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Die
Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader eines
Antriebsaggregats, mit einem ersten Spiralkanal und mit einem zweiten Spiralkanal,
welche jeweils mit einem Abgastrakt des Antriebsaggregats koppelbar
sind, mit einer Zwischenwandung, mittels welcher der zweite Spiralkanal
von dem ersten Spiralkanal abgegrenzt ist, mit einem Aufnahmeraum
für ein
stromabwärts
der Spiralkanäle
anordenbares, mit Abgas beaufschlagbares Turbinenrad, welches um
eine Drehachse drehbar in dem Turbinengehäuse aufnehmbar ist, und mit
einem in einem Übertrittsbereich
zwischen zumindest einem der Spiralkanäle und dem Aufnahmeraum angeordneten
Leitgitter.
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Ein
derartiges Turbinengehäuse
ist in Form eines zweiflutigen Turbinengehäuses aus dem Stand der Technik
bekannt.
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Durch
die fortwährende
Verschärfung
von Emissionsgrenzwerten, insbesondere für Stickoxide und Ruß, steigen
auch die Anforderungen an Abgasturbolader bzw. an aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen.
So ergeben sich beispielsweise wachsende Anforderungen hinsichtlich
der Ladedruckbereitstellung über
mittlere bis hohe Lastanforderungsbereiche der Verbrennungskraftmaschine,
wodurch Abgasturbolader geometrisch zunehmend verkleinert werden
müssen.
Geforderte hohe Turbinenleistungen von Abgasturboladern werden mit
anderen Worten durch eine Steigerung der Aufstaufähigkeit
bzw. durch eine Verringerung der Schluckfähigkeit des Abgasturboladers
im Zusammenspiel mit der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine realisiert.
Um hierbei einer Verringerung des Wirkungsgrads der Turbine entgegenzuwirken,
hat sich das Vorsehen eines Leitgitters in dem Übertrittsbereich zwischen wenigstens
einem Spiralkanal und dem Turbinenrad als vorteilhaft erwiesen.
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Eine
weitere Beeinflussung der Leistungsfähigkeit eines Abgasturboladers
ergibt sich durch im Abgastrakt stromabwärts der Turbine angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtungen,
welche einen Partikelfilter, einen Katalysator und/oder ein SCR-System
umfassen können
(SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion). Derartige
Abgasnachbehandlungseinrichtungen führen zu einer Druckerhöhung auf
einer Austrittsseite des Turbinengehäuses bzw. des Abgasturboladers. Um
ein zum Bereitstellen einer zufriedenstellenden Leistung des Abgasturboladers
ausreichendes Turbinendruckgefälle
zu erhalten, muss auch der Druck stromaufwärts der Turbine erhöht werden.
Als Turbinendruckgefälle
ist hierbei der Quotient des Drucks vor der Turbine und des Drucks
nach der Turbine ermittelbar.
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Ein
Auslegen der Turbinengröße zu besonders
kleinen Werten kann hier zwar die Leistungsanforderung der Verdichterseite
des Abgasturboladers befriedigen, geht jedoch mit geringeren Wirkungsgraden
der Turbine einher. Eine gewisse Verbesserung, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen
mit Abgasrückführsystemen,
bieten hierbei aus dem Stand der Technik bekannte Abgasturbolader,
deren Turbinengehäuse
zwei unabhängig
voneinander mit Abgas durchströmbare
und üblicherweise
asymmetrisch ausgebildete Spiralkanäle umfassen. Die Spiralkanäle sind
jeweils mit unterschiedlichen Abgassträngen des Abgastrakts der Verbrennungskraftmaschine
gekoppelt. Jedoch haben auch hier die Spiralkanäle derartiger Turbinengehäuse mittlerweile
Spiralengrößen erreicht,
die durch Wandreibung und aufgrund der kleinen Abmessungen zu sehr
hohen Strömungsverlusten
führen.
Zudem bestehen bezüglich
der Abgasrückführfähigkeit
in Verbindung mit der erforderlichen Verbrennungsluft der Verbrennungskraftmaschine
besonders im unteren bis mittleren Drehzahlbereich gewisse Probleme.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Turbinengehäuse der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem ein Durchströmtwerden
mit Abgas mit vergleichsweise geringen Strömungsverlusten erreichbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Turbinengehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen
eines Turbinengehäuses
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Turbinengehäuse für einen
Abgasturbolader eines Antriebsaggregats, mit einem ersten Spiralkanal
und mit einem zweiten Spiralkanal, welche jeweils mit einem Abgastrakt
des Antriebsaggregats koppelbar sind, ist der zweite Spiralkanal
von dem ersten Spiralkanal mittels einer Zwischenwandung abgegrenzt.
Das Turbinengehäuse
umfasst einen Aufnahmeraum für
ein stromabwärts
der Spiralkanäle
anordenbares, mit Abgas beaufschlagbares Turbinenrad, welches um
eine Drehachse drehbar in dem Turbinengehäuse aufnehmbar ist. In einem Übertrittsbereich
zwischen zumindest einem der Spiralkanäle und dem Aufnahmeraum ist
ein Leitgitter angeordnet, wobei die Zwischenwandung zumindest bereichsweise
einstückig mit
dem Leitgitter ausgebildet ist.
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Die
Abgrenzung der zwei Spiralkanäle
voneinander ist also mittels eines einstückig mit dem Leitgitter vorgefertigten
Teils erreichbar, wodurch eine besonders präzise Trennung der Spiralkanäle vorgebbar
ist. Insbesondere ist es hierbei möglich, das einstückig vorgefertigte
Teil vor dem Verbinden mit dem Turbinengehäuse nachzubearbeiten, um so den Übertrittsbereich
und/oder das Leitgitter innerhalb vorgegebener, aufgrund thermodynamischer Bedingungen
einzuhaltender Toleranzen zu halten. Bei einer derartigen Nachbearbeitung
kann insbesondere ein spanabtragendes Verfahren zum Einsatz kommen.
Insbesondere durch ein derartiges, präzises Nachbearbeiten ist ein
Durchströmtwerden
des Turbinengehäuses
mit Abgas mit vergleichsweise geringen Strömungsverlusten und folglich
mit besonders hohem Wirkungsgrad erreichbar.
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Hierbei
kann die Zwischenwandung von einem Zungenbereich, an welchem der Übertritt
des Abgases aus dem Spiralkanal heraus auf das Turbinenrad erfolgt,
bis zu einem Eintrittsflansch des Turbinengehäuses einstückig mit dem Leitgitter ausgebildet
sein. An dem Eintrittsflansch des Turbinengehäuses ist ein dem jeweiligen
Spiralkanal zugeordneter Strang des Abgastrakts mit dem jeweiligen
Spiralkanal koppelbar.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass die Zwischenwandung bereichsweise einstückig mit
einem die Spiralkanäle
umfassenden Gehäuseteil
des Turbinengehäuses
ausgebildet ist. Hierbei ist jedoch insbesondere der mit dem Zungenbereich
zu verbindende Abschnitt der Zwischenwandung in vorteilhafter Weise
einstückig
mit dem Leitgitter auszubilden und – beispielsweise mittels eines
Eingießverfahrens oder
durch einen Formschluss – mit
dem die Spiralkanäle
umfassenden Gehäuseteil
zu verbinden.
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In
alternativen Ausführungsformen
können auch
mehr als zwei Spiralkanäle
in dem Turbinengehäuse
mittels jeweiliger Zwischenwandungen voneinander abgegrenzt sein.
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Als
Antriebsaggregat zum Beaufschlagen des Turbinengehäuses mit
Abgas ist vorliegend auch ein von einer Verbrennungskraftmaschinen
verschiedenes System, beispielsweise ein Brennstoffzellensystem,
einsetzbar.
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In
vorteilhafter Weise umfasst die Zwischenwandung ein in das Turbinengehäuse eingebettetes Verankerungsteil.
Mittels des Verankerungsteils ist insbesondere ein Formschluss zwischen
der Zwischenwandung und dem Turbinengehäuse erreichbar, wodurch ein
besonders sicheres Festlegen der Zwischenwandung an dem Turbinengehäuse erreichbar
ist. Das Verankerungsteil kann als Bereich der Zwischenwandung mit
verbreitertem Querschnitt ausgeführt
sein, welcher – beispielsweise
im Eingießprozess – in das
Turbinengehäuse
eingebettet wird. Auch eine hakenförmige Ausbildung des Verankerungsteils
oder ein Ausbilden eines T-Profils ist möglich. Ist die Zwischenwandung
formschlüssig
mit dem Turbinengehäuse
verbunden, so können
mechanische Spannungen in der Zwischenwandung durch ein Gleiten
derselben im Lagerbereich abgebaut werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen
das, insbesondere als Feingussteil oder Genaugussteil ausgebildete,
Leitgitter und die Zwischenwandung zumindest bereichsweise den gleichen
Werkstoff, insbesondere Stahlgusswerkstoff, auf. Durch Wahl gleichartiger
Werkstoffe ist ein Verbinden von Leitgitter und Zwischenwandung
durch Verschweißen
und/oder Eingießen
besonders gut zu bewerkstelligen. Als Stahlgusswerkstoff kann beispielsweise
der Werkstoff 1.4849 zum Einsatz kommen. Ein solcher Stahlgusswerkstoff zeichnet
sich unter anderem durch besonders hohe Rissfreiheit aus.
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Sind
sowohl die Zwischenwandung als auch das Leitgitter aus einem Stahlgusswerkstoff
gebildet, so ist das gasdichte Verbinden der Gussteile erleichtert.
Thermodynamisch besonders gute Ergebnisse sind hierbei dann erreichbar,
wenn das Leitgitter und die Zwischenwandung als Feingussteil oder
Genaugussteil ausgebildet sind. Ein solches Feingussteil oder Genaugussteil
weist nämlich
eine besonders hohe Genauigkeit auf.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Zwischenwandung wenigstens
einen Ausgleichsbereich auf, mittels welchem eine unterschiedliche
thermische Ausdehnung von Bauteilen des Turbinengehäuses zumindest
teilweise kompensierbar ist. Als solcher Ausgleichsbereich kann
eine Krümmung
oder eine Abfolge mehrerer Krümmungen
in der Zwischenwandung vorgesehen sein. Temperaturspreizungen durch
unterschiedliche thermische Ausdehnung des die Spiralkanäle in Zusammenwirkung
mit der Zwischenwandung bildenden Bereichs des Turbinengehäuses und
des Leitgitters können
so ohne größere Spannungszunahmen
kompensiert werden. Der Ausgleichsbereich kann insbesondere wellenförmige Gestalt
haben. Auch unterschiedliche Relativdehnungen zwischen dem die Spiralkanäle in Zusammenwirkung
mit der Zwischenwandung bildenden Bereich des Turbinengehäuses, dem
Leitgitter und der Zwischenwandung selber sind so besonders gut
beherrschbar.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Zwischenwandung
zumindest bereichsweise aus einem Blech gebildet ist, welches mit
dem Leitgitter verbunden, insbesondere gasdicht verschweißt, ist.
Beim Verschweißen
der aus einem Blech gebildeten Zwischenwandung mit dem Leitgitter
kann ein automatisches Schweißverfahren,
etwa auf Basis eines Laser- oder Elektronenstrahlschweißprozesses,
zum Einsatz kommen. Ein derartiges, die Zwischenwandung und das
Leitgitter umfassendes Integralteil kann dann – insbesondere durch Eingießen – an dem
Turbinengehäuse
festgelegt werden. Ein derartiges Integralteil ist mit besonders
geringen Fertigungstoleranzen, also besonders präzise herstellbar. Alternativ
kann die Zwischenwandung formschlüssig mit dem Leitgitter verbunden sein.
Durch die glatten Oberflächen
des, beispielsweise mittels eines Tiefziehprozesses geformten, Blechs
ist zudem ein Strömungsverlust
des Abgases beim Durchströmen
der Spiralkanäle
besonders gering.
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Auch
mit dem im Zusammenwirken mit der Zwischenwandung die Spiralkanäle bereitstellenden Turbinengehäuseteil
kann die Zwischenwandung formschlüssig verbunden sein.
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Alternativ
kann die Zwischenwandung zumindest mittelbar durch Eingießen mit
dem Turbinengehäuseteil
verbunden sein. Hierbei kann die Zwischenwandung selber in das im
Zusammenwirken mit der Zwischenwandung die voneinander abgegrenzten
Spiralkanäle
bereitstellende Turbinengehäuseteil
eingegossen sein. Ergänzend
oder alternativ ist vorstellbar, die Zwischenwandung mit dem Leitgitter
zu verbinden und ein derartiges, einstückiges Integralteil durch Eingießen des
Leitgitters in das Turbinengehäuseteil
mit diesem zu verbinden. Auf diese Weise sind eine gasdichte Trennung
der Spiralkanäle und/oder
ein gasdichtes Festlegen des Leitgitters an dem Turbinengehäuseteil
erreichbar. Dies geht mit einem besonders hohen, insbesondere über weite Temperaturbereiche
konstant hohen, Wirkungsgrad der Turbine einher.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Turbinengehäuses ist
mittels des, insbesondere eine Mehrzahl feststehender Leitschaufeln
aufweisenden, Leitgitters in dem Übertrittsbereich zwischen dem
ersten Spiralkanal und dem Aufnahmeraum ein Strömungszustand einstellbar ist, welcher
von einem in dem Übertrittsbereich
zwischen dem zweiten Spiralkanal und dem Aufnahmeraum einstellbaren
Strömungszustand
verschieden ist. Durch das Leitgitter ist so eine asymmetrische
Eigenschaft des Turbinengehäuses
erreichbar. Insbesondere kann es hierbei vorgesehen sein, den für den stärker aufgestauten
Abgasstrom ausgelegten Spiralkanal einer Abgasrückführeinrichtung zuzuordnen. Aus
Platzgründen
ist es hierbei sinnvoll, dieses Leitgitter im Übertrittsbereich desjenigen
Spiralkanals anzuordnen, welcher einem Lagergehäuse näher liegt als der zweite Spiralkanal.
Das Lagergehäuse, welches
an dem Turbinengehäuse
festlegbar ist, dient hierbei zum Aufnehmen und Lagern einer Welle,
welche drehfest mit dem Turbinenrad verbindbar ist.
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Durch
das vergleichsweise starke Aufstauen des Abgases in dem ersten Spiralkanal,
welcher das mit der Zwischenwandung einstückig ausgebildete Leitgitter
aufweist, ist es ermöglicht,
diesen Spiralkanal mit einem Strang des Abgastrakts zu koppeln, aus
welchem Abgas der Ladeluft zugeführt
wird. Mittels des dem ersten Spiralkanal zugeordneten Leitgitters
ist also eine Aufstaufähigkeit
des ersten Spiralkanals bereitstellbar, welche für eine effiziente Abgasrückführung nutzbar
ist.
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Zum
Einstellen unterschiedlicher Strömungszustände in dem
jeweiligen Übertrittsbereich kann
der Übertrittsbereich
zwischen dem zweiten Spiralkanal und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad
hingegen als freie Ringdüse
ausgebildet sein.
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Bevorzugt
ist jedoch, gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung, in dem Übertrittsbereich zwischen dem
zweiten Spiralkanal und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad ein von dem Leitgitter
des ersten Spiralkanals verschiedenes Strömungsleitelement anordenbar.
Hierbei kann es sich insbesondere um ein Strömungsleitelement handeln, mittels
welchem wenigstens zwei voneinander verschiedene Strömungszustände in dem Übertrittsbereich
zwischen dem zweiten Spiralkanal und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad
einstellbar sind.
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Ein
solches Strömungsleitelement
kann als Vario-Einrichtung ein axial verschiebbares Leitgitter, einen
Axialschieber zum unterschiedlich weiten Überdecken eines Leitgitters
oder dergleichen Vario-Einrichtung umfassen. Mittels einer solchen
Vario-Einrichtung zum Verstellen der Turbinengeometrie sind insbesondere
auf eine Vielzahl von Betriebsbedingungen der Turbine abgestimmte
Strömungszustände einstellbar.
Insbesondere kann durch ein derartiges Strömungsleitelement eine Turbobrake-Funktionalität (Turbo-Bremse)
bereitgestellt werden. Durch Verringern des durchströmbaren Querschnitts
im Übertrittsbereich
zwischen dem zweiten Spiralkanal und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad
mittels des Strömungsleitelements
ist beim Heranziehen des Strömungsleitelements
für die
Turbobrake-Funktionalität
ein Abgasgegendruck einstellbar, welcher bremsend auf eine Abtriebswelle der
Verbrennungskraftmaschine wirkt.
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In
vorteilhafter Weise ist hierbei das Strömungselement in dem Übertrittsbereich
desjenigen Spiralkanals angeordnet, welcher einen Austrittskanal
des Turbinengehäuses
umfasst. Auf der Seite dieses Austrittskanals liegen nämlich weniger
beengte Platzverhältnisse
zum Vorsehen der Vario-Einrichtung vor als auf einer dem Lagergehäuse nahen
Seite des Turbinengehäuses.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein durchströmbarer Querschnitt
einer durch die Zwischenwandung abgegrenzten ersten Flut einem durchströmbaren Querschnitt
einer durch die Zwischenwandung abgegrenzten zweiten Flut zumindest
im Wesentlichen gleich ist. Bei einem derartigen zweiflutigen und
symmetrischen Turbinengehäuse
ergeben sich in vorteilhafter Weise selbst in dem für die Abgasrückführung genutzten,
also das mit der Zwischenwandung einstückig ausgebildete Leitgitter
aufweisenden, ersten Spiralkanal allenfalls geringe Strömungsverluste.
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Durch
Vorsehen des Leitgitters sind dennoch Eigenschaften einer asymmetrischen
Turbine erreichbar. in dem so vergleichsweise groß ausgelegten,
das mit der Zwischenwandung einstückig ausgebildete Leitgitter
aufweisenden, ersten Spiralkanal strömt das Abgas also beim Betreiben
des Antriebsaggregats, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine,
besonders verlustarm. Die für
eine besonders gute Anströmung
des Turbinenrads sorgende Beschleunigung des Abgases wird dann mittels
des Leitgitters auf besonders kurzem Weg erreicht.
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Schließlich hat
es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn Komponenten des Turbinengehäuses formschlüssig miteinander
verbunden sind. Dies ermöglicht
ein sehr exaktes Fertigen und insbesondere besonders gutes Nachbearbeiten
der einzelnen Komponenten vor deren Zusammenbau. Ein solcher Aufbau
des Turbinengehäuses
stellt zudem eine hohe Dichtigkeit der Verbindung der Komponenten
miteinander sicher. Ein weiterer Vorteil ist die kostengünstige Herstellbarkeit
der Komponenten des Turbinengehäuses.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein
Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader eines
Antriebsaggregats, mit folgenden Schritten:
- a)
Bereitstellen eines Turbinengehäuseteils
mit wenigstens einem Spiralkanal, welcher mit einem Abgastrakt des
Antriebsaggregats koppelbar ist, und mit einem Aufnahmeraum für ein stromabwärts des
wenigstens einen Spiralkanals anordenbares, mit Abgas beaufschlagbares
Turbinenrad, welches um eine Drehachse drehbar in dem Turbinengehäuse aufnehmbar
ist,
- b) Bereitstellen eines Leitgitters, welches in einem Übertrittsbereich
zwischen wenigstens einem Spiralkanal und dem Aufnahmeraum anordenbar
ist, und Anordnen des Leitgitters an dem Turbinengehäuseteil,
wobei das Leitgitter eine zumindest bereichsweise einstückig mit
dem Leitgitter ausgebildete Zwischenwandung umfasst, mittels welcher
eine erste Flut von einer zweiten Flut abgegrenzt wird.
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Die
für das
erfindungsgemäße Turbinengehäuse beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen
und Vorteile gelten auch für
das erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen eines Turbinengehäuses.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der
Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit
identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines zweiflutigen Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader einer aufgeladenen
Verbrennungskraftmaschine, bei welchem eine einstückig mit
dem Leitgitter ausgebildete Zwischenwandung durch Eingießen mit
einem Teilgehäuse
des Turbinengehäuses
verbunden ist; und
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2 in
einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines zweiflutigen
Turbinengehäuses,
bei welcher die Zwischenwandung aus einem Blech gebildet und mit
dem Leitgitter verschweißt
ist, wobei ein das Leitgitter und die Zwischenwandung umfassendes
Integralteil durch Eingießen
mit dem Teilgehäuse
des Turbinengehäuses
verbunden ist.
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Ein
in 1 geschnitten gezeigtes zweiflutiges Turbinengehäuse 10 für einen
Abgasturbolader einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine umfasst
einen ersten Spiralkanal 12, welcher mittels einer Zwischenwandung 14 von
einem zweiten Spiralkanal 16 abgegrenzt ist. In einem Übertrittsbereich zwischen
dem ersten Spiralkanal 12 und einem Aufnahmeraum für ein Turbinenrad 18 ist
ein Leitgitter 20 angeordnet. Das Turbinenrad 18 ist
um eine Drehachse A drehbar in dem Turbinengehäuse 10 aufgenommen
und mit aus den Spiralkanälen 12, 16 austretendem
Abgas der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagbar.
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Der
erste Spiralkanal 12 ist lagergehäuseseitig, also nahe einem
Anschlussflansch 40 zum Anschließen eines nicht gezeigten Lagergehäuses an das
Turbinengehäuse 10 ausgebildet.
Das Lagergehäuse
dient hierbei zum Aufnehmen und Lagern einer Welle 26 an
welcher das Turbinenrad 18 festlegbar ist.
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Das
Leitgitter 20 ist bei der Ausführungsform des Turbinengehäuses gemäß 1 einstückig mit der
Zwischenwandung 14 als Feingussteil aus einem Stahlgusswerkstoff,
beispielsweise dem Werkstoff 1.4849, ausgebildet.
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Ein
die Spiralkanäle 12, 16 umfassende
erstes Teilgehäuse 32 des
Turbinengehäuses 10 ist
aus dem gleichen Stahlgusswerkstoff gebildet, jedoch mittels eines
weniger genauen Gießverfahrens,
beispielsweise als Sandgussteil. Insbesondere aufgrund der Verwendung
eines gleichartigen Werkstoffs für das
Feingussteil, welches das Leitgitter 20 und die Zwischenwandung 14 umfasst,
ist das Verbinden von Leitgitter 20 und Teilgehäuse 32 mittels
des Eingießverfahrens
so durchführbar,
dass eine besonders gasdichte Verbindung erreicht wird.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 ist
also das Leitgitter 20 einstückig mit der Zwischenwandung 14 als
Feingussteil aus dem Stahlgusswerkstoff vorgefertigt. Dieses Feingussteil
kann beim Herstellen des Turbinengehäuses 10 durch Eingießen mit
dem die Spiralkanäle 12, 14 aufweisenden
ersten Teilgehäuse 32 verbunden
werden. Zusätzlich
zu einer gewellten Oberfläche 42 des
Leitgitters 20 sorgt hierbei ein Verankerungsteil 44 der
Zwischenwandung 14, welches beispielsweise das vorliegend
gezeigte T-Profil umfassen kann, für ein besonders sicheres stoffschlüssiges Verbinden
des Integral-Feingussteils mit dem Teilgehäuse 32.
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Das
einstückig
vorgefertigte, das Leitgitter 20 und die Zwischenwandung 14 umfassende
Teil kann vor dem Verbinden mit dem Turbinengehäuse 10 nachbearbeitet
werden, um so den Übertrittsbereich
und das Leitgitter 20 innerhalb vorgegebener, aufgrund
thermodynamischer Bedingungen einzuhaltender Toleranzen zu halten.
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Das
Teilgehäuse 32 kann
analog einem Gehäuse
einer einflutigen Turbine ausgebildet sein, so dass alleine die
einstückig
mit dem Leitgitter 20 ausgebildete Zwischenwandung 14 für das Abgrenzen der
Spiralkanäle 12, 16 voneinander
sorgt. Alternativ ist es denkbar, ausgehend von dem Turbineneintrittsflansch
in dem Teilgehäuse 32 eine
Zwischenwandung vorzusehen, an welche die als Feingussteil ausgebildete
Zwischenwandung 14 beim Eingießen des Integralteils angeschlossen
wird. In Strömungsrichtung
des Abgases durch die Spiralkanäle 12, 16 ist die
einstückig
mit dem Leitgitter 20 ausgebildete Zwischenwandung 14 sich
bis zu dem Zungenbereich erstreckend ausgebildet, an welchem der
Austritt des Abgases aus den Spiralkanälen 12, 16 erfolgt.
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Das
Leitgitter 20 weist vorliegend feststehende Leitschaufeln 38 auf.
Mittels der feststehenden Leitschaufeln 38 ist das den
ersten Spiralkanal 12 durchströmende Abgas in dem Übertrittsbereich
zwischen dem Spiralkanal 12 und dem Aufnahmeraum für das Turbinenrad 18 auf
kurzem Wege stark zu beschleunigen. Dadurch ist eine sehr effiziente
Anströmung
des Turbinenrads 18 erreichbar.
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Das
Turbinengehäuse 10 ist
zweiteilig ausgebildet, wobei an dem die Spiralkanäle 12, 16 umfassenden
ersten Teilgehäuse 32 ein
einen Austrittskanal 30 umfassendes zweites Teilgehäuse 34 festlegbar
ist. Das zweite Teilgehäuse 34 weist
eine Matrize 36 auf, in welche ein als Strömungsleitelement dienender
oder mit einem Strömungsleitelement
gekoppelter Axialschieber als Vario-Einrichtung einführbar ist.
Der Axialschieber kann als Leitgitter ausgebildet sein.
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Mittels
eines solchen, vorliegend nicht gezeigten und beispielsweise Leitschaufeln
umfassenden Strömungsleitelements
sind in dem Übertrittsbereich
zwischen dem zweiten Spiralkanal 16 und dem Aufnahmeraum
für das
Turbinenrad 18 voneinander verschiedene Strömungszustände einstellbar.
Dadurch ist eine Variabilität
der Turbine gegeben. So kann je nach Leistungsanforderung der Verbrennungskraftmaschine
ein unterschiedlich großer durchströmbarer Querschnitt
in dem Übertrittsbereich
zwischen dem zweiten Spiralkanal 16 und dem Aufnahmeraum
für das
Turbinenrad 18 eingestellt werden, so dass über einen
sehr weiten, insbesondere niedrige und mittlere Drehzahlen umfassenden Drehzahlbereich,
die Anforderungen an die Bereitstellung der Ladeluft der Verbrennungskraftmaschine erfüllbar sind.
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Der
in die Matrize 36 des zweiten Teilgehäuses 34 einführbare Axialschieber,
mittels welchem in dem Übertrittsbereich
zwischen dem zweiten Spiralkanal 16 und dem Aufnahmeraum
für das
Turbinenrad 18 unterschiedliche Strömungszustände einstellbar sind, ermöglicht das
Bereitstellen einen Turbobrake-Funktionalität (Turbobremse) zum Abbremsen der
Verbrennungskraftmaschine.
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Ein
durchströmbarer
Querschnitt einer durch die Zwischenwandung 14 abgegrenzten
ersten Flut 50 und ein durchströmbarer Querschnitt einer durch die
Zwischenwandung 14 abgegrenzten zweiten Flut 52 sind
vorliegend im Wesentlichen gleich groß. Dadurch fallen im Vergleich
zu einer zweiflutigen asymmetrischen Turbine Strömungsverluste aufgrund der Wandreibung
des Abgases vergleichsweise gering aus.
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Durch
das Leitgitter 20 ist dem ersten Spiralkanal 12 dennoch
eine Aufstaufähigkeit
verliehen, welche ein Nutzen eines an den ersten Spiralkanal 12 anschließbaren Abgasstrangs
eines Abgastrakts für
eine effiziente Abgasrückführung möglich macht. Insbesondere
durch das beispielsweise mittels Eingießens bewerkstelligte Verbinden
des Leitgitters 20 mit dem Teilgehäuse 32 ist hierbei
sichergestellt, dass temperaturbedingte unterschiedliche Ausdehnungen
von die Spiralkanäle 12, 16 bildenden
Bauteilen des Turbinengehäuses 10 und
des Leitgitters 20 nicht zu den Wirkungsgrad der Turbine
beeinflussenden Leckagen führen.
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Das
vorliegend symmetrisch ausgebildete zweiflutige Turbinengehäuse 10 hat
somit Eigenschaften eines asymmetrischen Turbinengehäuses, ohne
jedoch die Asymmetrie mit hohen Strömungsverlusten eines Spiralkanals
erkaufen zu müssen.
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Bei
der Ausführungsform
des Turbinengehäuses 10 gemäß 2 bilden
die Zwischenwandung 14 und das Leitgitter 20 ebenfalls
ein einstückiges
Integralteil, welches beispielsweise durch Eingießen stoffschlüssig mit
dem Teilgehäuse 32 verbunden
ist. Die Zwischenwandung 14 weist ebenfalls ein, vorliegend
hakenförmig
ausgebildetes, Verankerungsteil 44 auf.
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Jedoch
ist im Gegensatz zu der in 1 gezeigten
Ausführungsform
die Zwischenwandung 14 aus einem dünnen Blech gebildet, welches
zum Herstellen des einstückigen
Integralteils gasdicht mit dem Leitgitter 20 verschweißt ist.
Hierbei kann ein automatischer Laser- oder Elektronenstrahl-Schweißprozess
zum Einsatz kommen. Die Anbindung des Integralteils an das Teilgehäuse 32 erfolgt
durch Eingießen,
wobei sowohl an dem Leitgitter 20 als auch an der Zwischenwandung 14 zum Positionieren
des Integralteils gegenüber
dem Teilgehäuse 32 geeignete
Eingussstellen bereitgestellt sind.
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Vorstellbar
ist es, bei einer alternativen Ausführungsform des Turbinengehäuses 10 die
einstückig
mit dem Leitgitter 20 ausgebildete Zwischenwandung 14 mit
dem Teilgehäuse 32 durch
Eingießen
zu verbinden, und anschließend
beim Anbinden des Leitgitters 20 an das Teilgehäuse 32 ein
automatisches Schweißverfahren,
etwa auf Basis eines Laser- oder
Elektronenstrahlschweißprozesses,
anzuwenden.
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Solange
das den Austrittskanal 30 umfassende zweite Teilgehäuse 34 des
Turbinengehäuses 10 noch
nicht an dem ersten Teilgehäuse 32 festgelegt
ist, ist zum Durchführen
des Schweißverfahrens vergleichsweise
viel Platz vorhanden. Auch lagergehäuseseitig liegen zum Verschweißen des
Leitgitters 20 mit dem Teilgehäuse 32 ausreichende
Platzverhältnisse
vor.
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Des
Weiteren weist die Zwischenwandung 14 bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
des Turbinengehäuses 10 einen
vorliegend wellenförmig ausgebildeten
Ausgleichsbereich 46 auf. Mittels dieses Ausgleichsbereichs 46 sind
unterschiedliche thermische Ausdehnungen des Teilgehäuses 32,
des Leitgitters 20 und der Zwischenwandung 14 kompensierbar.
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In
alternativen Ausführungsformen
kann der Ausgleichsbereich 46 eine von der vorliegend gezeigten
Wellenform abweichende Formgebung aufweisen. Ebenso wie bei der
in 1 gezeigten Ausführungsform weist das den Austrittskanal 30 umfassende
Teilgehäuse 34 die
Matrize 36 auf, welche zum Aufnehmen des Vario-Elements
ausgelegt ist.
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Das
Leitgitter 20 für
eines der in 1 oder 2 dargestellten
Turbinengehäuse 10 umfasst
einen Tragring, an welchem die im Profilschnitt tropfenförmigen,
feststehenden Leitschaufeln 38 angeordnet sind.