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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese Offenlegung betrifft einen Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft diese Offenlegung einen Wärmschild für einen Abgasturbolader.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Ein Turbolader ist ein Typ eines Aufladungssystems, das bei Verbrennungsmotoren verwendet wird. Turbolader liefern Druckluft zu einem Motoransaugteil und ermöglichen, dass mehr Kraftstoff verbrannt wird, wodurch die Pferdestärkeleistung erhöht wird, ohne dass sich das Motorgewicht signifikant erhöht. Somit ermöglichen Turbolader die Verwendung von kleineren Motoren, die die gleiche Pferdestärkeleistung entwickeln wie größere Saugmotoren. Die Verwendung eines kleineren Motors in einem Fahrzeug hat den erwünschten Effekt des Verringerns der Masse des Fahrzeugs, Erhöhens der Leistung und Vergrößerns der Kraftstoffeinsparung. Ferner ermöglicht die Verwendung von Turboladern eine vollständigere Verbrennung des Kraftstoffs, der zu dem Motor geliefert wird, was zu dem höchst wünschenswerten Ziel einer saubereren Umwelt beiträgt.
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Turbolader weisen typischerweise ein Turbinengehäuse, das mit dem Abgassammelrohr des Motors verbunden ist, ein Kompressorgehäuse, das mit dem Ansaugsammelrohr des Motors verbunden ist, und ein zentrales Lagergehäuse auf, das zwischen dem Turbinen- und dem Kompressorgehäuse angeordnet ist und diese miteinander koppelt. Ein Turbinenrad in dem Turbinengehäuse wird von anströmendem Abgas, das aus dem Abgassammelrohr zugeführt wird, zum Drehen angetrieben. Eine Welle ist zum Drehen radial in dem zentralen Lagergehäuse gehalten und verbindet das Turbinenrad mit einem Kompressorlaufrad in dem Kompressorgehäuse, so dass eine Drehung des Turbinenrads eine Drehung des Kompressorlaufrads bewirkt. Die Welle, die das Turbinenrad und das Kompressorlaufrad verbindet, bildet eine Linie, die die Drehachse ist. Wenn sich das Kompressorlaufrad dreht, werden Luftmassenstromrate, Luftstromdichte und Luftdruck, die über das Ansaugsammelrohr des Motors zu den Zylindern des Motors geliefert werden, vergrößert.
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Ein Wärmeschild ist zwischen dem Turbinenrad und dem Lagergehäuse platziert. Der Wärmeschild wird verwendet, um das Lagergehäuse gegen Wärme von den Abgasen, die durch das Turbinengehäuse verlaufen und das Turbinenrad antreiben, abzuschirmen. Der Wärmeschild weist eine zentrale Öffnung auf, die die Welle aufnimmt, wodurch der Wärmeschild bei der Montage im Wesentlichen relativ zu dem Lagergehäuse radial auf der Welle zentriert wird. Die zentrale Öffnung ist jedoch relativ groß, um eine Wärmedehnung des Wärmeschilds und der Welle bei Betrieb des Turboladers zu ermöglichen. Folglich wird bei der Montage mit dem Lagergehäuse der Wärmeschild häufig ungenau in dem Turbolader positioniert. Wenn das Turbinengehäuse anschließend bei der Montage des Turboladers auf dem Lagergehäuse montiert wird, kann die radiale Position des Wärmeschilds nicht bestimmt werden, da das Turbinengehäuse ein Sichthindernis bildet, wodurch die Schwierigkeiten beim akkuraten Positionieren des Wärmeschilds innerhalb der Gesamtanordnung verstärkt werden.
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KURZFASSUNG
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Bei einigen Aspekten weist ein Turbolader eine Wellen und ein Turbinenrad auf, das mit der Welle verbunden ist, wobei das Turbinenrad eine Radnabe und Schaufeln mit äußersten Bereichen aufweist. Der Turbolader weist ferner einen Wärmeschild auf, der zwischen dem Turbinenrad und dem Lagergehäuse angeordnet ist. Der Wärmeschild weist einen Basisabschnitt mit einer zentralen Öffnung zum Aufnehmen der Welle durch diese hindurch, einen Seitenwandabschnitt, der an dem radial äußeren Umfangsrand des Basisabschnitts ausgebildet ist und sich quer zu dem Basisabschnitt erstreckt, und einen Flanschabschnitt auf, der am Ende des Seitenwandabschnitts beabstandet zu dem Basisabschnitt ausgebildet ist, wobei sich der Flanschabschnitt im Wesentlichen quer zu dem Seitenwandabschnitt erstreckt. Der Wärmeschild weist Oberflächeneinrichtungen auf, die auf dem Seitenwandabschnitt oder dem Flanschabschnitt ausgebildet sind und den Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich so festlegen, dass der Wärmeschild auf einer Drehachse der Welle zentriert ist. Da die Oberflächeneinrichtungen zum radialen örtlichen Festlegen des Wärmeschilds relativ zu dem Lagergehäuse dienen, kann der Wärmeschild bei der Montage akkurat positioniert werden, und zwar unabhängig von den Abmessungen der zentralen Öffnung und ohne dass der Wärmeschild bei der Montage des Turbinengehäuses auf dem Lagergehäuse zu sehen sein muss. Des Weiteren bieten die Oberflächeneinrichtungen auf vorteilhafte Weise Spiele zwischen dem Wärmeschild und dem Lagergehäuse in der Nähe des Turbinenrads, wodurch eine Wärmeleitung über den Wärmeschild zu dem Lagergehäuse minimiert wird.
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Bei einigen Implementierungen ermöglichen die Oberflächeneinrichtungen auf dem Wärmeschild, dass der Wärmeschild zur Verwendung auf Lagergehäusen mit einer Nase mit einem relativ kleinen Durchmesser auf der der Turbine zugewandten Seite ausgelegt ist. Zum Beispiel ist es aus ökonomischen Gründen vorteilhaft, dass es möglich ist, Lagergehäuse mit unterschiedlichen Größen bei einem vorgegebenen Turbinengehäuse zu verwenden, wodurch es möglich ist, das gesamte zur Verfügung stehende Material bei der Produktion vollständig zu nutzen. Folglich wird in einigen Fällen ein Lagergehäuse, das einen kleineren Durchmesser aufweist als normalerweise an ein vorgegebenes Turbinengehäuse angepasst ist, an das vorgegebene Turbinengehäuse angepasst. Die Oberflächeneinrichtungen auf dem Wärmeschild sind so ausgebildet, dass sie ermöglichen, dass der Wärmeschild im Fall einer Größendiskrepanz akkurat auf dem vorgegebenen Turbinengehäuse zentriert wird.
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Bei einigen Aspekten weisen die Oberflächeneinrichtungen eine axial vorstehende Rippe auf, die in dem Flansch ausgebildet ist. Die Rippe ist in einer Umfangsnut aufgenommen, die in dem Lagergehäuse ausgebildet ist, wodurch der Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich festgelegt ist.
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Bei einigen Aspekten weisen die Oberflächeneinrichtungen sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge auf, die in gleichem Abstand entlang einem Umfang der Seitenwand voneinander beabstandet sind. Eine radial nach innen weisende Fläche der Vorsprünge stößt an eine radial nach außen weisende Fläche des Lagergehäuses an, wodurch der Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich festgelegt ist.
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Auf vorteilhafte Weise können die hier beschriebenen Wärmeschilde durch einen Ausstanzprozess ausgebildet werden, wodurch die Herstellkosten minimiert werden.
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Bei einigen Aspekten weist ein Turbolader eine Welle, die drehbar in einem Turbinengehäuse gehalten ist, ein Turbinenrad, das in einem Turbinengehäuse angeordnet ist und mit der Welle verbunden ist, und einen Wärmeschild auf. Der Wärmeschild weist einen sich radial erstreckenden Basisteil mit einer zentralen Öffnung, die die Welle aufnimmt, einen sich radial erstreckenden Flansch, der zu dem sich radial erstreckenden Basisteil axial versetzt ist, und eine sich axial erstreckende Seitenwand zwischen dem Basisteil und dem Flansch auf. Die Seitenwand weist ein erstes Ende, das mit einem radial äußersten Ende des Basisteils verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das dem ersten Ende gegenüberliegt und mit einem radial innersten Ende des Flansches verbunden ist. Der Wärmeschild weist Oberflächeneinrichtungen auf, die auf einem der Seitenwand und des Flansches ausgebildet sind und den Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich so festlegen, dass i) der Wärmeschild auf einer Drehachse der Welle zentriert ist; ii) ein erstes radiales Spiel zwischen einer radial nach innen weisenden Fläche der Seitenwand und dem Lagergehäuse vorhanden ist; iii) ein axiales Spiel zwischen einer dem Turbinengehäuse zugewandten Fläche des Basisteils und einer dem Turbinenrad zugewandten Fläche des Lagergehäuses vorhanden ist; und iv) ein zweites radiales Spiel zwischen der zentralen Öffnung und dem Lagergehäuse, der Welle und dem Turbinenrad vorhanden ist.
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Der Turbolader kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen: Die Oberflächeneinrichtungen weisen eine axial vorstehende Rippe auf, die in dem Flansch ausgebildet ist, wobei die Rippe in einer Umfangsnut aufgenommen ist, welche in dem Lagergehäuse ausgebildet ist, wodurch der Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich festgelegt ist. Die axial vorstehende Rippe ist auf einer dem Lagergehäuse zugewandten Fläche des Flansches konvex und auf einer dem Turbinengehäuse zugewandten Fläche des Flansches konkav. Die Rippe ist in einer Umfangsrichtung kontinuierlich ausgebildet. Die Rippe ist an einer Stelle des Flansches ausgebildet, die an die Seitenwand angrenzt. Die Oberflächeneinrichtungen umfassen sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge, die in einer Umfangsrichtung der Seitenwand voneinander beabstandet sind, wobei eine radial nach innen weisende Fläche der Vorsprünge an eine radial nach außen weisende Fläche des Lagergehäuses anstößt, wodurch der Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich festgelegt ist. Eine Abmessung des Vorsprungs in einer Umfangsrichtung ist klein relativ zu einer Umfangsabmessung der Seitenwand. Ein Verhältnis einer Umfangsabmessung der Seitenwand zu einer Umfangsabmessung des Vorsprungs liegt in einem Bereich von 20 bis 100. Die Vorsprünge weisen eine V-Form auf, so dass ein Kontakt zwischen jedem Vorsprung und dem Lagergehäuse entlang einer Linie erfolgt.
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Bei einigen Aspekten weist ein Turbolader eine Welle, die drehbar in einem Lagergehäuse gehalten ist, ein Turbinenrad, das in einem Turbinengehäuse angeordnet ist und mit der Welle verbunden ist, und einen Wärmeschild auf. Der Wärmeschild weist einen sich radial erstreckenden Basisteil mit einer zentralen Öffnung, die die Welle aufnimmt, einen sich radial erstreckenden Flansch, der zu dem sich radial erstreckenden Basisteil axial versetzt ist, und eine sich axial erstreckende Seitenwand zwischen dem Basisteil und dem Flansch auf. Die Seitenwand weist ein erstes Ende, das mit einem radial äußersten Ende des Basisteils verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das dem ersten Ende gegenüberliegt und mit einem radial innersten Ende des Flansches verbunden ist. Der Wärmeschild weist Oberflächeneinrichtungen auf, die auf dem Flansch ausgebildet sind und den Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich festlegen. Die Oberflächeneinrichtungen weisen eine axial vorstehende Rippe auf, die in dem Flansch ausgebildet ist, wobei die Rippe in einer Umfangsnut aufgenommen ist, welche in dem Lagergehäuse ausgebildet ist, wodurch der Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich festgelegt ist.
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Der Turbolader kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen: Die axial vorstehende Rippe ist auf einer dem Lagergehäuse zugewandten Fläche des Flansches konvex und auf einer dem Turbinengehäuse zugewandten Fläche des Flansches konkav. Die Rippe ist in einer Umfangsrichtung kontinuierlich ausgebildet.
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Bei einigen Aspekten weist ein Turbolader eine Welle, die drehbar in einem Lagergehäuse gehalten ist, ein Turbinenrad, das in einem Turbinengehäuse angeordnet ist und mit der Welle verbunden ist, und einen Wärmeschild auf. Der Wärmeschild weist einen sich radial erstreckenden Basisteil mit einer zentralen Öffnung, die die Welle aufnimmt, einen sich radial erstreckenden Flansch, der zu dem sich radial erstreckende Basisteil axial versetzt ist, und eine sich axial erstreckende Seitenwand zwischen dem Basisteil und dem Flansch auf. Die Seitenwand weist ein erstes Ende, das mit einem radial äußersten Ende des Basisteils verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das dem ersten Ende gegenüberliegt und mit einem radial innersten Ende des Flansches verbunden ist. Der Wärmeschild weist Oberflächeneinrichtungen auf, die auf dem Flansch ausgebildet sind und den Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich festlegen. Die Oberflächeneinrichtungen weisen sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge auf, die in einer Umfangsrichtung der Seitenwand voneinander beabstandet sind, wobei eine radial nach innen weisende Fläche der Vorsprünge an eine radial nach außen weisende Fläche des Lagergehäuses anstößt, wodurch der Wärmeschild relativ zu dem Lagergehäuse örtlich festgelegt ist.
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Der Turbolader kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen: Ein Verhältnis einer Umfangsabmessung der Seitenwand zu einer Umfangsabmessung des Vorsprungs liegt in einem Bereich von 20 bis 100. Der Wärmeschild weist drei Vorsprünge auf.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich, wenn dieselbe anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden wird, in denen:
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1 eine Querschnittansicht eines Abgasturboladers mit einem bekannten zwischen dem Turbinenrad und dem Lagergehäuse angeordneten Wärmeschild ist.
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2 eine perspektivische Ansicht eines selbstzentrierenden Wärmeschilds ist.
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3 eine Querschnittansicht eines Abschnitts des Turboladers mit Darstellung des zwischen dem Turbinenrad und dem Lagergehäuse angeordneten Wärmeschilds von 2 ist.
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4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines selbstzentrierenden Wärmeschilds, jedoch mit sich nach innen erstreckenden Vorsprüngen, die zum besseren Verständnis stark vergrößert dargestellt sind, ist.
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5 eine Querschnittansicht eines Abschnitts des Turboladers mit Darstellung des zwischen dem Turbinenrad und dem Lagergehäuse angeordneten Wärmeschilds von 4 ist.
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6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines selbstzentrierenden Wärmeschilds mit stark vergrößerten sich nach innen erstreckenden Vorsprüngen ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Gemäß 1 weist ein Abgasturbolader 10 einen Turbinenbereich 12, einen Kompressorbereich 32 und ein zentrales Lagergehäuse 28 auf, das zwischen dem Kompressorbereich 32 und dem Turbinenbereich 12 angeordnet ist und diese verbindet. Der Turbinenbereich 12 weist ein Turbinengehäuse 14, das einen Abgaseinlass 16 bildet, einen Abgasauslass 18 und eine Turbinenspirale 20 auf, die in dem Fluidweg zwischen dem Abgaseinlass 16 und dem Abgasauslass 18 angeordnet ist. Ein Turbinenrad 22 ist in dem Turbinengehäuse 14 zwischen der Turbinenspirale 20 und dem Abgasauslass 18 angeordnet. Ein bekannter Wärmeschild 50 ist in dem Turbinenbereich 12 zwischen dem Turbinenrad 22 und dem Lagergehäuse 28 vorgesehen.
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Eine Welle 26 ist mit dem Turbinenrad 22 verbunden, ist zum Drehen radial in einer Bohrung 30, die in dem Lagergehäuse 28 ausgebildet ist, gehalten und erstreckt sich in den Kompressorbereich 32. Der Kompressorbereich 32 weist ein Kompressorgehäuse 34 auf, das einen Lufteinlass 36, einen (nicht gezeigten) Luftauslass und eine Kompressorspirale 40 begrenzt. Ein Kompressorrad 42 ist in dem Kompressorgehäuse 34 zwischen dem Lufteinlass 36 und der Kompressorspirale 40 angeordnet und ist mit der Welle 26 verbunden.
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Bei Betrieb wird das Turbinenrad 22 von einen anströmendem Abgas, das aus dem (nicht gezeigten) Abgassammelrohr eines Motors zugeführt wird, zum Drehen angetrieben. Da die Welle 26 das Turbinenrad 22 mit dem Kompressorrad 42 in dem Kompressorgehäuse 34 verbindet, bewirkt die Drehung des Turbinenrads 22 eine Drehung des Kompressorrads 42. Wenn sich das Kompressorrad 42 dreht, werden Luftmassenstromrate, Luftstromdichte und Luftdruck, die über eine Ausströmung aus dem Kompressorluftausgang, der mit dem Luftansaugsammelrohr des Motors verbunden ist, zu den Zylindern des Motors geliefert werden, vergrößert.
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Der bekannte Wärmeschild 50 ist ein konkaves Teil, das zum Verringern der Wärmeübertragung von dem Turbinenbereich 12 zu dem Lagergehäuse 28 dient. Bei einigen Turboladerausgestaltungen wird jedoch dann, wenn z.B. ein zugehöriger Abschnitt des Lagergehäuses einen kleineren Durchmesser aufweist als normalerweise verwendet wird und wenn eine Unterbrechung der Außenfläche des Wärmeschilds minimiert wird, der bekannte Wärmeschild 50 in dem Turbolader 10 durch einen verbesserten Wärmeschild 150 ersetzt. Der Wärmeschild 150 weist selbstzentrierende Einrichtungen auf, die einen zugehörigen Abschnitt mit einem relativ kleineren Durchmesser einnehmen und eine minimale Unterbrechung der Außenfläche bieten, wie nachstehend genauer beschrieben wird.
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Gemäß 2 und 3 weist der selbstzentrierende Wärmeschild 150 eine Gestalt auf, die so ausgebildet ist, dass sie eine Wärmeübertragung von dem Turbinenbereich 12 zu dem Lagergehäuse 28 verringert und ferner zu einer Selbstzentrierung des Wärmeschilds 150 relativ zu dem Turboladerlagergehäuse 28 führt, damit dieser auf einer Drehachse R der Turboladerwelle 26 zentriert ist. Insbesondere weist der Wärmeschild 150 eine konkave Gestalt auf, die derjenigen einer flachen Schale im Wesentlichen gleich ist. Der Wärmeschild 150 weist einen sich radial erstreckenden Basisteil 51 mit einer zentralen Öffnung 52, die die Welle 26 mit einem großzügig bemessenen Spiel aufnimmt, einen sich radial erstreckenden Flansch 63, der zu dem Basisteil 51 axial versetzt ist, und eine sich im Wesentlichen axial erstreckende Seitenwand 57 auf, die zwischen dem Basisteil 51 und dem Flansch 63 angeordnet ist und diese verbindet. Der Ausdruck "axiale Seitenwand", wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass die Seitenwand eine axiale Distanz abdeckt und perfekt axial oder zylindrisch, wie in 3 und 5 gezeigt ist, oder konisch, wie in 2 und 4 gezeigt ist, oder halbkugelförmig, hyperbolisch, gestuft sein kann oder jede andere Gestalt aufweisen kann, solange sie sich zwischen dem Basisteil 51 und dem Flansch 63 erstreckt. Zu diesem Zweck weist die Seitenwand 57 ein erstes Ende 58, das mit einem radial äußersten Ende 54 des Basisteils 51 verbunden ist, und ein zweites Ende 59 auf, das dem ersten Ende 58 gegenüberliegt und mit einem radial innersten Ende 65 des Flansches 63 verbunden ist.
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Der Wärmeschild 150 weist Oberflächeneinrichtungen 80 auf, die auf dem Flansch 63 ausgebildet sind und den Wärmeschild 150 relativ zu dem Lagergehäuse 28 örtlich festlegen. Insbesondere legen die Oberflächeneinrichtungen 80 den Wärmeschild 150 relativ zu einer Lagergehäuse"nase" 29 örtlich fest, die ein axial vorstehender Abschnitt des Lagergehäuses 28 ist, der auf der dem Turbinengehäuse zugewandten Fläche 28a ausgebildet ist und auf der die Welle aufnehmenden Bohrung 30 zentriert ist. Die Nase 29 des Lagergehäuses 28 weist eine radial nach außen weisende Fläche 28b und eine axial nach außen weisende oder dem Turbinenrad zugewandte Fläche 28c auf.
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Die Oberflächeneinrichtungen 80 weisen eine axial vorstehende Rippe 82 auf, die so in dem Flansch 63 ausgebildet ist, dass sie in Richtung des Lagergehäuses 28 vorsteht. Die Rippe 82 ist auf einer dem Lagergehäuse zugewandten Fläche 66 des Flansches 63 konvex und auf einer dem Turbinengehäuse zugewandten Fläche 67 des Flansches 63 konkav. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Rippe 82 kontinuierlich entlang einem Umfang des Flansches 63, ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen die Rippe 82 entlang dem Umfang des Flansches 63 diskontinuierlich sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Rippe 82 an einem radial innersten Ende 65 des Flansches 63 ausgebildet, um an die Seitenwand 57 anzugrenzen, ist jedoch nicht auf diese radiale Position beschränkt. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen die Rippe 82 zwischen dem radial innersten Ende 65 des Flansches und dem radial äußersten Ende 64 des Flansches positioniert sein oder angrenzend an das radial äußerste Ende 64 des Flansches positioniert sein.
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Die Rippe 82 ist in einer Umfangsnut 23 aufgenommen, die in der dem Turbinengehäuse zugewandten Fläche 28a des Lagergehäuses 28 an einer Stelle ausgebildet ist, die sich relativ zu der Nase 29 radial außen befindet. Bei der dargestellten Ausführungsform grenzt die Nut 23 an die Nase 29 an, ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Das Zusammengreifen zwischen der Rippe 82 und der Nut 23 dient zum örtlichen Festlegen des Wärmeschilds 150 relativ zu dem Lagergehäuse 28 so, dass der Wärmeschild 150 auf einer Drehachse R der Welle 26 zentriert ist.
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Des Weiteren legt die axial vorstehende Rippe 82, wenn sie in der Nut 23 aufgenommen ist, den Wärmeschild 150 relativ zu dem Lagergehäuse 28 örtlich so fest, dass die folgenden Spiele um die Fläche des Wärmeschilds 150 herum vorhanden sind: Ein erstes Spiel C1 ist ein radiales Spiel, das zwischen einer radial nach innen weisenden Fläche 60 der Seitenwand und der radial nach außen weisenden Fläche 28b der Lagergehäusenase 29 vorgesehen ist; ein zweites Spiel C2 ist ein axiales Spiel, das zwischen einer dem Lagergehäuse zugewandten Fläche 55 des Basisteils 51 und der dem Turbinenrad zugewandten Fläche 28c der Lagergehäusenase 29 vorgesehen ist; und ein drittes Spiel C3 ist ein radiales Spiel, das zwischen der zentralen Öffnung 52 und dem Lagergehäuse 28, der Welle 26 und dem Turbinenrad 22 vorgesehen ist. Die Spiele C1, C2, C3 sind freie Stellen, die das Lagergehäuse 28 in der Nähe der Lagergehäusenase 29 und der Rückfläche 22a des Turbinenrads 22 gegen den Wärmeschild 150 thermisch isolieren, wodurch die Effizienz des Wärmeschilds 150 gegenüber einigen bekannten Wärmeschilden verbessert wird.
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Gemäß 4 und 5 weist eine alternative Ausführungsform des Wärmeschilds 250 eine Gestalt auf, die so ausgebildet ist, dass eine Wärmeübertragung von dem Turbinenbereich 12 zu dem Lagergehäuse 28 verringert wird und ferner zu einer Selbstzentrierung des Wärmeschilds 250 relativ zu dem Turboladerlagergehäuse 28 führt, damit dieser auf einer Drehachse R der Turboladerwelle 26 zentriert ist. Der selbstzentrierende Wärmeschild 250 ist dem Wärmeschild 150, der oben mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben worden ist, im Wesentlichen gleich. Aus diesem Grund werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung wird nicht wiederholt. Insbesondere weist der Wärmeschild 250 eine konkave Gestalt auf, die derjenigen einer flachen Schale im Wesentlichen gleich ist, und weist den sich radial erstreckenden Basisteil 51 mit einer zentralen Öffnung 52, die die Welle 26 mit einem großzügig bemessenen Spiel aufnimmt, den sich radial erstreckenden Flansch 63, der zu dem Basisteil 51 axial versetzt ist, und die sich axial erstreckende Seitenwand 57 auf, die zwischen dem Basisteil 51 und dem Flansch 63 angeordnet ist und diese verbindet.
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Der Wärmeschild 250 weist Oberflächeneinrichtungen 180 auf, die auf der Seitenwand 57 ausgebildet sind und den Wärmeschild 250 relativ zu der Lagergehäusenase 29 örtlich festlegen. Die Oberflächeneinrichtungen 180 weisen sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge 182 auf, die in gleichem Abstand entlang einem Umfang der Seitenwand 57 voneinander beabstandet sind. Die Vorsprünge 182 weisen eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt auf, sind auf der radial nach innen weisenden Fläche 60 der Seitenwand 57 konvex und auf der radial nach außen weisenden oder dem Turbinengehäuse zugewandten Fläche 61 der Seitenwand 57 konkav. Sie sind zwecks eines besseren Verständnisses des Selbstzentrierungsmerkmals der Erfindung in 4 in stark vergrößerter Form gezeigt.
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Zum Minimieren einer Wärmeleitung durch den Wärmeschild 250 zu dem Lagergehäuse 28 ist die Abmessung jedes Vorsprungs 182 in einer Umfangsrichtung klein relativ zu einer Umfangsabmessung der Seitenwand 57. Zum Beispiel liegt das Verhältnis Ls/Lp einer Umfangsabmessung der Seitenwand Ls zu der Umfangsabmessung Lp des Vorsprungs in einem Bereich von 20 bis 100. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt das Verhältnis Ls/Lp 34. Des Weiteren weist bei der dargestellten Ausführungsform der Wärmeschild drei Vorsprünge 182 auf, ist jedoch nicht auf drei Vorsprünge 182 beschränkt.
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Die radial nach innen weisende Fläche 60a des Vorsprungs 182 stößt an die radial nach außen weisende Fläche 28b der Lagergehäusenase 29 an und dient zum örtlichen Festlegen des Wärmeschilds 250 relativ zu dem Lagergehäuse 28 so, dass der Wärmeschild 250 auf einer Drehachse R der Welle 26 zentriert ist.
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Des Weiteren legen die Vorsprünge 182 den Wärmeschild 250 relativ zu dem Lagergehäuse 28 örtlich so fest, dass die Spiele C1, C2, C3 um die Fläche des Wärmeschilds 250 herum vorhanden sind. Insbesondere ist das erste Spiel C1 ein radiales Spiel, das zwischen der radial nach innen weisenden Fläche 60 der Seitenwand und der radial nach außen weisenden Fläche 28b der Lagergehäusenase 29 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist das erste Spiel C1 in dem sich am Umfang erstreckenden Raum zwischen aneinander angrenzenden Vorsprüngen 182 gebildet. Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist das zweite Spiel C2 ein axiales Spiel, das zwischen einer dem Lagergehäuse zugewandten Fläche 55 des Basisteils 51 und der dem Turbinenrad zugewandten Fläche 28c der Lagergehäusenase 29 vorgesehen ist; und ist das dritte Spiel C3 ein radiales Spiel, das zwischen der zentralen Öffnung 52 und dem Lagergehäuse 28, der Welle 26 und dem Turbinenrad 22 vorgesehen ist. Die Spiele C1, C2, C3 sind freie Stellen, die das Lagergehäuse 28 in der Nähe der Lagergehäusenase 29 und der Rückfläche 22a des Turbinenrads 22 gegen den Wärmeschild 250 thermisch isolieren, wodurch die Effizienz des Wärmeschilds 250 gegenüber einigen bekannten Wärmeschilden verbessert wird.
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Gemäß 6 sind, obwohl die Vorsprünge 182 als von im Wesentlichen rechteckiger Gestalt beschrieben worden sind, wodurch der Kontakt zwischen der radial nach innen weisenden Fläche 60a der Vorsprünge 182 und der Lagergehäusenase 29 über ein im Wesentlichen rechteckiges Gebiet erfolgt, die Vorsprünge 182 nicht auf diese Gestalt beschränkt. Zum Beispiel weist bei einigen Ausführungsformen ein selbstzentrierender Wärmeschild 350 sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge 282 auf, die in gleichem Abstand entlang einem Umfang der Seitenwand 57 voneinander beabstandet sind. Die Vorsprünge 282 sind im Wesentlichen V-förmig, sind auf der radial nach innen weisenden Fläche 60 der Seitenwand 57 konvex und auf der radial nach außen weisenden oder dem Turbinengehäuse zugewandten Fläche 61 der Seitenwand 57 konkav. Des Weiteren erfolgt der Kontakt zwischen der radial nach innen weisenden Fläche 60a der Vorsprünge 282 und der Lagergehäusenase 29 über eine Linie, die dem Scheitel 283 der V-förmigen Fläche entspricht. Bei einem (nicht gezeigten) weiteren Beispiel weisen die Vorsprünge 182 eine konische Gestalt auf, wodurch der Kontakt zwischen der radial nach innen weisenden Fläche 60a der Vorsprünge 182 und der Lagergehäusenase 29 an einem Punkt erfolgt, der dem Scheitel der konischen Fläche entspricht.
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Obwohl die Vorsprünge 182, 282 hier als in gleichem Abstand voneinander beabstandet beschrieben worden sind, sind sie nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Zum Beispiel sind bei einigen Ausführungsformen die Vorsprünge 182, 282 so voneinander beabstandet, dass sich die Distanz zwischen einigen benachbarten Vorsprüngen 182, 282 von derjenigen zwischen anderen benachbarten Vorsprüngen 182, 282 unterscheidet.
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Obwohl die Offenlegung mit Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, erkennen Fachleute auf dem Sachgebiet, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne dass dadurch vom Umfang der vorliegenden Offenlegung, wie sie in den folgenden Patentansprüchen definiert ist, abgewichen wird.
