitgestellt, welche sowohl beim Verbinden der Oberfläche
mittels Verschweißen als auch mittels des Eingießverfahrens
für eine besonders große Festigkeit und Dichtigkeit
der Verbindung sorgt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Turbinengehäuse wenigstens zweiteilig ausgebildet, wobei
an einem den wenigstens einen Spiralkanal umfassenden ersten Teilgehäuse
des Turbinengehäuses ein einen Austrittskanal umfassendes
zweites Teilgehäuse festlegbar ist. Dadurch dass das zweite
Teilgehäuse unabhängig von dem ersten Teilgehäuse
an dieses montierbar ist, ist insbesondere für das Verschweißen
des Leitgitters mit dem zweiten Teilgehäuse in vorteilhafter
Weise eine gute Zugänglichkeit gegeben.
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Auch
für das Verbinden des Leitgitters mit dem Turbinengehäuse
mittels des Eingießverfahrens ist es von Vorteil, wenn
das zweite Teilgehäuse nachträglich an dem ersten
Teilgehäuse festlegbar ist. Insbesondere ist es hierbei
möglich, das Leitgitter und/oder das erste Teilgehäuse
vor dem Montieren des zweiten Teilgehäuses nachzubearbeiten,
um so den Übertrittsbereich und/oder das Leitgitter innerhalb
vorgegebener, aufgrund thermodynamischer Bedingungen einzuhaltender
Toleranzen zu halten. Bei einer derartigen Nachbearbeitung kann
insbesondere ein spanabtragendes Verfahren zum Einsatz kommen. Durch
ein derartiges, präzises Nachbearbeiten ist ein besonders
hoher Wirkungsgrad der Turbine erreichbar.
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Solange
das den Austrittskanal umfassende zweite Teilgehäuse des
Turbinengehäuses noch nicht an dem wenigstens einen Spiralkanal
umfassenden ersten Teilgehäuse festgelegt ist, ist für
ein, insbesondere automatisches Schweißverfahren, beispielsweise
ein Laser- oder Elektronenstrahl-Schweißverfahren, vergleichsweise
viel Platz zum Verschweißen des Leitgitters mit dem ersten Teilgehäuse
vorhanden. Das Einbringen des Leitgitters in das erste Teilgehäuse
erfolgt jedoch vorab von der dem Lagergehäuse nahen Seite
des ersten Teilgehäuses aus.
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Von
Vorteil ist es weiterhin, wenn das Turbinengehäuse einen
zweiten mit dem Abgastrakt des Antriebsaggregats koppelbaren Spiralkanal
aufweist, welcher mittels einer Zwischenwandung von dem wenigstens
einen Spiralkanal abgegrenzt ist, wobei das Leitgitter mit der Zwischenwandung
zumindest bereichsweise verbunden ist. Mittels des Leitgitters ist
so eine Aufstaufähigkeit eines der wenigstens zwei Spiralkanäle
gegeben, ohne dass zum Erreichen der Aufstaufähigkeit der
Spiralkanal klein und somit mit vergleichsweise großen
Strömungsverlusten behaftet ausgelegt zu werden braucht.
In alternativen Ausführungsformen können auch
mehr als zwei Spiralkanäle in dem Turbinengehäuse
ausgebildet sein.
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Durch
das Leitgitter ist so eine asymmetrische Eigenschaft des Turbinengehäuses
erreichbar. Insbesondere kann es hierbei vorgesehen sein, den für
den stärker aufgestauten Abgasstrom ausgelegten Spiralkanal
einer Abgasrückführeinrichtung zuzuordnen. Durch
das vergleichsweise starke Aufstauen des Abgases in dem Spiralkanal,
welcher das mit der Zwischenwandung verbundene Leitgitter aufweist,
ist es ermöglicht, diesen Spiralkanal mit einem Strang des
Abgastrakts zu koppeln, aus welchem Abgas der Ladeluft zugeführt
wird.
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Ist
die Zwischenwandung formschlüssig mit dem Leitgitter verbunden,
so können mechanische Spannungen in der Zwischenwandung
durch ein Gleiten derselben im Lagerbereich abgebaut werden.
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Durch
das beispielsweise durch Verschweißen oder Eingießen
erreichbare Verbinden des Leitgitters mit der Zwischenwandung ist
demgegenüber eine gasdichte Trennung gegenüber
dem zweiten Spiralkanal erreichbar. Aus Platzgründen ist
es hierbei sinnvoll, das Leitgitter im Übertrittsbereich
desjenigen Spiralkanals anzuordnen, welcher dem Lagergehäuse
näher liegt als der zweite Spiralkanal.
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Hierbei
ist es von Vorteil, wenn die Zwischenwandung zumindest bereichsweise
einstückig mit dem Leitgitter ausgebildet ist. Die Trennung
der Spiralkanäle kann so mittels eines einstückig
mit dem Leitgitter vorgefertigten Teils und somit besonders genau
erreicht werden. Beim einstückigen Ausbilden der Zwischenwandung
mit dem Leitgitter können Leitgitter und Zwischenwandung
als Gussteil, insbesondere Feingussteil oder Genaugussteil, ausgebildet
und als Integralteil bereitgestellt werden.
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Hierbei
kann die Zwischenwandung von einem Zungenbereich, an welchem der Übertritt
des Abgases aus dem Spiralkanal heraus auf das Turbinenrad erfolgt,
bis zu einem Eintrittsflansch des Turbinengehäuses einstückig
mit dem Leitgitter ausgebildet sein. An dem Eintrittsflansch des
Turbinengehäuses ist ein dem jeweiligen Spiralkanal zugeordneter
Strang des Abgastrakts mit dem jeweiligen Spiralkanal koppelbar.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass die Zwischenwandung bereichsweise einstückig
mit dem die Spiralkanäle umfassenden Teilgehäuse
des Turbinengehäuses ausgebildet ist. Hierbei ist jedoch
insbesondere der mit dem Zungenbereich zu verbindende Abschnitt
der Zwischenwandung in vorteilhafter Weise einstückig mit
dem Leitgitter auszubilden und beispielsweise durch Eingießen
mit dem die Spiralkanäle umfassenden Teilgehäuse
zu verbinden.
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In
weiter vorteilhafter Weise umfasst die Zwischenwandung hierbei ein
in das Turbinengehäuse eingebettetes Verankerungsteil.
Mittels des Verankerungsteils ist ein Formschluss zwischen der Zwischenwandung
und dem Turbinengehäuse erreichbar, wodurch ein besonders
sicheres Festlegen der Zwischenwandung an dem Turbinengehäuse
erreichbar ist. Das Verankerungsteil kann als Bereich der Zwischenwandung
mit verbreitertem Querschnitt ausgeführt sein, welcher
im Gießprozess formschlüssig in das Turbinengehäuse
eingebettet wird. Auch eine hakenförmige Ausbildung des
Verankerungsteils oder ein Ausbilden eines T-Profils ist möglich.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Zwischenwandung wenigstens
einen Ausgleichsbereich auf, mittels welchem eine unterschiedliche
thermische Ausdehnung der Spiralkanäle und des Leitgitters
zumindest teilweise kompensierbar ist. Als solcher Ausgleichsbereich
kann eine Krümmung oder eine Abfolge mehrerer Krümmungen
in der Zwischenwandung vorgesehen sein. Temperaturspreizungen durch
unterschiedliche thermische Ausdehnung der Spiralkanäle
und des Leitgitters können so ohne größere
Spannungszunahmen kompensiert werden. Der Ausgleichsbereich kann
insbesondere wellenförmige Gestalt haben. Auch unterschiedliche
Relativdehnungen zwischen den Spiralkanälen, dem Leitgitter
und der Zwischenwandung selber sind so besonders gut beherrschbar.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Zwischenwandung
zumindest bereichsweise aus einem Blech gebildet ist, welches mit
dem Leitgitter, insbesondere gasdicht, verschweißt ist. Beim
Verschweißen der aus einem Blech gebildeten Zwischenwandung
kann ein automatisches Schweißverfahren, etwa auf Basis
eines Laser- oder Elektronenstrahlschweißprozesses, zum
Einsatz kommen. Ein derartiges, die Zwischenwandung und das Leitgitter
umfassendes Integralteil kann dann insbesondere durch Eingießen
an dem Turbinengehäuse festgelegt werden. Alternativ kann
die Zwischenwandung formschlüssig mit dem Leitgitter verbunden sein.
Auch die Anbindung der Zwischenwandung an das Turbinengehäuse
kann formschlüssig erfolgen.
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Ein
derartiges Integralteil ist mit besonders geringen Fertigungstoleranzen,
also besonders präzise herstellbar. Durch die glatten Oberflächen
des Blechs ist zudem ein Strömungsverlust des Abgases beim
Durchströmen der Spiralkanäle besonders gering.
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Demgegenüber
kann bei dem als einstückiges Gussteil, insbesondere Feingussteil
oder Genaugussteil, ausgebildeten Integralteil aus Leitgitter und Zwischenwandung
auf den Schritt des nachträglichen Verbindens der Zwischenwandung
mit dem Leitgitter verzichtet werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Übertrittsbereich zwischen
dem zweiten Spiralkanal und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad
ein Strömungsleitelement anordenbar, mittels welchem wenigstens
zwei voneinander verschiedene Strömungszustände
in dem Übertrittsbereich einstellbar sind. Ein solches Strömungsleitelement
kann als Vario-Einrichtung ein axial verschiebbares Leitgitter,
einen Axialschieber zum unterschiedlich weiten Überdecken
eines Leitgitters oder dergleichen Vario-Einrichtung umfassen. Mittels
einer solchen Vario-Einrichtung zum Verstellen der Turbinengeometrie
sind insbesondere auf eine Vielzahl von Betriebsbedingungen der
Turbine abgestimmte Strömungszustände einstellbar.
Insbesondere kann durch ein derartiges Strömungsleitelement
eine Turbobrake-Funktionalität (Turbo-Bremse) bereitgestellt
werden. Durch Verringern des durchströmbaren Querschnitts
im Übertrittsbereich zwischen dem zweiten Spiralkanal und
dem Turbinenrad mittels des Strömungsleitelements ist beim
Heranziehen des Strömungsleitelements für die
Turbobrake-Funktionalität ein Abgasgegendruck einstellbar, welcher
bremsend auf eine Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine wirkt.
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In
vorteilhafter Weise ist hierbei das Strömungselement in
das den Austrittskanal umfassende zweite Teilgehäuse des
Turbinengehäuses integriert. Auf der Seite dieses Austrittskanals
liegen nämlich in vorteilhafter Weise weniger beengte Platzverhältnisse
zum Vorsehen der Vario-Einrichtung vor als auf einer dem Lagergehäuse
nahen Seite des Turbinengehäuses.
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Insbesondere
kann so der zweite Spiralkanal unabhängig von dem das mit
der Zwischenwandung verbundene Leitgitter aufweisenden Spiralkanal
genutzt werden, um die Turbine an Anforderungen des Antriebsaggregats,
beispielsweise der Verbrennungskraftmaschine, anzupassen. So sorgt
das in dem Übertrittsbereich zwischen dem zweiten Spiralkanal
und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad angeordnete Strömungsleitelement
für eine Variabilität der Turbinengeometrie und
für das Bereitstellen der Turbobrake-Funktionalität.
Demgegenüber sorgt der Spiralkanal, in dessen Übertrittsbereich
das mit der Zwischenwandung verbundene Leitgitter angeordnet ist,
für das Bereitstellen einer Aufstaufähigkeit,
welche über einen weiten Drehzahlbereich, insbesondere
bereits im unteren und mittleren Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine,
eine Abgasrückführung ermöglicht.
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In
vorteilhafter Weise ist ein durchströmbarer Querschnitt
des zweiten Spiralkanals einem durchströmbaren Querschnitt
des wenigstens einen Spiralkanals zumindest im Wesentlichen gleich.
Bei einer derartigen, beispielsweise zweiflutigen und symmetrischen
Turbine ergeben sich in vorteilhafter Weise selbst in dem für
die Abgasrückführung genutzten, also das mit der
Zwischenwandung verbundene Leitgitter aufweisenden Spiralkanal allenfalls
geringe Strömungsverluste. Durch Vorsehen des mit der Zwischenwandung
verbundenen Leitgitters sind dennoch Eigenschaften einer asymmetrischen
Turbine erreichbar. In dem so vergleichsweise groß ausgelegten,
das mit der Zwischenwandung verbundene Leitgitter aufweisenden Spiralkanal
strömt das Abgas also beim Betreiben des Antriebsaggregats,
insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, besonders verlustarm.
Die für eine besonders gute Anströmung der Turbine
sorgende Beschleunigung des Abgases wird dann mittels des Leitgitters
auf besonders kurzem Weg erreicht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen
das Turbinengehäuse und das, insbesondere als Feingussteil
oder Genaugussteil ausgebildete, Leitgitter zumindest bereichsweise
den gleichen Werkstoff, insbesondere Stahlgusswerkstoff, auf. Durch
Wahl gleichartiger Werkstoffe ist ein Verbinden von Leitgitter und
Turbinengehäuse durch Verschweißen und/oder Eingießen
besonders gut zu bewerkstelligen. Als Stahlgusswerkstoff kann beispielsweise
der Werkstoff 1.4849 zum Einsatz kommen. Ein solcher Stahlgusswerkstoff
zeichnet sich unter anderem durch besonders hohe Rissfreiheit aus.
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Sind
sowohl das Turbinengehäuse als auch das Leitgitter aus
einem Stahlgusswerkstoff gebildet, so ist das gasdichte Verbinden
der Gussteile erleichtert. Thermodynamisch besonders gute Ergebnisse sind
hierbei dann erreichbar, wenn das Leitgitter als Feingussteil oder
Genaugussteil ausgebildet ist. Ein solches Feingussteil oder Genaugussteil
weist nämlich eine besonders hohe Genauigkeit auf. Demgegenüber
kann das Turbinengehäuse als weniger hohe Genauigkeitsanforderungen
hinsichtlich der Fertigung aufweisendes Gussteil, beispielsweise
als Sandgussteil, ausgebildet sein.
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Derartige,
mit unterschiedlich genauen Gießverfahren hergestellte
Gussteile, welche zumindest an Verbindungsstellen den gleichen Werkstoff
aufweisen, sind mittels des Eingießverfahrens und/oder durch
Verschweißen besonders gut gasdicht miteinander verbindbar.
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Als
weiter vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform des Turbinengehäuses
gezeigt, bei welcher der wenigstens eine Spiralkanal ein von dem Abgas
durchströmbares, insbesondere aus einem Blech gebildetes,
Innenteil aufweist, wobei zwischen einer Außenschale des
wenigstens einen Spiralkanals und dem Innenteil zumindest bereichsweise
ein thermisch isolierender Spalt ausgebildet ist. Eine derartige
Innenauskleidung des wenigstens einen Spiralkanals ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn das Turbinengehäuse bei einer Verbrennungskraftmaschine
zum Einsatz kommen soll, bei welcher besonderes hohe Abgastemperaturen
auftreten können. Beispielsweise ist eine Anwendung bei
Ottomotoren oder bei Dieselmotoren mit hoher Leistungsdichte und
entsprechend niedrigen Lambdawerten vorstellbar.
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Die
Strömungsführung des Abgases unterliegt hierbei
der geometrischen Gestaltung des Innenteils, welches beispielsweise
als durch zwei gasdicht miteinander verbundene Innenteilschalen
aus Blech gebildet ist. Die Außenschale des Spiralkanals dient
demgegenüber als Stützkorsett für das
strömungsführende Innenteil. Da die Außenschale
nicht der Strömungsführung des Abgases dient,
kann sie besonders kostengünstig, etwa als Graugussteil
oder Eisengussteil, gefertigt sein. Als weitere kostengünstige
Alternative kann für die Außenschale auch eine Aluminiumlegierung
zum Einsatz kommen. Des Weiteren sorgt die Außenschale
des wenigstens einen Spiralkanals für eine Kraftübertragung
zwischen dem Turbineneintrittsflansch, dem Lagergehäuse
und einem Turbinenaustrittsflansch.
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Das
Innenteil kann mit der als Stützkorsett dienenden Außenschale
mittels eines Eingießverfahrens verbunden sein. Alternativ
kann ein formschlüssiges Verbinden von Außenschale
und Innenteil vorgesehen sein. Die Positionierung und Fixierung
des Innenteils an dem wenigstens einen Spiralkanal kann also beim
Verbinden mittels des Eingießverfahrens an den Eingussstellen
erfolgen. Hierfür ist dann in der Außenschale
wenigstens eine mit dem Spalt in Verbindung stehende Durchtrittsöffnung
vorzusehen, über welche verlorene Gusskerne zum Herstellen des
thermisch isolierenden Spalts entfernbar sind.
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Ist
das Innenteil aus einem mittels eines Tiefziehprozesses geformten
Blech gebildet, so weist es eine für eine besonders verlustarme
Strömungsführung besonders vorteilhafte glatte
Oberfläche auf. Ist das Innenteil aus dem geringe Rautiefen
aufweisenden Blech gebildet, welches eine geringe Wandstärke
aufweist als die Außenschale des – beispielsweise als
Sandgussteil ausgebildeten – Spiralkanals, so geht das
Durchströmtwerden des Turbinengehäuses mit einem
vergleichsweise geringen Wärmeverlust des Abgases einher.
Dadurch kann eine stromabwärts des Turbinengehäuses
angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung in vergleichsweise kurzer
Zeit auf die zum effektiven Nachbehandeln des Abgases notwendige
Betriebstemperatur gebracht werden.
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Neben
der Funktion als Stützkorsett und der Kraftübertragungsfunktion
dient die das Innenteil umgebende Außenschale des Spiralkanals
auch als Sicherheitseinrichtung für den Fall, dass eine
Beschädigung an dem Turbinenrad, beispielsweise ein Schaufelbruch,
auftritt.
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In
vorteilhafter Weise kann hierbei das, insbesondere mit dem Leitgitter
und/oder mit einer zwei Spiralkanäle voneinander abgrenzenden
Zwischenwandung verschweißte, Innenteil gasdicht ausgebildet
sein. In diesem Falle können zum Entfernen der Gusskerne
vorgesehene Durchtrittsöffnungen in der Außenschale
unabgedichtet verbleiben, da die Außenschale nicht für
die Dichtigkeit des Turbinengehäuses zu sorgen braucht.
Die Anbindung des Innenteils an das Leitgitter und/oder die Zwischenwandung kann
formschlüssig erfolgen.
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Insbesondere
beim Verbinden des Innenteils mit dem Spiralkanal mittels des Eingießverfahrens
ist es vorteilhaft, das Innenteil vorab mit dem Leitgitter durch
Verschweißen oder unter Ausbildung eines Formschlusses
zu verbinden.
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Ist
die Turbine zweiflutig ausgebildet, so kann zum Verbinden des Innenteils
mit der die zwei Spiralkanäle voneinander abgrenzenden
Zwischenwandung ein automatischer Schweißprozess, insbesondere
ein Laser- oder Elektronenstrahl-Schweißprozess, zum Einsatz
kommen. Hierbei kann auch das Leitgitter mit der Zwischenwandung
einstückig ausgebildet sein, und dann dieses Integralteil
mit dem Innenteil gasdicht verschweißt werden. Das Eingießen
des mit dem Leitgitter und der an dieses angeformten Zwischenwandung
verbundenen Innenteils in das Turbinengehäuse kann dann
in der Weise erfolgen, dass sowohl das Leitgitter als auch das Innenteil
oder lediglich das Leitgitter zumindest bereichsweise durch Eingießen
mit dem Spiralkanal verbunden werden. Die Zwischenwandung kann formschlüssig
mit dem Spiralkanal verbunden sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist die Außenschale zweiteilig ausgebildet, wobei an einer
mit dem Leitgitter verbundenen ersten Außenteilschale eine
zweite Außenteilschale festgelegt, insbesondere gasdicht
verschweißt, ist. Das Innenteil ist so zumindest über
das Leitgitter an der zweiten Außenteilschale festlegbar, wobei
nach dem Einbringen des Innenteils die erste Außenteilschale
mit der zweiten Außenteilschale, beispielsweise durch Schweißen,
gasdicht verbindbar ist. Alternativ können die Außenteilschalen
formschlüssig aneinander festgelegt sein. Im Falle der zweiteilig
ausgebildeten Außenschale kann dann die Durchtrittsöffnung
in einer der Außenteilschalen entfallen, da keine Gusskerne
aus dem thermisch isolierenden Spalt zu entfernen sind.
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Sofern
die zwei Außenteilschalen gasdicht miteinander verbunden
sind, ist an eine Gasdichtheit des Innenteils eine geringere Anforderung
zu stellen. Ein Herstellungsaufwand für das Innenteil ist
somit vergleichsweise gering. Ist das Innenteil mit beiden Außenteilschalen
gasdicht verbunden, so ist der thermisch isolierende Spalt zwischen
dem Innenteil und den Außenteilschalen als radialer Richtung
in sich geschlossener Raum ausgebildet. Zum Verbinden des Innenteils
mit einer der Außenteilschalen oder mit beiden Außenteilschalen
kann ein Schweißverfahren zum Einsatz kommen. Alternativ
ist ein formschlüssiges Verbinden von Innenteil und wenigstens einer
Außenteilschale möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Leitgitter mit Spiel in Richtung der Drehachse, insbesondere hin
zu einem an dem Turbinengehäuse festlegbaren Lagergehäuse,
mit dem Turbinengehäuse verbunden. Bei thermischen Wechselbeanspruchungen
von Leitgitter und Turbinengehäuse ist so in Richtung der
Drehachse eine freie Bewegungsmöglichkeit, insbesondere
hin zu dem Lagergehäuse des Leitgitters, gegeben.
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Das
Turbinengehäuse kann ein Dichtelement umfassen, mittels
welchem das Turbinengehäuse gegenüber einem Lagergehäuse
des Abgasturboladers abdichtbar ist. Das Dichtelement kann hierbei
in dem Bereich vorgesehen sein, in welchem das Leitgitter Spiel
gegenüber dem an dem Turbinengehäuse festlegbaren
Lagergehäuse hat. Ist ein solches Dichtelement, beispielsweise
ein thermischer Kompensationsring, vorgesehen, so ist eine besonders
wirkungsvolle Gasdichtheit des Turbinengehäuses gegeben,
wodurch ein besonders hoher Wirkungsgrad der Turbine erreichbar
ist.
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Schließlich
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Leitgitter eine Mehrzahl
feststehender Leitschaufeln aufweist. Ein derartiges Leitgitter
ist vergleichsweise robust, betriebssicher und kostengünstig
herstellbar.
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Ein
weiterer Vorteil ist die kostengünstige Herstellbarkeit
der Komponenten des Turbinengehäuses.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses
für einen Abgasturbolader eines Antriebsaggregats mit folgenden
Schritten:
- a) Bereitstellen eines Turbinengehäuseteils
mit wenigstens einem Spiralkanal, welcher mit einem Abgastrakt des
Antriebsaggregats koppelbar ist,
- b) Bereitstellen eines Leitgitters, welches in einem Übertrittsbereich
zwischen dem wenigstens einen Spiralkanal und einem Aufnahmeraum
für ein stromaufwärts des wenigstens einen Spiralkanals anordenbares,
mit Abgas beaufschlagbares Turbinenrad, welches um eine Drehachse
drehbar in dem Turbinengehäuse aufnehmbar ist, anordenbar
ist,
- c) turbinengehäusefestes Anordnen des Leitgitters,
wobei das Leitgitter beim turbinengehäusefesten Anordnen
gemäß Schritt c) mit dem Turbinengehäuse
zumindest bereichsweise stoffschlüssig verbunden wird.
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Die
für das erfindungsgemäße Turbinengehäuse
beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile
gelten auch für das erfindungsgemäße
Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines zweiflutigen Turbinengehäuses für
einen Abgasturbolader einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine,
bei welcher ein Leitgitter an einer Stirnseite mit einer zwischen
zwei Spiralkanälen ausgebildeten Zwischenwandung verschweißt
ist;
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2 eine
Vergrößerung eines Ausschnitts aus dem zweiflutigen
Turbinengehäuse gemäß 1 im
Bereich einer zwischen der Zwischenwandung und dem Leitgitter ausgebildeten
Schweißnaht;
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3 in
einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines
zweiflutigen Turbinengehäuses, bei welcher ein Leitgitter
durch Eingießen mit dem Turbinengehäuse verbunden
ist;
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4 in
einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines
zweiflutigen Turbinengehäuses, bei welcher eine einstückig
mit dem Leitgitter ausgebildete Zwischenwandung durch Eingießen
mit dem Turbinengehäuse verbunden ist;
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5 in
einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines
zweiflutigen Turbinengehäuses, bei welcher die Zwischenwandung
aus einem Blech gebildet und mit dem Leitgitter verschweißt
ist, wobei durch Eingießen das Leitgitter und die Zwischenwandung
mit dem Turbinengehäuse verbunden ist;
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6 in
einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines
zweiflutigen Turbinengehäuses, bei welchem zwischen einem
Innenteil aus Blech und einer Außenschale des Spiralkanals
ein thermisch isolierender Spalt ausgebildet ist;
-
7 in
einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines
zweiflutigen Turbinengehäuses, bei welchem eine das Innenteil
aus Blech umgebende Außenschale durch zwei gasdicht miteinander verschweißte
Außenteilschalen gebildet ist; und
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8 eine
Radialschnittdarstellung eines Leitgitters für eines der
Turbinengehäuse gemäß der 1 bis 7.
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Ein
in 1 geschnitten gezeigtes zweiflutiges Turbinengehäuse 10 für
einen Abgasturbolader einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine
umfasst einen ersten Spiralkanal 12, welcher mittels einer
Zwischenwandung 14 von einem zweiten Spiralkanal 16 abgegrenzt
ist. In einem Übertrittsbereich zwischen dem ersten Spiralkanal 12 und einem
Aufnahmeraum für ein Turbinenrad 18 ist ein Leitgitter 20 angeordnet.
Das Turbinenrad 18 ist um eine Drehachse A drehbar in dem
Turbinengehäuse 10 aufgenommen und mit aus den
Spiralkanälen 12, 16 austretendem Abgas
der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagbar.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 ist
das Leitgitter an einer Stirnseite mit der Zwischenwandung 14 verschweißt. Eine
entsprechende Schweißnaht 22 ist in 2 vergrößert
dargestellt. An einer der Schweißnaht 22 gegenüberliegenden
Stirnseite des Leitgitters 20 weist das Turbinengehäuse 10 einen
thermischen Kompensationsring 24 auf, mittels welchem das
Turbinengehäuse 10 gegenüber einem eine
Welle 26 aufnehmenden Lagergehäuse 28 des
Abgasturboladers abgedichtet ist. Das Leitgitter 20 ist
somit mit Spiel in Richtung der Drehachse A hin zu dem an dem Turbinengehäuse 10 festgelegten
Lagergehäuse 28 mit dem Turbinengehäuse 10 verschweißt.
Hierbei sorgt der Kompensationsring 24 für einen
Ausgleich von unterschiedlichen temperaturbedingten Ausdehnungen
von Leitgitter 20 und anderen Bauteilen des Abgasturboladers.
Der erste Spiralkanal 12 ist lagergehäuseseitig
angeordnet.
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Das
Turbinengehäuse 10 ist gemäß 1 zweiteilig
ausgebildet, wobei an einem die Spiralkanäle 12, 16 umfassenden
ersten Teilgehäuse 32 ein einen Austrittskanal 30 umfassendes
zweites Teilgehäuse 34 festlegbar ist. Bei herausgenommenen zweiten
Teilgehäuse 34 ist das von der Seite des Lagergehäuses 28 in
das Turbinengehäuse 10 einbringbare Leitgitter 20 einem
Schweißverfahren, beispielsweise einem Laser- oder Elektronenstrahlschweißverfahren,
gut zugänglich.
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Das
zweite Teilgehäuse 34 weist eine Matrize 36 auf,
in welche ein als Strömungsleitelement dienender oder mit
einem Strömungsleitelement gekoppelter Axialschieber einführbar
ist. Der Axialschieber kann als Leitgitter ausgebildet sein. Mittels eines
solchen, vorliegend nicht gezeigten und beispielsweise Leitschaufeln
umfassenden Strömungsleitelements sind in dem Übertrittsbereich
zwischen dem zweiten Spiralkanal 16 und dem Aufnahmeraum für
das Turbinenrad 18 voneinander verschiedene Strömungszustände
einstellbar. Dadurch ist eine Variabilität der Turbine
gegeben. So kann je nach Leistungsanforderung der Verbrennungskraftmaschine ein
unterschiedlich großer durchströmbarer Querschnitt
in dem Übertrittsbereich zwischen dem zweiten Spiralkanal 16 und
dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad 18 eingestellt
werden, so dass über einen sehr weiten, insbesondere niedrige
und mittlere Drehzahlen umfassenden Drehzahlbereich, die Anforderungen
an die Bereitstellung der Ladeluft der Verbrennungskraftmaschine
erfüllbar sind.
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Der
in die Matrize 36 des zweiten Teilgehäuses 34 einführbare
Axialschieber, mittels welchem in dem Übertrittsbereich
zwischen dem zweiten Spiralkanal 16 und dem Turbinenrad 18 unterschiedliche Strömungszustände
einstellbar sind, ermöglicht das Bereitstellen einen Turbobrake-Funktionalität
(Turbobremse) zum Abbremsen der Verbrennungskraftmaschine.
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Das
in 2 vergrößert gezeigte, stirnseitig mit
der Zwischenwandung 14 verschweißte Leitgitter 20 weist
vorliegend feststehende Leitschaufeln 38 auf. Mittels der
feststehenden Leitschaufeln 38 ist das den ersten Spiralkanal 12 durchströmende
Abgas in dem Übertrittsbereich zwischen dem Spiralkanal 12 und
dem Turbinenrad 18 auf kurzem Wege stark zu beschleunigen.
Dadurch ist eine sehr effiziente Anströmung des Turbinenrads 18 erreichbar.
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Ein
durchströmbarer Querschnitt des ersten Spiralkanals 12 und
des zweiten Spiralkanals 16 ist vorliegend gleich groß,
so dass im Vergleich zu einer zweiflutigen asymmetrischen Turbine
Strömungsverluste aufgrund der Wandreibung des Abgases
vergleichsweise gering ausfallen. Durch das Leitgitter 20 ist
dem ersten Spiralkanal 12 dennoch eine Aufstaufähigkeit
verliehen, welche ein Nutzen eines an den ersten Spiralkanal 12 anschließbaren
Abgasstrangs eines Abgastrakts für eine effiziente Abgasrückführung
möglich macht. Durch das stoffschlüssige Verbinden
des Leitgitters 20 mit der Zwischenwandung 14 ist
hierbei sichergestellt, dass temperaturbedingte unterschiedliche
Ausdehnungen von die Spiralkanäle 12, 16 bildenden
Bauteilen des Turbinengehäuses 10 und des Leitgitters 20 nicht
zu den Wirkungsgrad der Turbine beeinflussenden Leckagen führen.
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Das
vorliegend symmetrisch ausgebildete zweiflutige Turbinengehäuse 10 hat
somit Eigenschaften eines asymmetrischen Turbinengehäuses, ohne
jedoch die Asymmetrie mit hohen Strömungsverlusten eines
Spiralkanals erkaufen zu müssen.
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Das
Leitgitter 20 ist vorliegend als Feingussteil aus einem
Stahlgusswerkstoff, beispielsweise dem Werkstoff 1.4849, ausgebildet.
Das die Spiralkanäle 12, 16 und die Zwischenwandung 14 umfassende
erste Teilgehäuse 32 des Turbinengehäuses 10 ist aus
dem gleichen Stahlgusswerkstoff gebildet, jedoch mit einem weniger
genauen Gießverfahren, beispielsweise als Sandgussteil.
Insbesondere aufgrund der Verwendung eines gleichartigen Werkstoffs
für das Leitgitter 20 und die Zwischenwandung 14 ist
das Verbinden von Leitgitter 20 und der Zwischenwandung 14 mittels
des Schweißprozesses so durchführbar, dass eine
besonders gasdichte Verbindung erreicht wird.
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Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 ist
das Leitgitter 20 durch Eingießen stoffschlüssig
mit dem ersten Spiralkanal 12 und mit der Zwischenwandung 14 verbunden. Hierbei
ist das Leitgitter 20 an seiner einem Anschlussflansch 40 zum
Anschließen eines nicht gezeigten Lagergehäuses
nahen Stirnseite und an einer der Zwischenwandung 14 nahen
Stirnseite gasdicht mit dem ersten Teilgehäuse 32 verbunden.
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Analog
zu der in 1 gezeigten Ausführungsform
des Turbinengehäuses 10 ist das den Austrittskanal 30 umfassende
zweite Teilgehäuse 34 an dem die Spiralkanäle 12, 16 aufweisenden
ersten Teilgehäuse 32 festgelegt. Des Weiteren
weist dieses zweite Teilgehäuse 34 die Matrize 36 für
den variabel verstellbare Axialschieber als Beispiel einer Vario-Einrichtung
auf. Der Aufstau des Abgases zum Rückführen von
Abgas in die Ladeluft erfolgt beim Betreiben des Abgasturboladers über
das Leitgitter 20, welches in dem Übertrittsbereich
zwischen dem ersten Spiralkanal 12 und dem Aufnahmeraum
für das Turbinenrad 18 angeordnet ist. Eine mit
Spiralkanal 12 und der Zwischenwandung 14 verbundene Oberfläche 42 des
Leitgitters 20 ist vorliegend gewellt ausgebildet, um eine
besonders gute Verankerung des Leitgitters 20 zu erreichen.
In alternativen Ausführungsformen können andere,
die Oberfläche 42 vergrößernde
Profilierungen des Leitgitters 20 vorgesehen sein.
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Das
Leitgitter 20 ist als Feingussteil aus einem Stahlgusswerkstoff,
beispielsweise dem Werkstoff 1.4849, gebildet. Demgegenüber
ist das die Spiralkanäle 12, 16 der zweiflutigen
Turbine aufweisende erste Teilgehäuse 32 als Sandgussteil
aus dem gleichen Stahlgusswerkstoff gebildet. Dies stellt ein besonders
gutes Verbinden von Leitgitter 20 und Teilgehäuse 32 mittels
des Eingießverfahrens sicher.
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Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 ist
das Leitgitter 20 einstückig mit der Zwischenwandung 14 als
Feingussteil aus dem Stahlgusswerkstoff vorgefertigt. Dieses Feingussteil
wird beim Herstellen des Turbinengehäuses 10 durch
Eingießen mit dem die Spiralkanäle 12, 14 aufweisenden
ersten Teilgehäuse 32 verbunden. Zusätzlich
zu der gewellten Oberfläche 42 des Leitgitters 20 sorgt
hierbei ein Verankerungsteil 44 der Zwischenwandung 14,
welches beispielsweise das vorliegend gezeigte T-Profil aufweisen
kann, für ein besonders sicheres stoffschlüssiges
Verbinden des Integral-Feingussteils mit dem Teilgehäuse 32.
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Das
Teilgehäuse 32 kann hierbei analog einem Gehäuse
einer einflutigen Turbine ausgebildet sein, so dass alleine die
einstückig mit dem Leitgitter 20 ausgebildete
Zwischenwandung 14 für das Abgrenzen der Spiralkanäle 12, 16 voneinander
sorgt. Alternativ ist es denkbar, ausgehend von dem Turbineneintrittsflansch
in dem Teilgehäuse 32 eine Zwischenwandung vorzusehen,
an welche die als Feingussteil ausgebildete Zwischenwandung 14 beim Eingießen
des Integralteils angeschlossen wird. In Strömungsrichtung
des Abgases durch die Spiralkanäle 12, 16 ist
die einstückig mit dem Leitgitter 20 ausgebildete
Zwischenwandung 14 sich bis zu dem Zungenbereich erstreckend
ausgebildet, an welchem der Austritt des Abgases aus den Spiralkanälen 12, 16 erfolgt.
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Bei
der Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 gemäß 5 bilden
die Zwischenwandung 14 und das Leitgitter 20 ebenfalls
ein Integralteil, welches durch Eingießen stoffschlüssig
mit dem Teilgehäuse 32 verbunden ist. Die Zwischenwandung 14 weist
ebenfalls ein, vorliegend hakenförmig ausgebildetes, Verankerungsteil 44 auf.
Jedoch ist im Gegensatz zu der in 4 gezeigten
Ausführungsform die Zwischenwandung 14 aus einem
dünnen Blech gebildet, welches zum Herstellen des Integralteils
gasdicht mit dem Leitgitter 20 verschweißt ist.
Hierbei kann ein automatischer Laser- oder Elektronenstrahl-Schweißprozess
zum Einsatz kommen.
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Des
Weiteren weist die Zwischenwandung 14 bei der in 5 gezeigten
Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 einen
vorliegend wellenförmig ausgebildeten Ausgleichsbereich 46 auf.
Mittels dieses Ausgleichsbereichs 46 sind unterschiedliche thermische
Ausdehnungen der Spiralkanäle 12, 16, des
Leitgitters 20 und der Zwischenwandung 14 kompensierbar.
In alternativen Ausführungsformen kann der Ausgleichsbereich 46 eine
von der vorliegend gezeigten Wellenform abweichende Formgebung aufweisen.
Ebenso wie bei den in 1 bis 4 gezeigten
Ausführungsformen weist das den Austrittskanal 30 umfassende
Teilgehäuse 34 die Matrize 36 auf, welche
zum Aufnehmen des Vario-Elements ausgelegt ist. Mittels des Vario-Elements
lässt sich der durchströmbare Querschnitt in dem Übertrittsbereich
zwischen dem Spiralkanal 16 und dem Aufnahmeraum für
das Turbinenrad 18 so verändern, dass eine Turbobrake-Funktionalität
der Turbine gegeben ist.
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Bei
der in 6 gezeigten Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 ist
durch das Teilgehäuse 32 lediglich ein Spiralkanal 12 nach
Art eines einflutigen Turbinengehäuses bereitgestellt.
Der Spiralkanal 12 weist jedoch ein von dem Abgas durchströmbares,
aus einem Blech gebildetes Innenteil 48 auf. In dem Innenteil 48 sind
durch die einstückig dem Leitgitter 20 ausgebildete
Zwischenwandung 14 zwei voneinander unabhängige
Fluten 50, 52 abgegrenzt.
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Zwischen
dem Innenteil 48 und einer Außenschale 54 des
Spiralkanals 12 ist ein thermisch isolierender Spalt 56 ausgebildet.
Dadurch, dass das Innenteil 48 aus einem dünnwandigen,
eine geringe Wärmekapazität aufweisenden Blech
gebildet ist, welches zusätzlich durch den Spalt 56 thermisch
isoliert ist, verlässt beim Betreiben der Abgasturboladers
vergleichsweise heißes Abgas den Austrittskanal 30.
Dadurch sind stromabwärts des Austrittskanals 30 angeordnete
Abgasbehandlungseinrichtungen besonders rasch auf die zum effektiven
Nachbehandeln einzustellenden Temperaturen zu bringen.
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Das
Innenteil 48 ist vorliegend durch Verschweißen,
beispielsweise mittels eines Laser- oder Elektronenstrahl-Schweißverfahrens,
mit dem die Zwischenwandung 14 und das Leitgitter 20 umfassenden
Integralteil verbunden. Dieses Integralteil ist als Feingussteil
ausgebildet, wobei das Leitgitter 20 durch Eingießen
in das Teilgehäuse 32 stoffschlüssig mit
diesem verbunden ist. Zum definierten Festlegen des mit dem Integralteil
verschweißten Innenteils 48 an dem Teilgehäuse 32 mittels
des Eingießverfahrens weist das Innenteil 48 drei
Verankerungsteile 58 auf. Über diese als Eingussstellen
fungierenden Verankerungsteile 58 erfolgt die Positionierung
des Innenteils 48 an dem Teilgehäuse 32 während
des Eingießens.
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Zum
Entfernen verlorener Gusskerne aus dem Spalt 56 weist die
Außenschale 54 zwei Durchtrittsöffnungen 60 auf,
welche mit dem Spalt 56 in Verbindung stehen. Das Innenteil 48 ist
bei der Ausführungsform gemäß 6 gasdicht
ausgebildet. Das durch einen Tiefziehprozess aus Blech hergestellte
Innenteil 48 weist besonders glatte Oberflächen
auf, wodurch die durch das Innenteil 48 im Zusammenwirken
mit der Zwischenwandung 14 gebildeten Fluten 50, 52 besonders
verlustarm von Abgas durchströmbar sind.
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Bei
der in 6 gezeigten Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 ist
das Innenteil 48 zweiteilig ausgebildet, wobei eine erste
Innenteilschale 62 im Zusammenwirken mit der Zwischenwandung 14 die
Flut 50 abgrenzt. Im Übertrittsbereich zwischen der
Flut 50 und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad 18 ist
das Leitgitter 20 angeordnet. Eine zweite Innenteilschale 64 des
Innenteils 48 grenzt im Zusammenwirken mit der Zwischenwandung 14 die
Flut 52 ab und ist mit der ersten Innenteilschale 62 verschweißt.
In alternativen Ausführungsformen kann das Innenteil 48 auch
einteilig, insbesondere als einteiliges Blechteil, ausgebildet sein,
welches mit dem die Zwischenwandung 14 oder dem Leitgitter 20 oder dem
die Zwischenwandung 14 und das Leitgitter 20 umfassenden
Integralteil verbindbar ist.
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Das
Teilgehäuse 32 übernimmt bei der Ausführungsform
des Turbinengehäuses 10 gemäß 6 eine
Stützfunktion für die strömungsführenden Teile.
Demgegenüber sorgen diese strömungsführenden
Teile für die Gasdichtheit. Des Weiteren sorgt das Teilgehäuse 32 für
eine Kraftübertragung zwischen Turbineneintrittsflansch,
dem Lagergehäuse 28 (vgl. 1) und dem
an dem Austrittskanal 30 bereitgestellten Turbinenaustrittsflansch.
Im Falle eines Bruchs einer Schaufel des Turbinenrads 18 sorgt
das Teilgehäuse 32 zudem für einen Schutz
von das Turbinengehäuse 10 umgebenden Bauteilen
vor Beschädigung.
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Die
Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 gemäß 7 entspricht
im Zusammenbau weitgehend der in 6 gezeigten
Ausführungsform. Jedoch ist hier die Außenschale
zweiteilig ausgebildet und umfasst eine mit dem Leitgitter 20 verbundene erste
Außenteilschale 66. Diese ist durch Verschweißen
mit einer zweiten Außenteilschale 68 verbunden. Eine
entsprechende Schweißnaht 70 ist in Verlängerung
der die Fluten 50, 52 mittig teilenden Zwischenwandung 14 zwischen
den beiden Außenteilschalen 66, 68 angeordnet.
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Das
Innenteil 48, welches die bei der Ausführungsform
gemäß 6 die zwei miteinander verschweißten
Innenteilschalen 62, 64 umfasst, ist durch Eingießen
des mit dem Innenteil 48 verbundenen Integralteils aus
Zwischenwandung 14 und Leitgitter 20 mit der ersten
Außenteilschale 66 stoffschlüssig verbunden.
Die Verbindung des Innenteils 48 mit der zweiten Außenteilschale 68 erfolgt
dann, beispielsweise durch Verschweißen, beim Verschweißen
der zwei Außenteilschalen 66, 68 miteinander.
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Durch
das Verbinden der Außenteilschalen 66, 68 mit
dem Innenteil 48 ist der thermisch isolierende Spalt 56 in
radialer Richtung in sich geschlossen. Die Außenteilschalen 66, 68 weisen
im Gegensatz zu der Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 gemäß 6 keine
Durchtrittsöffnungen auf. Da eine Gasdichtheit des Spalts 56 nach
außen durch die Außenteilschalen 66, 68 sichergestellt
ist, kann das Innenteil 48 selber geringere Anforderungen
an eine Gasdichtheit erfüllend ausgebildet sein.
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8 zeigt
das Leitgitter 20 für eines der in 1 bis 7 dargestellten
Turbinengehäuse 10 in einem Radialschnitt durch
die Leitschaufeln 38. Hierbei ist erkennbar, dass das Leitgitter 20 einen
die Stirnseite aufweisenden Tragring 72 umfasst, an welchem
die im Profilschnitt trofpenförmigen Leitschaufeln 38 angeordnet
sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005027080
A1 [0002]