WO2013182619A1 - Turbinengehäuse für einen abgasturbolader - Google Patents

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WO2013182619A1
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turbine housing
contour
housing
turbine
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Marc Hiller
Christian Uhlig
Holger Fäth
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Continental Automotive Gmbh
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    • F05D2300/111—Cast iron

Definitions

  • the invention relates to a turbine housing for a
  • Exhaust gas turbochargers are increasingly used to increase performance in automotive internal combustion engines. This happens more and more often with the aim of reducing the internal combustion engine with the same or even increased performance in size and weight and at the same time the consumption and thus the
  • the operating principle is to use the energy contained in the exhaust gas flow to increase the pressure in the intake tract of the engine and thus to better fill the combustion chamber with air-oxygen and thus implement more fuel, gasoline or diesel, per combustion process, so to increase the performance of the internal combustion engine.
  • a conventional exhaust gas turbocharger as shown in FIG. 1, has one in the exhaust gas line of the internal combustion engine
  • Turbine wheel 11 and compressor wheel 16 are rotatably attached to the opposite ends of a rotor shaft 17 and thus form the rotor unit of the exhaust gas turbocharger, here referred to as turbo rotor.
  • the rotor shaft 17 is rotatably mounted in the bearing housing 100 in a bearing unit arranged between the exhaust gas turbine 101 and the fresh air compressor 102.
  • Compressor 16 driven and the exhaust energy so to Used pressure build-up in the intake, where the
  • Fresh air mass flow FM (also indicated by arrows) is brought to elevated pressure.
  • the hot exhaust gas mass flow AM is directed to the turbine wheel 11.
  • the turbine housing 1 and the turbine wheel 11 are so in operation in direct contact with the hot exhaust gas mass flow AM and are thus exposed to very large temperature fluctuations with peak temperatures up to 1000 ° C can be achieved.
  • the turbo-rotor rotates at very high rotational speeds of up to 300,000 rpm, whereby in particular the turbine wheel 11 and the turbine housing 1 are exposed to very high mechanical and thermal stresses.
  • the turbine housing 1 is connected by means of a bearing housing connecting flange 4 with the centrally disposed bearing housing 100 of the exhaust gas turbocharger. Furthermore, the turbine housing 1 has an exhaust gas inlet duct 2b forming an exhaust gas inlet channel 2 with an exhaust gas inlet flange 2a for connecting the exhaust gas turbocharger to the exhaust manifold (not shown) of an internal combustion engine.
  • Exhaust gas inlet channel 2 enters the hot exhaust gas in the
  • Turbine housing 1 as is illustrated by means of the exhaust gas mass flow AM shown by arrows. Furthermore, the turbine housing 1 has a spiral channel 5 adjoining the exhaust gas inlet channel 2, which is arranged to taper concentrically around the turbine wheel
  • Exhaust inlet gap 5a extends and is open towards this, so that the exhaust gas mass flow AM is guided through the spiral channel 5 in at least a proportionate radial / tangential direction through the exhaust gas inlet gap 5a on the turbine wheel 11.
  • the exhaust gas flow AM is deflected in the axial direction in an exhaust gas outlet nozzle 7, through which the
  • Abgasaustrittsflansch 3a connects, is derived. in the Transition between the exhaust gas inlet gap 5a and the
  • Turbine wheel 11 flows, and thus the turbine wheel 11 drives, the contour gap 12 between the inner contour of the
  • Turbine housing and the outer contour of the blading 10 of the turbine wheel 11 are kept as small as possible.
  • Contour gap significantly influences the fluidic and thermodynamic properties of the exhaust gas turbine.
  • This region of the inner contour of the turbine housing therefore seals the blading 10 of the turbine wheel approximately over the circumference, which is why this region of the inner contour of the turbine housing is referred to below as a sealing contour region 9 or briefly as a sealing contour 9.
  • Wastegate device consists of a connecting channel, the wastegate channel 8, between the exhaust gas inlet channel 2 or the spiral channel 5 and the exhaust gas outlet channel 3 and from an associated valve flap 14 with this wastegate channel 8 can be closed or opened as needed.
  • the valve flap 14 In order to keep possible losses as low as possible, it must be ensured that the valve flap 14 in case of need with a
  • Valve seat 8a on or in the wastegate channel 8 closes as close as possible. Due to the complex internal and external geometries of the turbine housings, traditional turbine housings are designed and manufactured as very solid castings in order to meet the high requirements in terms of form and positional accuracy with simultaneous high thermal and mechanical loads. This embodiment of the turbine housing in addition to the high weight and high heat capacity and high material and manufacturing costs result, which adversely affects the use, operation and cost of such exhaust gas turbocharger.
  • thermodynamic efficiency of the turbine due to the manufacturing process, the dimensional accuracy of the sealing contour relative to the turbine wheel may be disadvantageous, since the tolerances of the individual interconnected sheet metal parts may possibly add unfavorably, which in turn is a
  • a turbine housing for an exhaust gas turbocharger is already known.
  • This turbine housing comprises an inlet funnel, an impeller housing with a gas channel which narrows helically starting from the inlet funnel, a flange for connection to the bearing housing of the exhaust gas turbocharger and a central outlet tube.
  • a turbine wheel rotates in the impeller housing.
  • the helical gas channel ends in the region of the inlet funnel at a sealing edge.
  • the inlet funnel, the impeller housing and the outlet tube consist of non-cutting formed, for example embossed or deep-drawn sheet metal.
  • the impeller housing consists of two half-shells and is welded to the outlet pipe.
  • Impeller housings are surrounded by an additional outer housing made of sheet metal. Between the impeller housing and the additional outer housing is an air gap.
  • the object of the invention is therefore a
  • Turbine housing ensures a high thermodynamic efficiency of the exhaust gas turbine.
  • the turbine housing according to the invention for an exhaust gas turbocharger has, inter alia, a bearing housing connection flange, an exhaust gas inlet channel, a spiral channel, a
  • Exhaust outlet is made up of several interconnected housing parts.
  • the turbine housing is characterized in that a central, one-piece contour component is provided on the side facing away from the Lagergeophusean gleichflansch side of the spiral channel (5) in the turbine housing, lying on the side facing away from the Lagergepureau réelle- (4a) side wall region of the spiral channel, one of these Wall area adjoining
  • contour component Containing the boundary wall of the exhaust gas inlet gap and adjoining this wall region sealing contour region, wherein the contour component is designed as a cast component or as a forging component, which is connected to its adjacent housing parts, which are at least partially designed as sheet metal parts.
  • the advantages of the invention are, in particular, that the dimensional stability and accuracy of the housing contour are specifically influenced by a dependent on the application case, the dimensional stability and accuracy of the housing contour and thus the thermodynamic efficiency of the turbine can be specifically improved.
  • Contour area can be precisely prefabricated relative to the turbine wheel. This contributes to the further improvement of the
  • Housing contours that form functional surfaces, such as the sealing contour area, a valve seat or a Lageraufname for a drive linkage of a Wategateklappe be represented by a mechanical post-processing of the component with high accuracy. This has the advantage of a clear
  • the contour component also has an exhaust gas outlet connection which, downstream with respect to the exhaust gas mass flow, directly adjoins the sealing contour region and defines an outlet cross section of the turbine.
  • Outlet cross section is next to the exhaust gas inlet gap and the contour gap another parameter that influences the thermodynamic efficiency of the turbine.
  • a further embodiment of the turbine housing according to the invention is characterized in that the contour component also has at least a part of a wall of the exhaust gas inlet channel opening into the spiral channel.
  • the exhaust gas inlet pipe is formed integrally on the contour component.
  • Exhaust gas turbocharger relative to the engine safely.
  • at least part of the mass forces acting on the exhaust gas turbocharger is transmitted via the exhaust gas inlet pipe to the internal combustion engine.
  • this connection constitutes at least part of the attachment of the
  • Exhaust gas turbocharger on the internal combustion engine which is exposed due to the weight of the exhaust gas turbocharger and the vibrations occurring during operation high mechanical loads.
  • the at least partial embodiment of the exhaust gas inlet tube as an integrated part of the dimensionally stable, designed as a cast component or as a forged component contour component increases the
  • a further embodiment of the turbine housing according to the invention is characterized in that the contour component also has a wastegate channel, arranged in the wall region of the spiral channel (5), of a wastegate device with a valve flap seat.
  • the integration of the wastegate channel and the valve flap seat in the contour component helps to have a negative impact on the efficiency leakage leakage flow when closed
  • the contour component also has a bearing receptacle for a drive linkage of a wastegate valve device.
  • the wastegate valve flap arranged in the turbine housing is actuated by an actuator arranged outside the turbine housing during operation. This makes it necessary to carry out the drive linkage through the housing wall and to mount the drive linkage in the housing wall of the turbine housing.
  • the integration of a bearing support for said drive linkage in the contour component allows a well-defined positioning of the bearing and thus the drive linkage and the thereto attached wastegate valve flap and thus also helps to keep a negative impact on the efficiency leakage leakage flow with closed wastegate valve flap low and so high efficiency
  • Contour component is greater than the wall thickness of the
  • Sheet metal molding executed adjacent housing parts, in particular at least twice the wall thickness of the adjacent sheet-shaped part housing parts. This ensures a sufficiently stable, the preferred manufacturing process adequate execution of the contour component.
  • Contour component a post-processing of the important contour and functional surfaces, such as the sealing contour, the
  • the contour component is welded to its adjacent housing parts.
  • This type of connection allows a highly resilient and secure connection between the individual housing parts of different material thickness and is suitable to produce a gas-tight housing shell by a material-locking connection along the resulting
  • the turbine housing is characterized in that the contour component with its adjacent housing parts forms a single-shell turbine housing.
  • the contour component gives the single-shell construction the required Stability and thus allows a particularly lightweight construction of the turbine housing by the use of relatively
  • the turbine housing is characterized in that on the contour component, a wastegate channel is formed by means of adjacent sheet metal molded parts or at least extended.
  • a wastegate channel is formed by means of adjacent sheet metal molded parts or at least extended.
  • Turbine housing at least partially constructed of sheet metal moldings:
  • an exhaust gas inlet pipe which forms the exhaust gas inlet channel
  • an exhaust gas inlet flange which adjoins the exhaust gas inlet pipe and to which the turbine housing is connected to an exhaust pipe of an internal combustion engine
  • an exhaust gas outlet pipe which comprises the exhaust gas outlet nozzle and which forms the exhaust gas outlet channel, through which the exhaust gas is conducted downstream of the exhaust gas turbine in the direction of an exhaust system of an internal combustion engine
  • Exhaust outlet of the turbine housing and an exhaust system of an internal combustion engine can be produced
  • the said housing parts themselves may in turn be constructed of several individual parts which are all or only partially formed as sheet-metal parts. The more of these individual housing parts are designed as thin-walled sheet-metal parts, the greater the weight reduction compared to conventional turbine housing concepts.
  • Figure 1 is a simplified sectional view of a
  • Figure 2 is a perspective sectional view of a
  • Figure 3 is a perspective sectional view of a
  • the exhaust gas turbocharger according to the prior art shown in Figure 1 has already been described in the introduction and shows the basic structure and the arrangement of the individual components exhaust gas turbine 101, fresh air compressor 102 and bearing housing 100th Particular attention was paid to the components of the exhaust-gas turbocharger which are essential to the invention, namely the exhaust-gas turbine 101 with turbine housing 1 and turbine runner 11, which has a blading 10.
  • Turbine housing 1 for an exhaust gas turbocharger has, inter alia, an exhaust gas inlet channel 2, a spiral channel 5, an exhaust gas inlet gap 5a, a sealing contour region 9 and an exhaust gas outlet nozzle 7. Also the arrangement of the exhaust gas inlet channel 2, a spiral channel 5, an exhaust gas inlet gap 5a, a sealing contour region 9 and an exhaust gas outlet nozzle 7. Also the arrangement of the exhaust gas inlet channel 2, a spiral channel 5, an exhaust gas inlet gap 5a, a sealing contour region 9 and an exhaust gas outlet nozzle 7. Also the arrangement of the
  • Figure 2 shows an inventive turbine housing, for clarity, isolated from the other components of the exhaust gas turbocharger and in a cut, perspective
  • the turbine housing has a plurality of interconnected housing parts, wherein the contour component 6 of the turbine housing 1, which has a sealing contour area 9, is designed as a cast component or as a forging component, which is connected to its adjacent housing parts, which are designed as sheet-metal parts, in particular welded ,
  • the housing parts together with the contour component 6 form a single-shell housing.
  • the wall thickness of the contour component 6 is greater than the wall thickness of its adjacent housing parts.
  • Exhaust gas turbocharger to improve the thermodynamic properties of the turbine.
  • the deformations occurring during operation of the exhaust gas turbocharger of the turbine housing 1, in particular in the region of the sealing contour 9, are reduced in comparison to the prior art, at the same time the manufacturing costs of the turbine housing 1 and its weight are kept low. Furthermore, a good dimensional accuracy is ensured by post-processing of the important contour and functional surfaces of the sealing contour, the outlet cross section of the turbine and the valve flap seat of the wastegate channel.
  • the illustrated turbine housing 1 has a
  • Abgaseintrittsflansch 2a for example, for connection to an exhaust manifold of an internal combustion engine, a
  • Abgasaustrittsflansch 3a for connection to an exhaust system of an internal combustion engine and a Lagergepureauan gleich- flange 4a for connecting the turbine housing 1 to the
  • LagergetreuseanInstitutflansch 4a and the exhaust gas outlet flange 3a are designed as sheet-metal parts, in contrast to
  • Exhaust gas inlet flange 2a which is designed as a solid cast, forged or machined molded part.
  • Figure 2 shows a scroll housing part designed as a plate-shaped part 4 on which the Lagergeophusean gleichflansch 4a facing side of the scroll casing and an invention as a solid cast or forged part ⁇ designed contour component 6 on the
  • the spiral housing is formed in each case half by the spiral housing part 4 and, designed as a solid cast or forged part, contour component 6.
  • the two, each one half shell of the spiral housing forming housing parts of the spiral housing are, for example, gas-tight welded together along their line of contact with a continuous weld.
  • the turbine housing 1 shown in Figure 2 has a wastegate channel 8 on which fixed by the contour component 6, preferably welded and welded together, designed as a sheet metal molded parts Wastegatgephase 8b is designed.
  • the exhaust gas outlet pipe 3b is arranged, which is composed in this example of at least two sheet metal moldings.
  • the exhaust outlet pipe 3b is seated on a shoulder in the outer region of the contour component 6 and connected to the contour component 6 on the entire circumference along the contact line continuously gastight manner, for example, welded.
  • the Abgasaustrittsflasch 3a is also on the entire circumference along the line of contact continuously connected gas-tight with the exhaust outlet pipe 3b, for example, welded.
  • the exhaust gas inlet pipe 2b is also made of at least two shell-shaped
  • the turbine housing 1 shown in FIG. 2 has a wastegate channel 8, which is fastened to the contour component 6, preferably welded and welded together, as sheet-metal molded parts
  • Wastegategekorusemaschine 8 b is designed.
  • Turbine housing 1 forms, has in addition to the contour for the spiral channel 5, an adjoining wall of the
  • the contour gap 12 corresponds to the spacing of the sealing contour from the outer contour of the blading 10 of the turbine wheel 11 rotating during operation of the exhaust gas turbocharger. This distance must be maintained as accurately as possible during operation of the exhaust gas turbocharger in order to prevent the turbine wheel from rubbing against the turbine housing and on the other hand to prevent that by a deformation of the turbine housing, the distance of the sealing contour 9 from the turbine wheel and thus the contour gap is too large, which would be an undesirable deterioration of the thermodynamic properties of the turbine.
  • the contour part 9 of the turbine housing 1 forming contour component 6 designed as a cast component or as a forging, which is welded to its adjacent housing components, for example, and forms a single-shell turbine housing together with these.
  • the housing parts adjacent to the contour component 6 are in the form of
  • Contour component 6 - as already shown above - designed as a cast component or as a forging component. All previously mentioned, relevant for the function and efficiency contour and scale ranges are defined by the contour component, and can be produced by high-precision machining only this one component cost and stable over the entire operating range of the exhaust gas turbocharger.
  • the material used for the contour component 6 is preferably a highly heat-resistant material, for example a GGV material, an E5S material, a cast steel or a steel forging.
  • the wall thickness of the contour component 6 is greater than the wall thickness of its adjacent, designed as a sheet metal moldings housing parts, in particular, the contour component has at least twice the wall thickness.
  • FIG. 3 shows a perspective sketch of a
  • Contour component 6, which forms the stable core of the turbine housing 1 and above all defines the exhaust gas inlet gap 5a and the sealing contour 9, as a cast component or as
  • Forged component executed, which is connected to its adjacent, designed as sheet-metal parts other housing parts, preferably welded.
  • This further embodiment differs from the first embodiment shown in Figure 2 essentially in that a wastegate channel 8 including a
  • Valve flap seat 8a and also a bearing receptacle 8c for a drive linkage 14a of a wastegate valve flap 14 is integrally integrated into the run as a cast or forged component contour component 6.
  • the exhaust gas inlet pipe is at least partly integrated in one piece with the contour component 6.
  • the depicted in Figure 3 upper part 2b ⁇ is designed as an integral part of the contour component 6 whereas the lower one in the figure 3 part of the exhaust gas inlet tube 2b constructed as a plate-shaped part with a smaller wall thickness and 2b ⁇ connected to the upper part, for example welded is.
  • the Abgasausbergsflansch 3a is in this embodiment of the
  • Turbine housing designed as a solid cast or forged or machined molded part.
  • Embodiment further increased. This allows the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse (1) für einen Abgasturbolader, welches mehrere miteinander verbundene Gehäuseteile aufweist. Ein zentrales, einstückiges Konturbauteil (6), das als Guss- oder Schmiedebauteil ausgeführt ist, ist auf der vom einem Lagergehäuseanschlussflansch (4a) abgewandten Seite des Spiralkanals (5) im Turbinengehäuse (1) vorgesehen und weist einen Wandbereich des Spiralkanals (5), eine Begrenzungswand des Abgaseintrittsspalts (5a) und den Dichtkonturbereich (9) auf. Das Konturbauteil ist mit seinen benachbarten Gehäuseteilen, die zumindest zum Teil als Blech-Formteile ausgeführt sind, zu einem Turbinengehäuse verbunden.

Description

Beschreibung
Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse für einen
Abgasturbolader .
Abgasturbolader werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den
C02~Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen um den Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff zu bewirken und somit mehr Treibstoff, Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umsetzen zu können, also die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen.
Ein herkömmlicher Abgasturbolader, wie in Figur 1 dargestellt weist dazu eine im Abgasstrang des Verbrennungsmotors
angeordnete Abgasturbine 101 mit einem durch den Abgasstrom angetriebenen, in einem Turbinengehäuse 1 angeordneten
Turbinenrad 11 und einen im Ansaugtrakt angeordneten
Frischluftverdichter 102 mit einem den Druck aufbauenden, in einem Verdichtergehäuse 15 angeordneten Verdichterrad 16 auf. Turbinenrad 11 und Verdichterrad 16 sind drehfest an den gegenüberliegenden Enden einer Rotorwelle 17 befestigt und bilden so die hier als Turborotor bezeichnete Läufereinheit des Abgasturboladers. Die Rotorwelle 17 ist in einer zwischen Abgasturbine 101 und Frischluftverdichter 102 angeordneten Lagereinheit im Lagergehäuse 100 drehgelagert. Somit wird mit Hilfe des Abgasmassenstroms AM (mit Pfeilen angedeutet) , das Turbinenrad 11 und über die Rotorwelle 17 wiederum das
Verdichterrad 16 angetrieben und die Abgasenergie so zum Druckaufbau im Ansaugtrakt genutzt, wo der
Frischluft-Massenstrom FM (ebenfalls durch Pfeile angedeutet) auf erhöhten Druck gebracht wird. Durch das Turbinengehäuse 1 wird der heiße Abgas-Massenstrom AM auf das Turbinenrad 11 geleitet. Das Turbinengehäuse 1 und das Turbinenrad 11 befinden sich so im Betrieb in direktem Kontakt mit dem heißen Abgas-Massenstrom AM und sind somit sehr großen Temperaturschwankungen ausgesetzt wobei Spitzentemperaturen bis über 1000°C erreicht werden. Gleichzeitig rotiert der Turborotor mit sehr hohen Drehzahlen von bis zu 300.000 U/min wodurch insbesondere das Turbinenrad 11 und das Turbinengehäuse 1 sehr hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind .
Bei herkömmlich aufgebauten Abgasturboladern, wie in Figur 1 dargestellt, ist das Turbinengehäuse 1 mittels eines Lager- gehäuseanschlussflansches 4 mit dem zentral angeordneten Lagergehäuse 100 des Abgasturboladers verbunden. Weiterhin weist das Turbinengehäuse 1 ein einen Abgaseintrittskanal 2 bildendes Abgaseintrittsrohr 2b mit einem Abgaseintrittsflansch 2a zum Anschluss des Abgasturboladers an den Abgaskrümmer (nicht dargestellt) eines Verbrennungsmotors auf. Durch den
Abgaseintrittskanal 2 tritt das heiße Abgas in das
Turbinengehäuse 1 ein, wie mittels des durch Pfeile dargestellten Abgas-Massenstroms AM verdeutlicht ist. Weiterhin weist das Turbinengehäuse 1 einen sich an den Abgaseintrittskanal 2 anschließenden Spiralkanal 5 auf, der sich verjüngend um einen konzentrisch um das Turbinenrad angeordneten
Abgaseintrittsspalt 5a verläuft und zu diesem hin geöffnet ist, so dass der Abgas-Massenstrom AM durch den Spiralkanal 5 in zumindest anteilig radialer/tangentialer Richtung durch den Abgaseintrittsspalt 5a auf das Turbinenrad 11 geführt wird. Durch das Turbinenrad 11 wird der Abgasstrom AM in axiale Richtung in einen Abgasaustrittsstutzen 7 umgelenkt, durch den der
Abgas-Massenstrom AM in das Abgasaustrittsrohr 3b und weiter in ein sich anschließendes Abgassystem, das an einem
Abgasaustrittsflansch 3a anschließt, abgeleitet wird. Im Übergang zwischen dem Abgaseintrittsspalt 5a und dem
Abgasaustrittsstutzen 7 ist die Innenkontur des Turbinengehäuses der Außenkontur der Beschaufelung 10 des Turbinenrades 11 angepasst. Um zu gewährleisten, dass ein möglichst großer Anteil des Abgas-Massenstromes durch die Beschaufelung 10 des
Turbinenrades 11 strömt, und somit das Turbinenrad 11 antreibt, muss der Konturspalt 12 zwischen Innenkontur des
Turbinengehäuses und der Außenkontur der Beschaufelung 10 des Turbinenrades 11 möglichst klein gehalten werden. Der
Konturspalt beeinflusst die strömungstechnischen und die thermodynamischen Eigenschaften der Abgasturbine wesentlich. Dieser Bereich der Innenkontur des Turbinengehäuses dichtet also quasi die Beschaufelung 10 des Turbinenrades über den Umfang ab, weshalb dieser Bereich der Innenkontur des Turbinengehäuses im Weiteren als Dichtkonturbereich 9 oder kurz als Dichtkontur 9 bezeichnet wird.
Aufgrund des oben genannten möglichst klein auszulegenden Konturspalts 12 ist die Form- und Lagestabilität der Dichtkontur 9 von großer Bedeutung, da eine Berührung des im Betrieb schnell drehenden Turbinenrades 11 mit der Dichtkontur 9 unweigerlich zur Zerstörung der Abgasturbine führen würde.
Weiterhin weisen Abgasturbinen moderner Konzeption eine sogenannte Wastegate-Einrichtung 13 auf, die eine bessere Regelung der Turbinenleistung bei unterschiedlichen
Betriebsbedingungen ermöglichen. Eine solche
Wastegate-Einrichtung besteht aus einem Verbindungskanal, dem Wastegatekanal 8, zwischen dem Abgaseintrittskanal 2 oder dem Spiralkanal 5 und dem Abgasaustrittskanal 3 sowie aus einer dazugehörigen Ventilklappe 14 mit der dieser Wastegatekanal 8 nach Bedarf geschlossen oder geöffnet werden kann. Um mögliche Verluste möglichst gering zu halten, muss auch hier gewährleistet sein, dass die Ventilklappe 14 im Bedarfsfall mit einem
Ventilsitz 8a am oder im Wastegatekanal 8 möglichst dicht schließt . Um den hohen Anforderungen an Form und Lagegenauigkeit bei gleichzeitig hohen thermischen und mechanischen Belastungen gerecht werden zu können und auch Aufgrund der komplexen Innen- und Außengeometrien der Turbinengehäuse, sind herkömmliche Turbinengehäuse deshalb als sehr massive Gussteile ausgelegt und hergestellt. Diese Ausführung der Turbinengehäuse hat neben dem hohen Gewicht und der hohen Wärmekapazität auch hohe Material- und Herstellkosten zur Folge, was sich nachteilig auf den Einsatz, den Betrieb und die Kosten solcher Abgasturbolader auswirkt .
Es bestehen deshalb Bestrebungen die Turbinengehäuse aus vergleichsweise dünnen, leichten Form-Blechteilen aufzubauen.
Bei in Abgasturboladern verwendeten, aus Blechteilen
zusammengesetzten Turbinengehäusen kommt es, aufgrund der oben genannten anspruchsvollen Einsatzbedingungen, im Betrieb leicht zu unerwünschten Verformungen des ebenfalls aus Blech
bestehenden Dichtkonturbereiches. Unerwünschte Verformungen des Dichtkonturbereiches des Turbinengehäuses führen zu einer Verschlechterung des thermodynamischen Wirkungsgrades oder schlimmstenfalls auch zu einem Anstreifen des sich im Betrieb mit hoher Drehzahl drehenden Turbinenrades an das Blech im
Dichtkonturbereich des Turbinengehäuses.
Ein derartiges Anstreifen des Turbinenrades an das Blech kann durch eine Vergrößerung des Konturspaltes in radialer und axialer Richtung verhindert werden. Eine derartige Vergrößerung des Konturspaltes wirkt sich jedoch negativ auf den
thermodynamischen Wirkungsgrad der Turbine aus. Des Weiteren kann, aufgrund des Herstellungsverfahrens, die Maßhaltigkeit der Dichtkontur gegenüber dem Turbinenrad nachteilig sein, da sich die Toleranzen der einzelnen miteinander verbundenen Blechteile gegebenenfalls ungünstig addieren, was wiederum einer
konstruktiven Vergrößerung des Konturspaltes aus
Sicherheitsgründen bedarf und mit negativen Auswirkungen auf den thermodynamischen Wirkungsgrad einhergeht. Einem Anstreifen des Turbinenrades an das Blech im Dichtkonturbereich kann auch dadurch entgegengewirkt werden, dass das Blech im diesem Bereich des Turbinengehäuses
entsprechend dickwandig ausgebildet wird. Dies wirkt zwar einer Verformung des Konturbereiches entgegen, erhöht jedoch wiederum die Herstellungskosten des Turbinengehäuses.
Des Weiteren ist es zu einer Reduzierung der Verformungen des den Dichtkonturbereich bildenden Blechteiles bereits bekannt, doppelwandige Turbinengehäuse mit Schiebesitzen herzustellen, die die auftretenden Lasten aufnehmen. Auch ein derartiges Vorgehen erhöht die Herstellungskosten des Turbinengehäuses.
Aus der DE 10022 052 C2 ist bereits ein Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader bekannt. Dieses Turbinengehäuse umfasst einen Einlasstrichter, ein Laufradgehäuse mit einem Gaskanal, der sich vom Einlasstrichter ausgehend schneckenförmig verengt, einen Flansch zur Verbindung mit dem Lagergehäuse des Abgasturboladers und ein zentrales Auslassrohr. Im Laufradgehäuse rotiert ein Turbinenrad. Der schneckenförmige Gaskanal endet im Bereich des Einlasstrichters an einer Dichtkante. Der Einlasstrichter, das Laufradgehäuse und das Auslassrohr bestehen aus spanlos umgeformtem, beispielsweise geprägtem oder tiefgezogenem Blech . Das Laufradgehäuse besteht aus zwei Halbschalen und ist mit dem Auslassrohr verschweißt. Der Einlasstrichter und das
Laufradgehäuse sind von einem zusätzlichen Außengehäuse aus Blech umgeben. Zwischen dem Laufradgehäuse und dem zusätzlichen Außengehäuse liegt ein Luftspalt vor. Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein
Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader anzubieten, das bei vergleichsweise geringen Herstellungskosten des
Turbinengehäuses einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad der Abgasturbine gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch ein Turbinengehäuse mit den im Folgenden angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Das erfindungsgemäße Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader weist, unter Anderem, einen Lagergehäuseanschlussflansch, einen Abgaseintrittskanal, einen Spiralkanal, einen
Abgaseintrittsspalt, einen Dichtkonturbereich und einen
Abgasaustrittsstutzen auf und ist aus mehreren miteinander verbundenen Gehäuseteilen aufgebaut. Das Turbinengehäuse ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass ein zentrales, einstückiges Konturbauteil auf der vom Lagergehäuseanschlussflansch abgewandten Seite des Spiralkanals (5) im Turbinengehäuses vorgesehen ist, das einen auf der vom Lagergehäuseanschluss- flansch (4a) abgewandten Seite liegenden Wandbereich des Spiralkanals, eine an diesen Wandbereich anschließende
Begrenzungswand des Abgaseintrittsspalts und den an diesen Wandbereich anschließenden Dichtkonturbereich aufweist, wobei das Konturbauteil als Gussbauteil oder als Schmiedebauteil ausgeführt ist, welches mit seinen benachbarten Gehäuseteilen, die zumindest zu einem Teil als Blech-Formteile ausgeführt sind, verbunden ist.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch eine vom Anwendungsfall abhängige Wahl der Geometrie, des Werkstoffes, der Materialdicke und/oder der Materialverteilung des Konturbauteils die Formbeständigkeit und Genauigkeit der Gehäusekontur gezielt beeinflusst und somit der thermodynamische Wirkungsgrad der Turbine gezielt verbessert werden kann.
Gleichwohl werden die Materialkosten und damit die
Herstellungskosten des Turbinengehäuses niedrig gehalten, da die weiteren Gehäuseteile je nach Beanspruchung und Erfordernis schwächer, zum Teil als Blechteile ausgelegt werden können. So wird ein Mix an nach Bedarf stärker und schwächer dimensionierten Gehäusebauteilen ermöglicht, ohne den Wirkungsgrad der
Abgasturbine negativ zu beeinflussen.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass durch eine Nachbearbeitung des den Konturbereich bildenden Bauteils und des Lagergehäusesitzes des Turbinengehäuses, nach dem Zusammenbau ^
der einzelnen Gehäuseteile, in einer Aufspannung der
Konturbereich relativ zum Turbinenrad präzise vorgefertigt werden kann. Dies trägt zur weiteren Verbesserung des
thermodynamischen Wirkungsgrades bei.
Des Weiteren können mit demselben Bauteil verschiedene
Gehäusekonturen, die Funktionsflächen bilden, wie zum Beispiel den Dichtkonturbereich, einen Ventilsitz oder eine Lageraufname für ein Antriebsgestänge einer Wategateklappe durch eine mechanische Nachbearbeitung des Bauteils mit hoher Genauigkeit dargestellt werden. Dies hat den Vorteil einer deutlichen
Reduzierung der Teilekosten und der benötigten Teilevielfalt. Ferner können Gewichts- und Materialeinsparungen erreicht werden .
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses weist dass das Konturbauteil auch einen Abgasaustrittsstutzen auf, der sich stromabwärts, in Bezug auf den Abgas-Massenstrom, unmittelbar an den Dichtkonturbereich anschließt und einen Austrittsquerschnitt der Turbine definiert. Der
Austrittsquerschnitt ist neben dem Abgaseintrittsspalt und dem Konturspalt ein weiterer Parameter, der den thermodynamischen Wirkungsgrad der Turbine beeinflusst. Durch die Integration des Abgasaustrittsstutzens in das formstabile Konturbauteil kann ein genau definierter Austrittsquerschnitt auf einfache Weise gewährleistet werden, der zum Beispiel im Zuge einer
Nachbearbeitung der weiteren Kontur- und Funktionsflächen des Konturbauteils hergestellt werden kann. Dies trägt ebenfalls zur weiteren Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades bei Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses ist dadurch gekennzeichnet, dass das Konturbauteil auch zumindest einen Teil einer Wandung des in den Spiralkanal einmündenden Abgaseintrittskanals aufweist. Mit anderen Worten ist am Konturbauteil zumindest ein Teil des Abgaseintrittsrohrs integriert ausgebildet . Das Abgaseintrittsrohr steht mittels des Abgaseintrittsflansches in Verbindung mit dem Abgaskrümmer eines Verbrennungsmotors und stellt so die Positionierung des
Abgasturboladers relativ zum Verbrennungsmotor sicher. In dieser Funktion wird zumindest ein Teil der auf den Abgasturbolader wirkenden Massenkräfte über das Abgaseintrittsrohr auf den Verbrennungsmotor übertragen. Mit anderen Worten stellt diese Verbindung zumindest einen Teil der Befestigung des
Abgasturboladers am Verbrennungsmotor dar, die Aufgrund des Gewichts des Abgasturboladers und der im Betrieb auftretenden Vibrationen hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Die zumindest teilweise Ausführung des Abgaseintrittsrohres als integrierter Teil des formstabilen, als Gussbauteil oder als Schmiedebauteil ausgelegten Konturbauteils erhöht die
Stabilität und Belastbarkeit der Verbindung zwischen
Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors und dem Abgasturbolader. Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses ist dadurch gekennzeichnet, dass das Konturbauteil auch einen im Wandbereich des Spiralkanals (5) angeordneten Wastegatekanal einer Wastegateeinrichtung mit einem Ventilklappensitz aufweist. Die Genauigkeit und Formhaltigkeit des Wastegatekanals und insbesondere des Ventilklappensitzes, auf dem im Betrieb einen geschlossene Wastegate-Ventilklappe dichtend aufsitzt, beeinflusst den Wirkungsgrad der Turbine. Die Integration des Wastegatekanals und des Ventilklappensitzes in das Konturbauteil trägt dazu bei, einen sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirkenden Leckage-Abgasstrom bei geschlossener
Wastegate-Ventilklappe gering zu halten und so einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausführung des
Turbinengehäuses weist das Konturbauteil auch eine Lageraufnahme für ein Antriebsgestänge einer Wastegate-Ventileinrichtung auf. Mit Hilfe des genannten Antriebsgestänges wird im Betrieb die im Turbinengehäuse angeordnete Wastegate-Ventilklappe von einem außerhalb des Turbinengehäuses angeordneten Aktuator betätigt. Dies macht eine Durchführung des Antriebsgestänges durch die Gehäusewand und eine Lagerung des Antriebsgestänges in der Gehäusewand des Turbinengehäuses erforderlich. Die Integration einer Lageraufnahme für das genannte Antriebsgestänge im Konturbauteil ermöglicht eine genau definierte Positionierung der Lagerung und somit des Antriebsgestänges und der daran befestigten Wastegate-Ventilklappe und trägt so ebenfalls dazu bei, einen sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirkenden Leckage-Abgasstrom bei geschlossener Wastegate-Ventilklappe gering zu halten und so einen hohen Wirkungsgrad zu
gewährleisten. Darüber hinaus können auf diese Weise die Herstellungskosten eines Turbinengehäuses niedrig gehalten werden und gleichwohl die Maßhaltigkeit des Turbinengehäuses weiter verbessert werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Turbinengehäuses hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Wandstärke des
Konturbauteils größer ist als die Wandstärke der als
Blech-Formteil ausgeführten benachbarten Gehäuseteile, insbesondere zumindest die doppelte Wandstärke der benachbarten Blech-Formteil-Gehäuseteile aufweist. Dies gewährleistet eine ausreichend stabile, den bevorzugten Herstellverfahren angemessene Ausführung des Konturbauteils.
Weiterhin ermöglicht die vorgenannte Ausführung des
Konturbauteils eine Nachbearbeitung der wichtigen Kontur- und Funktionsflächen, wie zum Beispiel die Dichtkontur, den
Austrittsquerschnitt der Turbine, den Ventilklappensitz des Wastegatekanals oder eine Lageraufnahme für ein Antriebsgestänge der Wastegateklappe .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses ist das Konturbauteil mit seinen benachbarten Gehäuseteilen verschweißt. Dies Art der Verbindung ermöglicht eine hoch belastbare und sichere Verbindung zwischen den einzelnen Gehäuseteilen unterschiedlicher Materialstärke und ist geeignet eine gasdichte Gehäuseschale zu erzeugen durch eine Materialschlüssige Verbindung entlang der entstehenden
Nahtlinien zwischen den einzelnen Gehäuseteilen. In einer weiteren Ausführung ist das Turbinengehäuse dadurch gekennzeichnet, dass das Konturbauteil mit seinen benachbarten Gehäuseteilen ein einschaliges Turbinengehäuse bildet. Das Konturbauteil verleiht dem einschaligen Aufbau die erforderliche Stabilität und ermöglicht so einen besonders leichten Aufbau des Turbinengehäuses durch die Verwendung verhältnismäßig
dünnwandiger Gehäusebauteile neben dem Konturbauteil. In einer weiteren Ausführung ist das Turbinengehäuse dadurch gekennzeichnet, dass am Konturbauteil ein Wastegatekanal mittels benachbarter Blech-Formteile ausgebildet oder zumindest erweitert ist. Hier ist also alternativ zu der vorgenannten Ausführung, bei der der komplette Wastegatekanal einschließlich Ventilklappensitz mit dem Konturbauteil einstückig integriert ausgebildet ist, nicht der komplette Wastegatekanal durch das Konturbauteil ausgebildet. So kann beispielsweise nur eine entsprechende Öffnung im Konturbauteil vorgesehen sein, an die sich dann ein aus einem Blech-Formteil oder mehreren
Blech-Formteilen, die am Konturbauteil befestigt sind, gestalteter Wastegatekanal anschließt. Dieser Aufbau ermöglicht eine weitere Gewichtsreduzierung eines erfindungsgemäßen Turbinengehäuses mit Wastegatevorrichtung . Bei der Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Turbinengehäuses ist zumindest einer der folgenden Gehäuseteile des
Turbinengehäuses zumindest zum Teil aus Blech-Formteilen aufgebaut :
- ein Abgaseintrittsrohr, das den Abgaseintrittskanal bildet, - ein Abgaseintrittsflansch, der am Abgaseintrittsrohr anschließt und mit dem das Turbinengehäuse mit einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors verbunden ist,
- ein Abgasaustrittsrohr, das den Abgasaustrittsstutzen umfasst und das den Abgasaustrittskanal ausbildet, durch den das Abgas stromabwärts der Abgasturbine in Richtung eines Abgassystems einer Verbrennungsmaschine geleitet wird,
- ein Abgasaustrittsflansch, der am Abgasaustrittsrohr anschließt und mit dem die Verbindung zwischen
Abgasaustrittsrohr des Turbinengehäuses und einem Abgassystem einer Verbrennungsmaschine hergestellt werden kann,
- ein dem Lagergehäuseanschlussflansch zugewandter Teil des den Spiralkanal ausbildenden Spiralgehäuses, der beispielsweise als Halb-Schalenelement ausgebildet ist und zusammen mit dem Konturbauteil das Spiralgehäuse ergibt und
- der Lagergehäuseanschlussflansch über den das Turbinengehäuse mit einem Lagergehäuse des Abgasturboladers verbunden ist. Dabei können die genannten Gehäuseteile selbst wiederum aus mehreren Einzelteilen aufgebaut sein, die alle oder nur zum Teil als Blech-Formteile ausgebildet sind. Je mehr dieser einzelnen Gehäuseteile als dünnwandige Blech-Formteile ausgebildet sind, desto größer ist die Gewichtsreduzierung gegenüber herkömmlichen Turbinengehäuse-Konzepten .
Die Merkmale der vorgenannten Ausführungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind, soweit diese nicht alternativ anwendbar sind oder sich gar gegenseitig ausschließen, zum Teil oder insgesamt auch in Kombination oder gegenseitiger Ergänzung anzuwenden.
Anhand der Figuren werden im Folgenden besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, obgleich der Gegenstand der Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt ist. Es zeigt:
Figur 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines
Abgasturboladers nach dem Stand der Technik
Figur 2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines
Turbinengehäuses gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Figur 3 eine perspektivische Schnittdarstellung eines
Turbinengehäuses gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Funktions- und Benennungsgleiche Komponenten sind in den Figuren durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der in Figur 1 dargestellte Abgasturbolader gemäß Stand der Technik wurde bereits einleitend beschrieben und zeigt den prinzipiellen Aufbau und die Anordnung der einzelnen Komponenten Abgasturbine 101, Frischluftverdichter 102 und Lagergehäuse 100. Insbesondere wurde dabei auf die für die Erfindung wesentlichen Bauteile des Abgasturboladers, nämlich die Abgasturbine 101 mit Turbinengehäuse 1 und Turbinenlaufrad 11, das eine Beschaufelung 10 aufweist.
Das dargestellte, konventionell als Gussteil ausgelegte
Turbinengehäuse 1 für einen Abgasturbolader weist, unter Anderem, einen Abgaseintrittskanal 2, einen Spiralkanal 5, einen Abgaseintrittsspalt 5a, einen Dichtkonturbereich 9 und einen Abgasaustrittsstutzen 7 auf. Auch die Anordnung des
Wastegatekanals 8 und der Wastegate-Ventilklappe 14 mit
Antriebsgestänge 14a ist in Figur 1 dargestellt.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse, zur besseren Übersicht, isoliert von den übrigen Komponenten des Abgasturboladers und in geschnittener, perspektivischer
Ansicht. Das Turbinengehäuse weist mehrere miteinander verbundene Gehäuseteile auf, wobei das Konturbauteil 6 des Turbinengehäuses 1, welches einen Dichtkonturbereich 9 aufweist, als Gussbauteil oder als Schmiedebauteil ausgeführt ist, welches mit seinen benachbarten Gehäuseteilen, die als Blech-Formteile ausgeführt sind, verbunden, insbesondere verschweißt ist. Die Gehäuseteile bilden zusammen mit dem Konturbauteil 6 ein einschaliges Gehäuse. Vorzugsweise ist die Wandstärke des Konturbauteils 6 größer als die Wandstärke seiner benachbarten Gehäuseteile. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Formstabilität des Turbinengehäuses 1 eines Abgasturboladers zu erhöhen und damit im Betrieb des
Abgasturboladers die thermodynamischen Eigenschaften der Turbine zu verbessern. Die im Betrieb des Abgasturboladers auftretenden Verformungen des Turbinengehäuses 1, insbesondere im Bereich der Dichtkontur 9 , sind im Vergleich zum Stand der Technik reduziert, wobei gleichzeitig die Herstellkosten des Turbinengehäuses 1 und dessen Gewicht niedrig gehalten werden. Desweiteren ist eine gute Maßgenauigkeit gewährleistet durch Nachbearbeitung der wichtigen Kontur- und Funktionsflächen der Dichtkontur, des Austrittsquerschnits der Turbine und des Ventilklappensitzes des Wastegatekanals. Das dargestellte Turbinengehäuse 1 weist einen
Abgaseintrittsflansch 2a zum Beispiel zum Anschluss an einen Abgaskrümmer einer Verbrennungskraftmaschine, einen
Abgasaustrittsflansch 3a zum Anschluss an ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine und einen Lagergehäuseanschluss- flansch 4a zum Anschluss des Turbinengehäuses 1 an das
Lagergehäuse 100 eines Abgasturboladers auf. Der
Lagergehäuseanschlussflansch 4a und der Abgasaustrittsflansch 3a sind als Blech-Formteile ausgelegt, im Gegensatz zum
Abgaseintrittsflansch 2a, der als massives Guss-, Schmiede- oder spanend hergestelltes Formteil ausgelegt ist. Weiterhin zeigt Figur 2 einen als Blech-Formteil ausgebildeten Spiralgehäuseteil 4, auf der dem Lagergehäuseanschlussflansch 4a zugewandten Seite des Spiralgehäuses und ein erfindungsgemäß als massives Guss¬ oder Schmiedeteil ausgelegt Konturbauteil 6 auf der vom
Lagergehäuseanschlussflansch 4a abgewandten Seite des
Spiralgehäuses, wobei das Spiralgehäuse jeweils zur Hälfte durch das Spiralgehäuseteil 4 und das, als massives Guss- oder Schmiedeteil ausgelegte, Konturbauteil 6 gebildet ist. Die beiden, jeweils eine Halbschale des Spiralgehäuses bildenden Gehäuseteile des Spiralgehäuses sind beispielsweise entlang ihrer Berührungslinie mit einer durchgehenden Schweißnaht gasdicht miteinander verschweißt. Darüber hinaus weist das in Figur 2 gezeigte Turbinengehäuse 1 einen Wastegatekanal 8 auf der durch am Konturbauteil 6 befestigte, vorzugsweise angeschweißte und miteinander verschweißte, als Blech-Formteile ausgebildete Wastegatgehäuseteile 8b gestaltet ist. Zwischen dem
Konturbauteil 6 und dem Abgasaustrittsflansch 3a ist das Abgasaustrittsrohr 3b angeordnet, das in diesem Beispiel aus zumindest zwei Blech-Formteilen zusammengesetzt ist. Das Abgasaustrittsrohr 3b sitzt auf einem Absatz im Außenbereich des Konturbauteils 6 auf und ist mit dem Konturbauteil 6 auf dem gesamten Umfang entlang der Berührungslinie durchgehend gasdicht verbunden, beispielsweise verschweißt. Am gegenüberliegenden Ende des Abgasaustrittsrohrs 3b ist der Abgasaustrittsflasch 3a ebenfalls auf dem gesamten Umfang entlang der Berührungslinie durchgehend gasdicht mit dem Abgasaustrittsrohr 3b verbunden, beispielsweise verschweißt.
Zwischen dem Abgaseintrittsflansch 2a und dem Konturbauteil 6 ist das Abgaseintrittsrohr 2b angeordnet. Das Abgaseintrittsrohr 2b ist ebenfalls aus zumindest zwei schalenförmigen
Blech-Formteilen zusammengesetzt und einerseits mit dem
Abgasaustrittsflansch 2a und andererseits mit dem Konturbauteil
6 gasdicht, beispielsweise durch Schweißnähte, verbunden.
Darüber hinaus weist das in Figur 2 gezeigte Turbinengehäuse 1 einen Wastegatekanal 8 auf, der durch am Konturbauteil 6 befestigte, vorzugsweise angeschweißte und miteinander verschweißte, als Blech-Formteile ausgebildete
Wastegategehäuseteile 8b gestaltet ist. Das Konturbauteil 6, das den stabilisierenden Kern des
Turbinengehäuses 1 bildet, weist neben der Kontur für den Spiralkanal 5 eine sich daran anschließende Wand des
Abgaseintrittsspalts 5a und sich wiederum daran anschließend einen Dichtkonturbereich 9 auf, der in den Abgasaustrittsstutzen 7 übergeht. Sowohl der Abgaseintrittsspalt 5a als auch der
Dichtkonturbereich 9, der den Konturspalt 12 (siehe Figur 1) definiert, als auch der Durchmesser des Abgasaustrittsstutzens
7 prägen die strömungstechnischen Eigenschaften bzw. den thermodynamischen Wirkungsgrad des Turbinengehäuses maßgeblich. Der Konturspalt 12 entspricht dem Abstand der Dichtkontur von der Außenkontur der Beschaufelung 10 des sich im Betrieb des Abgasturboladers drehenden Turbinenrads 11. Dieser Abstand muss im Betrieb des Abgasturboladers in allen Betriebspunkten möglichst genau eingehalten werden, um einerseits zu verhindern, dass das Turbinenrad am Turbinengehäuse anstreift und um andererseits zu verhindern, dass durch eine Verformung des Turbinengehäuses der Abstand der Dichtkontur 9 vom Turbinenrad und damit der Konturspalt zu groß wird, was einer unerwünschten Verschlechterung der thermodynamischen Eigenschaften der Turbine gleichkäme.
Um derartige unerwünschte Verformungen des Turbinengehäuses 1 im Betrieb des Abgasturboladers zu vermeiden, ist bei einem Turbinengehäuse gemäß der Erfindung das den Dichtkonturbereich 9 des Turbinengehäuses 1 bildende Konturbauteil 6 als Gussbauteil oder als Schmiedebauteil ausgeführt, welches mit seinen benachbarten Gehäusebauteilen beispielsweise verschweißt ist und zusammen mit diesen ein einschaliges Turbinengehäuse bildet. Um das Gewicht des Turbinengehäuses und damit des gesamten Abgasturboladers möglichst gering zu halten, sind die dem Konturbauteil 6 benachbarten Gehäuseteile in Form von
Blechteilen realisiert. Vorzugsweise sind bei diesem
Ausführungsbeispiel alle Bauteile des Turbinengehäuses mit
Ausnahme des Konturbauteils 6 und des Abgaseintrittsflansches 2a in Form von Blech-Formteilen ausgeführt, während das
Konturbauteil 6 - wie bereits oben dargestellt - als Gussbauteil oder als Schmiedebauteil ausgeführt ist. Alle bereits oben genannten, für die Funktion und den Wirkungsgrad maßgeblichen Kontur- und Maßbereiche werden so durch das Konturbauteil definiert, und können durch hochgenaue Bearbeitung nur dieses einen Bauteils kostengünstig hergestellt und über den gesamten Betriebsbereich des Abgasturboladers stabil gewährleistet werden.
Als Werkstoff für das Konturbauteil 6 wird vorzugsweise ein hochwarmfester Werkstoff, beispielsweise ein GGV-Werkstoff, ein E5S-Werkstoff, ein Stahlguss oder ein Stahlschmiedeteil verwendet.
Vorzugsweise ist die Wandstärke des Konturbauteils 6 größer als die Wandstärke seiner benachbarten, als Blech-Formteile ausgeführten Gehäuseteile, insbesondere weist das Konturbauteil zumindest die doppelte Wandstärke auf. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Formstabilität des Turbinengehäuses 1 eines Abgasturboladers zu gewährleisten und damit im Betrieb des Abgasturboladers den thermodynamischen Wirkungsgrad der Turbine zu verbessern. Die im Betrieb des Abgasturboladers auftretenden Verformungen des Turbinengehäuses, insbesondere im Bereich der Dichtkontur des Konturbauteils, sind im Vergleich zum Stand der Technik reduziert, wobei gleichzeitig die Herstellkosten des Turbinengehäuses 1 und dessen Gewicht niedrig gehalten werden. Bei dem in der Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich also um ein einschaliges Turbinengehäuse 1, bei welchem das Abgaseintrittsrohr 2b, der Abgasaustrittsflansch 3a und das Abgasaustrittsrohr 3b, der Lagergehäuseanschlussflansch 4a und der Spiralgehäuseteil 4, sowie das Wastegategehäuseteil 8b als Blech-Formteile ausgeführt sind, während der
Abgaseintrittsflansch 2a und vor allem das Konturbauteil 6 als massives Gussbauteil oder als Schmiedebauteil ausgeführt ist. Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Skizze einer
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Turbinengehäuses gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das in der Figur 3 dargestellte Turbinengehäuse 1 stimmt mit dem
Ausführungsbeispiel aus Figur 2 in wesentlichen Teilen überein, die hier nicht wiederholt beschrieben werden sollen.
Auch bei diesem weiteren Ausführungsbeispiel ist das
Konturbauteil 6, das den stabilen Kern des Turbinengehäuses 1 bildet und vor allem den Abgaseintrittsspalt 5a sowie die Dichtkontur 9 definiert, als Gussbauteil oder als
Schmiedebauteil ausgeführt, welches mit seinen benachbarten, als Blech-Formteile ausgeführten weiteren Gehäuseteilen verbunden, vorzugsweise verschweißt ist. Dieses weitere Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass ein Wastegatekanal 8 inklusive eines
Ventilklappensitzes 8a und auch eine Lageraufnahme 8c für ein Antriebsgestänge 14a einer Wastegate-Ventilklappe 14 einstückig in das als Guss- oder Schmiedebauteil ausgeführte Konturbauteil 6 integriert ist. Als weiterer Unterschied ist in Figur 3 auch das Abgaseintrittsrohr zumindest zum Teil einstückig in das Konturbauteil 6 integriert. Beispielsweise ist der in der Figur 3 dargestellte obere Teil 2b λ als integraler Bestandteil des Konturbauteils 6 ausgeführt wogegen der in der Figur 3 untere Teil des Abgaseintrittsrohrs 2b als Blech-Formteil mit einer geringeren Wandstärke ausgeführt und mit dem oberen Teil 2b λ verbunden, beispielsweise verschweißt ist. Auch der Abgasaustrittsflansch 3a ist in dieser Ausführung des
Turbinengehäuses als massives Guss- oder Schmiede- oder spanend hergestelltes Formteil ausgeführt. Bei einem Turbinengehäuse gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Grad der Integration von funktionswichtigen Konturen, Flächen, Maßen und Komponenten gegenüber dem ersten
Ausführungsbeispiel weiter erhöht. Dadurch können die
Herstellungskosten weiter reduziert und die Maßhaltigkeit des Turbinengehäuses weiter verbessert und dadurch der Wirkungsgrad und die Funktionssicherheit weiter verbessert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinengehäuse (1) für einen Abgasturbolader, mit einem Lagergehäuseanschlussflansch (4a) , einem Abgaseintrittskanal (2), einem Spiralkanal (5), einem Abgaseintrittsspalt (5a), einem Dichtkonturbereich (9) und einem Abgasaustrittsstutzen (7), welches mehrere miteinander verbundene Gehäuseteile aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass ein zentrales, einstückiges Konturbauteil (6) auf der vom Lagergehäuseanschlussflansch (4a) abgewandten Seite des Spiralkanals (5) im Turbinengehäuse (1) vorgesehen ist, das einen auf der vom Lagergehäuseanschluss- flansch (4a) abgewandten Seite liegenden Wandbereich des Spiralkanals (5) , eine an diesen Wandbereich anschließende Begrenzungswand des Abgaseintrittsspalts (5a) und den an diesen Wandbereich anschließenden Dichtkonturbereich (9) aufweist, und das als Gussbauteil oder als Schmiedebauteil ausgeführt ist, welches mit seinen benachbarten Gehäuseteilen, die zumindest zum Teil als Blech-Formteile ausgeführt sind, verbunden ist.
2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Konturbauteil (6) auch einen unmittelbar an den
Dichtkonturbereich anschließenden Abgasaustrittsstutzen (7) aufweist
3. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Konturbauteil (6) auch zumindest einen Teil einer Wandung des in den Spiralkanal (5) einmündenden Abgaseintrittskanals (2bx) aufweist.
4. Turbinengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Konturbauteil (6) auch einen im Wandbereich des Sprialkanals (5) angeordneten Wastegatekanal (8) mit einem Ventilklappensitz (8a) aufweist.
5. Turbinengehäuse nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Konturbauteil (6) auch eine Lageraufnahme (8c) für ein Antriebsgestänge (14a) einer Wastegate-Ventileinrichtung (14) aufweist .
6. Turbinengehäuse nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Konturbauteils (6) größer ist als die Wandstärke der als Blech-Formteil ausgeführten benachbarten Gehäuseteile, insbesondere zumindest die doppelte Wandstärke der benachbarten, als Blech-Formteil ausgeführten Gehäuseteile aufweist.
7. Turbinengehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es nachbearbeitete Kontur- und Funktionsflächen aufweist.
8. Turbinengehäuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Konturbauteil (6) mit seinen benachbarten Gehäuseteilen verschweißt ist.
9. Turbinengehäuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Konturbauteil (6) mit seinen benachbarten Gehäuseteilen ein einschaliges Turbinengehäuse bildet.
10. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Konturbauteil (6) ein Wastegatekanal (8) mittels benachbarter Blech-Formteile (8b) ausgebildet oder zumindest erweitert ist.
11. Turbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der folgenden Gehäuseteile des Turbinengehäuses zumindest zum Teil aus Blech-Formteilen aufgebaut ist : ein Abgaseintrittsrohr (2b), ein Abgaseintrittsflansch (2a) , ein Abgasaustrittsrohr (3b) , ein Abgasaustrittsflansch (3a) , ein dem Lagergehäuse- anschlussflansch (4) zugewandter Teil des den Spiralkanal ausbildenden Spiralgehäuses (4a) und der Lagergehäusean- schlussflansch (4a) .
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