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Die Erfindung betrifft ein Turboladergehäuse mit wenigstens einer Ventileinrichtung, beispielsweise ein Verdichtergehäuse mit einem Schubumluftventil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Turboladergehäuses.
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Turbolader weisen normalerweise eine Turbine auf, die in einem Abgasstrom angeordnet ist und über eine Welle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt verbunden ist. Auf der Welle sind dabei im Allgemeinen ein Turbinenrad und ein Verdichterrad angeordnet. Über den Abgasstrom eines angeschlossenen Motors wird das Turbinenrad der Turbine angetrieben. Das Turbinenrad treibt dabei wiederum das Verdichterrad des Verdichters an. Hierdurch kann der Verdichter den Druck im Ansaugtrakt des Motors erhöhen, so dass während des Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in den Zylinder gelangt. Dies hat zur Folge, dass mehr Sauerstoff zur Verfügung steht und eine entsprechend größere Kraftstoffmenge verbrannt werden kann.
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Um nun das Abfallen der Drehzahl des Turboladers beispielsweise in einem Motorschubbetrieb weitestgehend zu verhindern bzw. zu verringern besitzen moderne Turbolader Schubumluftventile. Diese Schubumluftventile sitzen am Turbolader im Verdichtergehäuse, welches aus Aluminium gefertigt ist. Die Funktion des Schubumluftventils wird über Kanäle zwischen einer Eintrittsseite und einer Austrittsseite und einem Ventilsitz, welcher die Dichtebene darstellt, realisiert. Diese Überströmkanäle und auch der Ventilsitz weisen üblicherweise komplexe Geometrien auf.
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Aus der
WO 2008/055588 ist ein Verdichtergehäuse eines Turboladers bekannt, welches ein Schubumluftventil bzw. Umluftventil aufweist. Das Verdichtergehäuse weist dabei einen Ventilflansch auf, an dem das Umluftventil befestigbar ist. Der Ventilflansch weist dazu eine Flanschfläche auf, in der eine Eintrittsöffnung angeordnet ist, an die sich ein Verbindungskanal zu dem Verdichtereintritt anschließt. Des Weiteren weist der Ventilflansch einen Ventilsitz für das Schließelement des Umluftventils auf. Eine Kanalachse des Verbindungskanals ist dabei in einem Winkel β zu dem Ventilsitz angeordnet. Des Weiteren ist die Flanschfläche in einem Winkel α zu einer Bezugsfläche angeordnet, welche senkrecht zu der Turboladerachse vorgesehen ist und die Spirale des Verdichtergehäuses zur Lagergehäuseseite hin axial begrenzt. Das Verdichtergehäuse hat dabei den Nachteil, dass es eine komplexe Form aufweist und die vorgegebenen Winkel α, β nur schwer mit einer ausreichenden Genauigkeit zu realisieren sind.
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Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfacht herzustellendes Turboladergehäuse mit einer Ventileinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Turboladergehäuses bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Turboladergehäuse mit einer Ventileinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Turboladergehäuses mit einer Ventileinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
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Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Turboladergehäuse mit einer Ventileinrichtung bereitgestellt, wobei die Ventileinrichtung wenigstens einen ersten Kanalabschnitt und einen zweiten Kanalabschnitt aufweist, wobei die beiden Kanalabschnitte mit ihren Längsachsen zueinander parallel angeordnet sind und hinterschneidungsfrei ausgebildet sind.
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Das Turboladergehäuse hat dabei den Vorteil, dass es mittels eines einfach gestalteten und preiswerten Schieberelements mit einer Ventileinrichtung im Druckguss ausgebildet werden kann. Das Werkzeugschieberelement kann einfach gestaltet werden, da die Ventileinrichtung zwei zueinander parallele Kanalabschnitte aufweist, welche hinterschneidungsfrei ausgebildet sind. Dadurch kann das Schieberelement außerdem sehr einfach im Druckgussverfahren in das Druckgusswerkzeug eingeführt und aus diesem und dem Turboladergehäuse wieder leicht entfernt werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Turboladergehäuses mit einer Ventileinrichtung gemäß der Erfindung, wobei zur Ausbildung der Ventileinrichtung in das Turboladergehäuse ein Werkzeugschieberelement teilweise eingeführt ist;
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2 die Schnittansicht des Turboladergehäuses gemäß 1, ohne das Werkzeugschieberelement;
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3 eine Vorderansicht des Werkzeugschieberelement gemäß 1;
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4 eine Seitenansicht der Werkzeugschieberelements gemäß 1 und 3;
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5 eine Perspektivansicht des Werkzeugschieberelements gemäß 1, 3 und 4;
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6 eine weitere Perspektivansicht des Werkzeugschieberelements gemäß 1, 3, 4 und 5;
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7 eine perspektivische Schnittansicht des Turboladergehäuses mit der Ventileinrichtung gemäß 1, wobei das Werkzeugschieberelement teilweise aus dem Turboladergehäuse entfernt ist;
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8 die perspektivische Schnittansicht des Turboladergehäuses mit der Ventileinrichtung gemäß 7, aus Sicht der Ventileinrichtung;
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9 eine Schnittansicht des Turboladergehäuses und des Werkzeugschiebelements, wobei das Werkzeugschieberelement vollständig aus dem Turboladergehäuse entfernt ist;
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10 eine perspektivische Schnittansicht des Turboladergehäuses und des Werkzeugschieberelements gemäß 1, wobei das Werkzeugschieberelement vollständig aus dem Turboladergehäuse entfernt ist und das Turboladergehäuse aus Sicht der Ventileinrichtung gezeigt ist;
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11 eine weitere Perspektivansicht des Turboladergehäuses und des Werkzeugschieberelements gemäß 1, wobei das Werkzeugschieberelement vollständig aus dem Turboladergehäuse entfernt ist; und
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12 eine andere Perspektivansicht des Turboladergehäuses aus Richtung der Ventileinrichtung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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In 1 ist eine Schnittansicht eines fertigen Turboladergehäuses 10 mit wenigstens einer Ventileinrichtung 12 gemäß der Erfindung gezeigt. Das Turboladergehäuse 10 wird dabei im Druckgussverfahren hergestellt, beispielsweise als Aluminiumdruckguss oder aus einem anderen für das Druckgussverfahren geeigneten Material oder Materialkombination. Dazu ist ein Druckgusswerkzeug 14 vorgesehen, in welchem ein Werkzeugschieberelement 16 angeordnet ist, wie es beispielhaft in 1 gezeigt ist, um eine Ventileinrichtung 12 in dem Turboladergehäuse 10 auszubilden. Dabei kann das Druckgusswerkzeug beispielsweise in einer waagerechten oder im Wesentlichen waagerechten Ebene in zwei Formhälften 18, 20 geteilt ausgebildet sein, wie in 1 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Das Druckgusswerkzeug und seine beiden Formhälften sind in 1 nur angedeutet und stark vereinfacht und rein schematisch dargestellt. Ein Formhälfte 18 kann hierbei beispielsweise den inneren Kanal 22 und das Spiralgehäuse 24 bilden und die andere Formhälfte 20 die Außenkontur des Turboladergehäuses 10, wie in 1 angedeutet ist. Dabei kann das Druckgusswerkzeug 14 derart ausgebildet sein, dass das Werkzeugschieberelement 16 in einer Formhälfte des Druckgusswerkzeugs oder in beiden Formhälften 18, 20 des Druckgusswerkzeugs aufgenommen ist.
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In dem in 1 fertig hergestellten Turboladergehäuse 10 ist das Werkzeugschieberelement 16 teilweise eingeführt gezeigt, mit welchem die Ventileinrichtung 12, hier beispielsweise ein Schubumluftventil, in dem Turboladergehäuse 10 ausgebildet worden ist.
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Das erfindungsgemäße Turboladergehäuse 10 ist in dem vorliegenden Beispiel als ein separates Verdichtergehäuse ausgebildet, welches z. B. an einem Lagergehäuse des Turboladers befestigbar ist. Ebenso kann aber auch ein Verdichtergehäuseabschnitt eines Turboladergehäuses, welches beispielsweise mit einem Lagergehäuse einteilig ausgebildet ist, mit einer Ventileinrichtung 12 gemäß der Erfindung ausgebildet werden (nicht dargestellt).
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Wie in dem Beispiel in 1 gezeigt ist, wird in dem Turboladergehäuse 10 wenigstens eine Ventileinrichtung 12 ausgebildet. Dabei ist das Werkzeugschieberelement 16 derart ausgebildet, um den Ventilraum 26, vorzugsweise den gesamten Ventilraum, den Ventilsitz 28 und einen oder mehrere Kanäle 30, 32 der Ventileinrichtung 12 in dem Turboladergehäuse 10 auszubilden oder auszuformen.
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In dem in 1 und den nachfolgenden 2 bis 12 gezeigten Beispiel wird als Ventileinrichtung 12 beispielsweise ein Schubumluftventil vorgesehen. Die Erfindung ist aber nicht auf ein Schubumluftventil beschränkt.
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Zur Ausbildung des Schubumluftventils 12 als Ventileinrichtung 12 weist das entsprechende Werkzeugschieberelement 16 beispielsweise zwei Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 auf, d. h. einen ersten Kanalabschnittsvorsprung 34 der z. B. außen angeordnet ist und einen zweiten Kanalabschnittsvorsprung 36 der z. B. innen angeordnet ist. Der erste äußere Kanalabschnittsvorsprung 34 bildet dabei den Ausström- oder Auslasskanal 38, welcher beispielsweise mit einem Eintrittsbereich der Ansaugseite oder des Ansaugkanals des Verdichters verbunden ist. Der zweite innere Kanalabschnittsvorsprung 36 bildet wiederum z. B. den Einström- oder Einlasskanal 40, welcher mit dem Eingangsbereich der Druckseite des Verdichters verbunden ist.
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Die beiden Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 des Werkzeugschieberelements 16 sind dabei derart zueinander angeordnet, so dass das Werkzeugschieberelement 16 im Anschluss an ein Druckgussverfahren zum Ausbilden des Turboladergehäuses 10 leicht aus dem Druckgusswerkzeug 14 und dem Turboladergehäuse 10 wieder herausgezogen oder entnommen werden kann. Das Werkzeugschieberelement 16 ist hierzu ohne Hinterschneidungen ausgebildet bzw. weist keine Hinterschneidung auf. Die beiden Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 des Werkzeugschieberelements 16 sind in Längsrichtung parallel zueinander angeordnet, wobei die beiden Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 mit ihren Längsachsen 42 dabei parallel und zueinander versetzt oder parallel und mit ihren Längsachsen 42 in einer vertikalen bzw. senkrechten Ebene liegend oder koaxial zueinander vorgesehen werden können, wie in nachfolgender 3 und 4 gezeigt ist.
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Des Weiteren weist das Werkzeugschieberelement 16 einen Ventilraumabschnitt 44 auf, wobei der Ventilraumabschnitt 44 derart ausgebildet ist, so dass er den vollständigen Ventilraum 26 oder im Wesentlichen den vollständigen Ventilraum 26 in dem Turboladergehäuse 10 ausbildet. Außerdem weist das Werkzeugschieberelement 16 einen Ventilsitzabschnitt 46 auf, zum Ausbilden des Ventilsitzes 28 in dem Turboladergehäuse 10. Der Ventilsitz 28 ist dabei an dem Werkzeugschieberelement 16 in Form eines Ventilsitzvorsprungs 48 ausgebildet, beispielsweise eines umlaufenden Vorsprungs. Der Vorsprung 48 für den Ventilsitz 28 kann dabei außerdem in den äußeren ersten Kanalabschnittsvorsprung 34 übergehend ausgebildet sein. Der Ventilsitzvorsprung 48 weist ebenfalls keine Hinterschneidung auf, so dass das Werkzeugschieberelement 16 leicht aus dem Druckgusswerkzeug 14 und dem fertig geformten Turboladergehäuse 10 herausgezogen werden kann.
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In 2 ist die Schnittansicht des fertigen Turboladergehäuses 10 gemäß 1 gezeigt, ohne das Werkzeugschieberelement. Wie aus 2 entnommen werden kann, weist das Verdichtergehäuse 10 ein Schubumluftventil 12 als Ventileinrichtung auf. Die beiden Kanäle 30, 32 des Schubumluftventils 12 sind dabei parallel zueinander ausgebildet. Der Einlasskanal 40 des Schubumluftventils 12 ist dabei mit der Druckseite oder hier der Spirale 24 des Verdichtergehäuses 10 verbunden und der Auslasskanal 38 mit dem Eintrittsbereiche der Ansaugseite des Verdichters. Des Weiteren weist das Schubumluftventil 10 einen Ventilsitz 28 und einen durch das Werkzeugschieberelement 16 vollständig ausgebildeten Ventilraum 26 auf.
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Die 3 bis 6 zeigen mehrere Ansichten des Werkzeugschieberelements 16. Wie in der Vorderansicht des Werkzeugschieberelements 16 gezeigt ist, sind die beiden Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 parallel zueinander angeordnet und nicht zueinander versetzt bzw. die Längsachsen 42 der beiden Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 liegen beide in einer gemeinsamen senkrechten Ebene 50. Wie in 3 mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist, können die beiden Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 aber auch parallel und zueinander versetzt angeordnet sein. In diesem Fall sind die Längsachsen 42 der beiden Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 in jeweils zwei zu einander versetzten senkrechten Ebenen 50, 51 vorgesehen. Die beiden Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 können eine beliebige Querschnittsform aufweisen, sofern die Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 keine Hinterschneidungen bilden oder aufweisen. Ein oder beide Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 können beispielsweise einen konstanten Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen an einer Seite abgeflachten zylindrischen Querschnitt. Ebenso können eine oder beide Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 sich in Längsrichtung verjüngen bzw. einen sich in Längsrichtung verjüngenden Querschnitt aufweisen, wie der erste äußere Kanalabschnittsvorsprung 34. In dem in 3 gezeigten Beispiel kann außerdem der Ventilsitzvorsprung 48 z. B. an einer oder beiden Seiten mit einer Abflachung 52 versehen sein, je nach Funktion und Einsatzzweck.
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4 zeigt das Werkzeugschieberelement 16 gemäß 3 in einer Seitenansicht. Dabei ist der Übergang zwischen dem Ventilsitzvorsprung 48 und dem ersten äußeren Kanalabschnittsvorsprung 34 gezeigt.
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5 zeigt eine Perspektivansicht des Werkzeugschieberelements 16 von hinten. Dabei sind der Ventilsitzvorsprung 48 und der Abschnitt 44 zum Ausbilden des Ventilraums, sowie der äußere Kanalabschnittsvorsprung 34 zu sehen. Das Ausbilden des Endes 54 des Werkzeugschieberelements 16 als ebene Fläche ist stark vereinfacht und rein beispielhaft. Je nachdem wie beispielsweise die Verbindung zwischen dem Druckgusswerkzeug und dem Werkzeugschieberelement 16 vorgesehen ist, kann das Werkzeugschieberelement 16 und sein Ende 54 entsprechend gestaltet sein.
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6 zeigt eine Perspektivansicht des Werkzeugschieberelements 16 von vorne. Dabei sind der erste und zweite Kanalabschnittsvorsprung 34, 36 gezeigt, welche mit ihren Längsachsen 42 zueinander parallel und außerdem nicht zueinander versetzt bzw. ohne einen Versatz zu einander angeordnet sind. Des Weiteren ist der Ventilsitzvorsprung 48 gezeigt, welcher in den äußeren Kanalabschnittsvorsprung 34 übergeht.
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In den 7 und 8 ist eine perspektivische Schnittansicht des Verdichtergehäuses 10 gemäß der Erfindung gezeigt. Dabei ist auch das Werkzeugschieberelement 16 gezeigt, mit welchem ein Schubumluftventil 12 in dem Verdichtergehäuse 10 ausgebildet ist. Das Werkzeugschieberelement 16 ist dabei teilweise aus dem Schubumluftventil 12 heraus gezogen. Das Werkzeugschieberelemente 16 kann hierbei derart ausgebildet sein, dass in vollständig eingeführtem Zustand der erste und zweite Kanalabschnittsvorsprung 34, 36 des Werkzeugschieberelements 16, wie zuvor in 1 angedeutet ist, bis in die Spirale bzw. das Spiralgehäuse 24 und den Hauptkanal 22 des Verdichtergehäuses 10 reichen, welche beispielsweise durch eine der beiden Formhälften des Druckgusswerkzeugs gebildet werden. Ebenso können aber auch ein oder beide Kanalabschnittsvorsprünge 34, 36 des Werkzeugschieberelements 16 mit dem jeweiligen Kanal 30, 32 des Schubumluftventils 12 des Verdichtergehäuses 10 abschließen und nicht in die Spirale 24 bzw. den Hauptkanal 22 des Verdichtergehäuses 10 hineinragen (nicht dargestellt).
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9 zeigt das Verdichtergehäuse 10 und das Werkzeugschieberelement 16 in einer Schnittansicht. Dabei ist das Schubumluftventil 12 mit seinem Einlasskanal 40 und Auslasskanal 42, dem Ventilsitz 28 und dem Ventilraum 26 gezeigt. In eingeführtem Zustand passt das Werkzeugschieberelement 16 mit seiner Kontur exakt in die Kontur des Schubumluftventils 12.
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In 10 ist das Verdichtergehäuse 10 und das Werkzeugschieberelement 16 in einer perspektivischen Schnittansicht gezeigt. Dabei sind der Ventilraum 26 und der Ventilsitz 28, sowie der Einlasskanal 40 und der Auslasskanal 42 des Schubumluftventils 12 gezeigt. Der Ventilsitz 28 bildet dabei einen Abschnitt des Auslasskanals bzw. äußeren Kanalabschnitts 30.
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Weiter ist in 11 eine Perspektivansicht des Verdichtergehäuses 10 und des Werkzeugschieberelements 16 gezeigt. Wie zuvor beschrieben wird das Turboladergehäuse 10 bzw. hier das Verdichtergehäuse 10 im Druckguss hergestellt. Das Werkzeugschieberelement 16 ist dabei beispielsweise aus Metall oder einem anderen geeigneten festen oder beständigen Material, das vorzugsweise eine Mehrfachverwendung des Werkzeugschieberelements 16 zulässt.
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12 zeigt das Verdichtergehäuse 10 in einer Perspektivansicht, wobei das Verdichtergehäuse 10 davon von der Seite des Schubumluftventils 12 gezeigt ist. Dabei ist der Ventilraum 26 und der Ventilsitz 28 des Schubumluftventils 12 gezeigt, sowie dessen äußerer Auslasskanal 38 und der innere Einlasskanal 40. Der Außenumfang des Ventilsitzes 26 ist dabei im Bereich des äußeren Kanals 28, hier des Auslasskanals, abgeflacht ausgebildet, um einen Teil des Kanals 28 zu bilden. Mit anderen Worten, der Abschnitt des Ventilsitzes 28 welcher einen Teil des Kanals 28 bildet ist mit seiner Kontur an den Kanal 28 geeignet angepasst, um eine optimale Strömung durch den Kanal zu ermöglichen.
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Das zuvor beschriebene Turboladergehäuse mit Ventileinrichtung, beispielsweise in Form eines Verdichtergehäuses mit einem Schubumluftventil, hat den Vorteil, dass das Gehäuse mit Ventil leicht im Druckgussverfahren hergestellt werden kann.
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Dabei kann das Verdichtergehäuse beispielsweise im Aluminiumdruckguss oder einem anderen geeigneten Druckguss hergestellt werden.
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Durch die parallelaxiale und beispielsweise koaxiale Anordnung der Kanäle des Schubumluftventils in Werkzeugschieberrichtung im Druckgusswerkzeug, können der gesamte Ventilraum, der Ventilsitz und auch die Überströmkanäle des Schubumluftventils in einem Druckgusswerkzeugschieberelement dargestellt werden. Dies ermöglicht entweder ein Auskommen ohne jegliche zusätzliche mechanische Bearbeitung oder lediglich einen minimalen Bearbeitungsaufwand, der sich auf die Dicht- und Befestigungsgeometrie, d. h. den Dichtsitz und die Befestigungsbohrungen des Schubumluftventils, beschränkt.
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Durch die Anordnung und die Lage des Werkzeugschieberelements im Druckgusswerkzeug kann die Anzahl und Komplexität der beweglichen Teile reduziert werden. Damit können Herstellungskosten reduziert werden, da die Machbarkeit eines druckgussfähigen Verdichtergehäuses mit einem Schubumluftventil verbessert wird. Des Weiteren kann die Komplexität des Werkzeugschieberelements reduziert und das Werkzeugschieberelement vereinfacht werden. Ein weiterer Vorteil ist dabei, dass die Bearbeitung des Verdichtergehäuses bzw. dessen Schubumluftventils reduziert werden kann oder sogar Geometrien erlaubt, die keiner zusätzlichen mechanischen Bearbeitung bedürfen, was zu einer weiteren Reduzierung der Herstellungskosten führt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind dabei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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