DE112014001488T5

DE112014001488T5 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE112014001488T5
Application number: DE112014001488.5T
Authority: DE
Inventors: Dieter Zeppei
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-12-10
Also published as: WO2014176027A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) mit einem Turbinengehäuse (2), das eine metallische Außenschale (3), und das eine keramische Innenschale (4) aufweist, wobei die metallische Außenschale (3) unmittelbar an der keramischen Innenschale (4) anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Abgasturbolader ist aus der DE 10 2007 024 130 A1 bekannt. Das Turbinengehäuse dieses Abgasturboladers weist eine metallische Außenschale auf, die mit einer Innenschale aus einem keramischen Werkstoff versehen ist, wobei zwischen der Außenschale und der Innenschale eine weiche Zwischenschicht eingefügt ist.
Hierzu können die Außenschale, die Innenschale oder beide Schalen mehrstückig ausgeführt werden. Dadurch soll erreicht werden, dass die Innenschale in eine Geometrie des Turbinengehäuses eingefügt werden kann, deren innere Höhlungen größer als die Öffnungen des Gehäuses sind.
Da bei dem bekannten Abgasturbolader die Innen- und die Außenschale getrennt gefertigt werden müssen, um nachträglich mechanisch ineinander eingefügt werden zu können, ist die Zwischenschicht erforderlich, um unterschiedliche Wärmedehnungsverhalten der Innen- und der Außenschale kompensieren zu können.
Dadurch ergibt sich jedoch der Nachteil, dass der Gesamtaufbau des Turbinengehäuses des bekannten Abgasturboladers aufwändig gestaltet ist und darüberhinaus aufwändig zu fertigen und zu montieren ist. Ferner ergibt sich das Problem, dass die Zwischenschicht durch Mikrobewegungen beschädigt, wenn nicht gar zerstört werden kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, der ein verbessertes Warmlaufverhalten bei geringeren Anforderungen an die Warmfestigkeit, Wärmedehnungscharakteristik und Thermoschockbeständigkeit des Turbinengehäuses ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
Dadurch wird erreicht, dass der erfindungsgemäße Abgasturbolader eine Innenisolierung aufweist, die ein verbessertes Warmlaufverhalten, eine erhöhte Abgasenthalpie vor der Turbine sowie eine erhöhte Abgastemperatur vor einem Katalysatoreintritt möglich macht. Ebenso kann mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader der Wärmeeintrag in einen Motorraum, in dem der Abgasturbolader installiert ist, vermindert werden.
Da die Innenschale des erfindungsgemäßen Abgasturboladers isolierend wirkt und gleichzeitig in ihrem Wärmedehnungsverhalten der sie umfassenden metallischen Außenschale angepasst ist, ist es nicht erforderlich, eine Zwischenschicht zwischen der Außenschale und der Innenschale vorzusehen.
Die Bestandteile der keramischen Innenschale in Form des Verdichterspiraleneinsatzes und des Kontureinsatzes sind vorgeformte keramische Körper und können dementsprechend als feste Einlegekörper für einen Gießprozess der metallischen Außenschale des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses als integrale Bestandteile dieses Herstellungsverfahrens verwendet werden.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Notwendigkeit eines mechanischen Fügens der Innen- und der Außenschale nicht erforderlich ist. Die Innenschale und die Außenschale sind derart miteinander verbunden, dass eine Entfernung der keramischen Innenschale ohne eine Zerstörung der metallischen Außenschale nicht möglich wäre.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Der keramische Kontureinsatz bzw. Düsenring ist vorzugsweise aus partiell stabilisiertem Zirkonoxid hergestellt und ist dementsprechend isolierend sowie form- und erosionsbeständig. Das Zirkonoxid kann mit Ytrium stabilisiert sein. Dadurch wird das Zirkonoxid weniger spröde.
Ferner ergibt sich der Vorteil, dass bei entsprechender Gestaltung eines Abgasturboladers, vorzugsweise eines Turboladers mit veränderbarer Turbinengeometrie, der Düsenring direkt den Flansch der Abgasanlage, an die der Abgasturbolader angeschlossen ist, tragen kann.
In Anspruch 6 und 7 ist das erfindungsgemäße Turbinengehäuse als selbständig handelbares Objekt definiert.
In den Ansprüchen 8 bis 10 ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Turbinengehäuses definiert.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,
2 eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turbinengehäuses,
3 eine Draufsicht auf den Turbinengehäuseauslauf aus Richtung eines Kontureinsatzes, und
4 eine der 2 entsprechende Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turbinengehäuses.
In 1 ist in schematisch stark vereinfachter Darstellung ein Abgasturbolader 1 dargestellt, der in der zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Art und Weise ausgebildet sein kann.
Der Abgasturbolader 1 weist ein Turbinengehäuse 2 auf, in dem ein Turbinenrad 8 angeordnet ist. in einem Lagergehäuse 10, das mit dem Turbinengehäuse 2 verbunden ist, ist eine Welle 9 gelagert, die an einem ihrer Enden das Turbinenrad 8 und an ihrem anderen Ende ein Verdichterrad 12 trägt, das in einem Verdichtergehäuse 11 angeordnet ist, das ebenfalls mit dem Lagergehäuse 10 verbunden ist.
In 2 ist eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 2 dargestellt. Das Turbinengehäuse 2 weist eine metallische Außenschale auf, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 3 gekennzeichnet ist. In dieser Außenschale 3 ist eine keramische Innenschale angeordnet, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 4 gekennzeichnet ist und die unmittelbar, also ohne das Vorsehen irgendeiner Zwischenschicht, innen an der Außenschale 3 anliegt, wie sich dies unmittelbar aus der zeichnerischen Darstellung der 2 ergibt.
Die Außenschale 3 umfasst einen Spiralenbereich 5, einen Konturbereich 6 und einen sich an den Konturbereich 6 anschließenden Turbinengehäuseauslauf 7.
Wie durch 2 verdeutlicht, ist im Spiralenbereich 5 ein keramischer Verdichterspiraleneinsatz 4A angeordnet, der aus einer Keramik aus Aluminiumtitanat aufgebaut ist. Dieser Verdichterspiraleneinsatz 4A liegt, wie gesagt, unmittelbar an der Innenwand des Spiralenbereichs 5 an und kleidet diesen innen vollständig aus.
Im Konturbereich 6 ist ein formstabiler Keramikkörper aus Zirkonoxid als Kontureinsatz 4B angeordnet, der ebenfalls unmittelbar an der Innenwand des Konturbereichs 6 anliegt und diesen komplett innen auskleidet.
Wie eine Zusammenschau der 2 und 3 verdeutlicht, ist es bei entsprechender Ausbildung möglich, dass der Kontureinsatz 4B als formstabiler Keramikkörper über den sich an den Konturbereich 6 anschließenden metallischen Turbinengehäuseauslauf 7 einen Flansch 13 trägt, der als Teil einer Abgasanlage ausgebildet sein kann, an der der erfindungsgemäße Abgasturbolader 1 angebracht ist.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Turbinengehäuses 7' dargestellt, die im Wesentlichen derjenigen der Ausführungsform gemäß 2 entspricht. Insofern kann auch bezüglich aller Komponenten, die mit denselben Bezugsziffern versehen sind, auf die voranstehende Beschreibung) Bezug genommen werden.
4 verdeutlicht eine Ausführungsform des Turbinengehäuses 7', bei der der Kontureinsatz 4B' im Konturbereich 6' einen Flansch 13' des Turbinengehäuses 7' ausbildet.
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit zur Ergänzung der Offenbarung explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 3 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasturbolader
2, 7': Turbinengehäuse
3: Metallische Außenschale
4: Keramische Innenschale
4A: Verdichterspiraleneinsatz
4B, 4B': Kontureinsatz
5: Spiralenbereich
6, 6': Konturbereich
7: Turbinengehäuseauslauf
8: Turbinenrad
9: Welle
10: Lagergehäuse
11: Verdichtergehäuse
12: Verdichterrad
13, 13': Flansch
L: Längsachse des Abgasturboladers 1

Claims

Abgasturbolader (1) – mit einem Turbinengehäuse (2), • das eine metallische Außenschale (3), und • das eine keramische Innenschale (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass die metallische Außenschale (3) unmittelbar an der keramischen Innenschale (4) anliegt.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Innenschale (4) einen Verdichterspiraleneinsatz (4A) und einen Kontureinsatz (4B) umfasst.
Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichterspiraleneinsatz (4A) aus einer Keramik aus Aluminiumtitanat aufgebaut ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontureinsatz (4B) ein formstabiler Keramikkörper aus Zirkonoxid ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontureinsatz (4B') einen Flansch (13') eines Turbinengehäuses (7') ausbildet.
Turbinengehäuse (2) eines Abgasturboladers (1) – mit einer metallischen Außenschale (3) und mit einer keramischen Innenschale (4), dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Außenschale (3) unmittelbar an der keramischen Innenschale (4) anliegt.
Turbinengehäuse nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen der Ansprüche 2 bis 5.
Verfahren zur Herstellung eines Turbinengehäuses (2) eines Abgasturboladers (1) mit folgenden Verfahrensschritten: – Ausbilden eines keramischen Verdichterspiraleneinsatzes (4A); – Ausbilden eines formstabilen Keramikkörpers als Kontureinsatz (4B); – Einlegen des keramischen Verdichterspiraleneinsatzes (4A) und des Kontureinsatzes (4B) in eine Gießform; und – Umgießen des keramischen Verdichterspiraleneinsatzes (4A) und des Kontureinsatzes (4B) zur Ausbildung einer metallischen Außenschale (3) des Turbinengehäuses (2).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichterspiraleneinsatz (4A) aus einer Keramik aus Aluminiumtitanat ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontureinsatz (4B) als formstabiler Keramikkörper aus Zirkonoxid ausgebildet wird.