Laufradgehäuse eines Turboladers und Verfahren zum Herstellen eines Laufradgehäuses

Die Erfindung betrifft ein Laufradgehäuse eines Turboladers, insbesondere ein Turbinengehäuse, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Laufradgehäuses .

Turbolader weisen im Allgemeinen eine Abgasturbine auf, die in einem Abgasstrom angeordnet ist und über eine Turbowelle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt verbunden ist. Das Turbinenrad der Turbine und das Verdichterrad des Verdichters sind hierbei auf der gemeinsamen Turbowelle drehbar angeordnet. Das Turbinenrad und das Verdichterrad sind in einem jeweiligen Strömungsgehäuse bzw. in einem Turbinengehäuse und einem Verdichtergehäuse angeordnet. Im Betrieb treibt nun der Abgasstrom, der durch das Turbinengehäuse geleitet wird, das Turbinenrad an. Das Turbinenrad treibt wiederum das Verdich- terrad an, wodurch der Verdichter den Druck im Ansaugtrakt des Motors erhöht, so dass während des Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in den Zylinder gelangt. Dies bewirkt, dass mehr Sauerstoff zur Verfügung steht und eine entsprechend größere Kraftstoffmenge verbrannt werden kann. Dadurch kann die Leistungsabgabe des Motors erhöht werden.

Durch die Verschärfung der Abgasgesetze für Verbrennungsmotoren im PKW-Bereich wird der Serienstreuung von abgasrelevanten Motorbauteilen, wie etwa den Kolben, der Nockenwelle oder dem Turbolader immer mehr Bedeutung zugemessen. Bisher ist die Serienstreuung von abgasrelevanten Motorbauteilen bezüglich der Einhaltung von Abgasnormen, wie beispielsweise der Euronorm 4, noch tolerierbar. Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laufradgehäuse eines Turboladers bereitzustellen, bei welchem die Serienstreuung geeignet reduzierbar ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laufradgehäuses .

Diese Aufgabe wird durch ein Laufradgehäuse für einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.

Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Laufradgehäuse für einen

Turbolader bereitgestellt, wobei das Laufradgehäuse zumindest in einem Abschnitt eines Querschnitts, d.h. eines Überströmungsquerschnitts bzw. Übertrittsquerschnitts, zwischen einem Laufrad und einer Spirale des Laufradgehäuses mechanisch nachbearbeitet ist.

Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Laufradgehäuses eines Turboladers bereitgestellt, mit den Schritten: - Bereitstellen eines Laufradgehäuse-Rohteils und

Mechanisches Bearbeiten des Laufradgehäuses zumindest in einem Abschnitt eines Querschnitts, d.h. eines Überströmungsquerschnitts bzw. Übertrittsquerschnitts, zwischen dem Laufrad und einer Spirale des Laufradgehäuses .

Das Laufradgehäuse hat dabei den Vorteil, dass durch die mechanische Bearbeitung des Querschnitts, d.h. des Überströmungsquerschnitts bzw. Übertrittsquerschnitts bzw. dessen Breite, der Toleranzbereich, d.h. hier die Streuung der Brei- te des Querschnitts weiter reduziert werden kann. Auf diese

Weise kann ein Laufradgehäuse bereitgestellt werden, das auch zukünftige weiter verschärfte Abgasnormen erfüllen kann im Gegensatz zu den bisherigen Laufradgehäusen bei welchen ein unbearbeitetes Gussrohteil eingesetzt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Breite des Übertritts- bzw. Überströmungsquerschnitts mechanisch nachbearbeitet. Der abgasrelevante Einfluss ist bei dem Turbolader im Bereich der Strömungsgehäuse am Größten. Hierbei ist be- sonders der Überströmquerschnitt bzw. Übertrittquerschnitt zwischen dem jeweiligen Laufrad und der Spirale des Laufradgehäuses für die Streuung relevant. Durch das Nachbearbeiten dieses Bereichs oder zumindest eines Teils dieses Bereichs und die damit verbundene Reduzierung der Serienstreuung des Turboladers, kann der abgasrelevante Einfluss des Turboladers positiv beeinflusst werden.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die mechanische Bearbeitung mittels Fräsen, Drehen und/oder einem Laser durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache und sehr präzise Weise eine Nachbearbeitung des Überströmungsquerschnitts bzw. dessen Breite erfolgen kann, so dass die Streuung gezielt reduziert werden kann.

Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Laufradgehäuse aus Guss hergestellt. Das Gussgehäuse hat den Vorteil, dass es als vorgegossenes Rohteil verhältnismäßig kostengünstig in der Herstellung ist und außerdem leicht anschließend mechanisch nachbearbeitet werden kann.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Laufradgehäuse ein Turbinengehäuse. Auf diese Weise ist eine optimale Reduzierung der Serienstreuung bei Turboladern mög- lieh indem beispielsweise neben dem Turbinengehäuse erfindungsgemäß ausgebildet wird.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt die Übertrittsbreite des Überströmungsquerschnitts zwischen dem Laufrad und einer Spirale des Laufradgehäuses beispielsweise in einem Bereich von kleiner 7mm oder bis zu kleiner 5,5mm liegt. Das mechanisch bearbeitete Laufradgehäuse kann auf diese Weise verhältnismäßig kleine Übertrittsbreite rea- lisieren, wobei eine geringe Streuung der Laufradgehäuse gewährleistet ist. Beispielsweise können Übertrittsbreiten in einem Bereich von 5,5 mm bis 7mm oder 3mm bis 7mm erreicht werden. Größere Übertrittsbreiten von größer 7mm sind ebenfalls möglich. Für zukünftige Laufradgehäuse sind aber gerade auch kleine Eintrittsbreiten von kleiner 5,5mm usw. von Bedeutung, insbesondere bei Turboladern für Kraftfahrzeuge bzw. Pkws.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schemati- sehen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Radialturbine eines

Turboladers;

Fig. 2 ein Ausschnitt einer Turbine und deren Turbinengehäuses gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 3 ein Ausschnitt einer Turbine und deren Turbinen- gehäuses gemäß der Erfindung.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden. In Fig. 1 ist zunächst eine Schnittansicht eines Strömungsgehäuses 10 einer Radialturbine 12 eines Turboladers gezeigt. In dem Strömungsgehäuse 10 bzw. hier Turbinengehäuse ist ein Turbinenrad 14 als Laufrad auf einer Turbowelle 16 angeordnet. Über den Abgasstrom aus einer mit dem Turbolader verbundenen Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) wird das Turbinenrad 14 angetrieben, wobei das Turbinenrad 14 wiederum das Verdichterrad (nicht dargestellt) antreibt.

Für den Abgasturbolader gilt nun, dass der abgasrelevante Einfluss im Bereich der Strömungsgehäuse 10 am stärksten streut. Dies gilt insbesondere für den Überströmungs- bzw. Übertrittsquerschnitt 18, d.h. den Querschnitt zwischen dem Laufrad 14 und der Spirale 20 des Strömungsgehäuses 10 bzw. Laufradgehäuses . Genauer gesagt für den Eintrittsquerschnitt 18 des Turbinengehäuse 10 und den dazu korrespondierenden Austrittsquerschnitt des Verdichtergehäuses (nicht dargestellt) . Wie im nachfolgenden anhand von Fig. 2 noch näher erläutert wird, variiert die Eintrittsbreite des Turbinengehäuses bzw. entsprechend die Austrittsbreite des Verdichtergehäuses besonders stark bei einem Laufradgehäuse aus einem Gussmaterial .

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Turbine 22 und deren Turbinengehäuses 10 gemäß dem Stand der Technik. In dem Turbinengehäuse 10 ist hierbei ein Turbinenrad 14 der Turbine 22 drehbar auf einer Turbowelle (nicht dargestellt) angeordnet. Wie aus Fig. 2 entnommen werden kann, weist der Überströ- mungsquerschnitt 18, d.h. der Querschnitt (Eintrittsquerschnitt) des Turbinengehäuses 10 bei dem Übertritt zu dem Laufrad 14, eine große Streuung auf. Genauer gesagt weist die Breite 24 bzw. die Eintrittsbreite des Turbinengehäuses 10 im Bereich des Übertritts- bzw. Überströmungsquerschnitts 18 hierbei eine große Streuung auf.

In Fig. 2 ist dabei ein Toleranzfeld 26 der unbearbeiteten Eintrittsbreite 24 des Turbinengehäuses 10 gemäß dem Stand der Technik eingezeichnet. Das Toleranzfeld 26 der unbearbeiteten Eintrittsbreite 24 gibt dabei die entsprechenden Gusstoleranzen wieder, die durch das Gießen des Turbinengehäuses 10 entstehen bzw. die die Gussrohteile im Allgemeinen aufwei- sen. Wie zuvor beschrieben hat eine derartige breite Streuung des Übertrittsquerschnitts 18 des Laufradgehäuses 10 den Nachteil, dass sich weiter verschärfte Abgasnormen unter Umständen nicht geeignet einhalten lassen können.

In Fig. 3 ist nun ein Ausschnitt einer Turbine 22 und deren Turbinengehäuses 10 gemäß der Erfindung gezeigt. In dem Turbinengehäuse 10 ist dabei ein Turbinenrad 14 auf einer Turbowelle (nicht dargestellt) angeordnet. Gemäß der Erfindung wird das Turbinengehäuse 10 zunächst gegossen bzw. vorgegos- sen. Anschließend wird das Turbinengehäuse 10 zumindest in einem Abschnitt des Querschnitts 18 in dem Bereich des Übertritts von dem Laufrad 14 zu der Spirale 20 des Laufradgehäuses 10 mechanisch nachbearbeitet, beispielsweise mittels Fräsen, Drehen und/oder einem Laser.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird dabei die Breite 24 des Eintrittsbereichs 18 des Turbinengehäuses 10 mechanisch nachbearbeitet. Bei einem Verdichtergehäuse (nicht dargestellt) wird entsprechend die Breite des Austrittsbereich mechanisch bearbeitet.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann hierbei auf einer oder beiden Seiten 28, 30 Material im Bereich des Übertrittsquerschnitts 18 bzw. Überströmungsquerschnitts abgetragen werden, um eine gewünschte Soll-Breite 24 zu erzielen bzw. eine Breite 24 des Querschnitts 18, welche in einem vorbestimmten Soll-Bereich liegt .

In Fig. 3 ist dabei ein Toleranzfeld 26 der bearbeiteten Eintrittsbreite 24 des Überströmungsquerschnitts 18 des Turbinengehäuses 10 dargestellt. Dabei kann man bei einem Vergleich der beiden Toleranzfelder 26 in den Fig. 2 und 3 entnehmen, dass das Toleranzfeld 26 gemäß der Erfindung in Fig. 3 deutlich kleiner ist als das Toleranzfeld 26 des Standes der Technik in Fig. 2. Des Weiteren kann es bereits ausreichen die Breite 24 nur im Bereich des Übertrittquerschnitts 18 bzw. Überströmungsquerschnitts des Laufradgehäuses 10, d.h. des Querschnitts des Laufradgehäuses 10 zwischen dem Laufrad 14 und der Spirale 20 des Gehäuses 10, mechanisch zu bearbeiten. Es ist nicht unbedingt notwendig beispielsweise Material auch im Anschluss an den Überströmungsquerschnitt 10 im Bereich weiter hin zu der Spirale 20 abzutragen, um eine geeignete Reduzierung der Serienstreuung zu erhalten und ein verbessertes Emissionsverhalten von Brennkraftmaschine und Turbolader .

Gemäß der Erfindung kann die Serienstreuung der Turbolader durch die mechanische Bearbeitung des jeweiligen Überströ- mungsquerschnitts 18 des entsprechenden Laufradgehäuses 10 gegenüber dem Einsatz der reinen Rohteilkontur bei dem Stand der Technik deutlich reduziert werden.

Das Ziel der Erfindung ist es, die Streuung des thermodynami- sehen Verhaltens des Turboladers gegenüber der heute üblichen Streuung einzuschränken. Dazu wird der entsprechende Überströmungsquerschnitt 18 bzw. Übertrittquerschnitt zwischen dem Laufrad 14 und dem der Spirale 20 des Laufradgehäuses 10 nicht mehr nur gegossen sondern vorgegossen und anschließend mechanisch bearbeitet. Diese Bearbeitung kann sowohl auf der Verdichterseite bzw. an dem Verdichtergehäuse und/oder auf der Turbinenseite bzw. an dem Turbinengehäuse 10 durchgeführt werden. Die Erfindung bezieht sich auf Abgasturbolader, ins- besondere kleine Turbolader, wie Turbolader für Kraftfahrzeuge bzw. PKWs usw.. Bei diesen Turboladern fällt das Verhältnis zwischen Toleranz bzw. Streuung und Breitenmaß, d.h. Breite 24 des Eintrittsbereichs beim Turbinengehäuse 10 besonders ungünstig aus. Hier sind insbesondere Eintrittsbrei- ten (Turbinengehäuse) von kleiner 5,5mm zu sehen. Für zukünftige noch schärfere Anforderungen als beispielsweise die Euronorm 6 ist auch der Bereich von Eintrittsbreiten bzw. Austrittsbreiten von kleiner 7mm nicht auszuschließen. Beispielsweise sind hierbei Bereiche für die Eintrittsbreite bei Turbinengehäusen zwischen 3mm bis 5,5mm bzw. 2,5 mm bis 7mm denkbar. Die Erfindung ist aber auf diese Bereiche nicht beschränkt. Je nach Funktion und Einsatzzweck sind auch noch kleinere Einsatzbreiten grundsätzlich möglich bei einer verhältnismäßig geringen Streuung durch die mechanische Bearbei- tung des Laufradgehäuses .

Die Erfindung wurde zuvor anhand der Fig. 3 in Bezug auf ein Turbinengehäuses 10 als Laufradgehäuse eines Turboladers erläutert .

Die Erfindung ist nicht auf die vorliegende Ausführungsform und ihre Abwandlungen beschränkt, sondern kann beliebig variiert werden. Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung insbesondere auf Turbolader für Kraftfahrzeuge bzw. Pkws gerich- tet. Die Erfindung kann aber auch auf jede andere Art von

Vorrichtung übertragen werden bzw. Transportsystem bei welchem Turbolader eingesetzt werden.