ELSNER, Christian (Rotkehlchenweg 6, Fellbach, 70734, DE)
HERTWECK, Gernot (Baldungstrasse 26, Fellbach, 70736, DE)
MÜLLER, Markus (Schneeglöckleweg 15, Stuttgart, 70374, DE)
RAITHEL, Simon (Lindpaintnerstrasse 35, Stuttgart, 70195, DE)
SCHLEGL, Martin (Hölderlinstrasse 11, Rudersberg, 73635, DE)
SEUFFERT, Johannes (In den Steinen 5, Ostfildern, 73760, DE)
BOTSCH, Siegfried (Bettina von Arnim Weg 6, Grafenau, 71120, DE)
ELSNER, Christian (Rotkehlchenweg 6, Fellbach, 70734, DE)
HERTWECK, Gernot (Baldungstrasse 26, Fellbach, 70736, DE)
MÜLLER, Markus (Schneeglöckleweg 15, Stuttgart, 70374, DE)
RAITHEL, Simon (Lindpaintnerstrasse 35, Stuttgart, 70195, DE)
SCHLEGL, Martin (Hölderlinstrasse 11, Rudersberg, 73635, DE)
SEUFFERT, Johannes (In den Steinen 5, Ostfildern, 73760, DE)
Patentansprüche
1. Turbinengehäuse, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, mit einem Abgasführungsbereich (10), welcher zumindest einen mit einer Abgasflut eines Abgastrakts koppelbaren Spiralkanal (12a, 12b) und einen stromab des wenigstens einen Spiralkanals (12a, 12b) angeordneten Aufnahmeraum (14) für ein Turbinenrad umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes und ein zweites Teilgehäuse (16a, 16b) vorgesehen sind, die komplementäre Wandbereiche des wenigstens einen Spiralkanals (12a) umfassen und unter Ausbildung des wenigstens einen Spiralkanals (12a) miteinander verbunden sind.
2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) miteinander korrespondierende Anschläge (20) umfassen, mittels welchen die Teilgehäuse (16a, 16b) zueinander positioniert sind.
3. Turbinengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) aus einem thermisch hoch belastbaren Werkstoff, insbesondere einem ferritischen Werkstoff, vorzugsweise einem mit Silizium und/oder Molybdän legierten Gusseisen, besteht.
4. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Teilgehäuse(16a, 16b) eine Ausnehmung (28) vorgesehen ist zur Aufnahme Partikeln.
5. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) im Verbindungsbereich eine vorzugsweise ringförmig umlaufende Nut (26) umfasst, in welcher zumindest abschnittsweise ein Zusatzwerkstoff (24) angeordnet ist, mittels welchem eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Teilgehäuse (16a, 16b) hergestellt ist.
6. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) im Verbindungsbereich einen abragenden und vorzugsweise ringförmig umlaufend ausgebildeten Oberflächenbereich (22) umfasst, an welchem zumindest abschnittsweise ein weiterer Zusatzwerkstoff (24) angeordnet ist, mittels welchem eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Teilgehäuse (16a, 16b) hergestellt ist.
7. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzwerkstoff (24) und/oder der weitere Zusatzwerkstoff (24) aus dem gleichen Material wie das erste und/oder das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) besteht.
8. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Zusatzwerkstoff (24) und/oder der weitere Zusatzwerkstoff (24) einen geeigneten Nickelmassengehalt aufweist.
9. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) zumindest einen weiteren, mit einer weiteren Abgasflut des Abgastrakts koppelbaren Spiralkanal (12b) umfasst.
10. Turbinengehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiralkanal (12a) und der weitere Spiralkanal (12b) symmetrisch und/oder asymmetrisch ausgebildet sind.
11. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbinengehäuse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, mit einem Abgasführungsabschnitt (10), welcher zumindest einen mit einer Abgasflut eines Abgastrakts koppelbaren Spiralkanal (12a, 12b) und einen stromab des wenigstens einen Spiralkanals (12a, 12b) angeordneten Aufnahmeraum (14) für ein Turbinenrad umfasst, mit den Schritten:
Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Teilgehäuses (16a, 16b), die komplementäre Wandbereiche des Spiralkanals (12a) umfassen; Positionieren des ersten Teilgehäuses (16a) am zweiten Teilgehäuse (16b) unter Ausbildung des Spiralkanals (12a); und Verbinden des ersten Teilgehäuses (16a) mit dem zweiten Teilgehäuse (16b).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) mittels einer Presspassung positioniert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere eines Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißverfahrens, miteinander verbunden werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) im Bereich eines schweißbaren Zusatzwerkstoffs (24) verschweißt werden, der zuvor in einer im ersten und/oder im zweiten Teilgehäuse (16a, 16b) vorzugsweise ringförmig umlaufend ausgebildeten Nut (26) angeordnet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) im Bereich eines am ersten und/oder am zweiten Teilgehäuse (16a, 16b) vorzugsweise ringförmig umlaufend ausgebildeten, abragenden Oberflächenbereichs (22) verschweißt werden, an welchem zuvor zumindest abschnittsweise ein weiterer schweißbarer Zusatzwerkstoff (24) angeordnet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Teilgehäuse (16a, 16b) vor dem Positionieren insbesondere im komplementären Wandbereich des Spiralkanals (12a) feinbearbeitet wird. |
Turbinengehäuse und Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses
Die Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Abgasturbolader sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses.
Turbinengehäuse für Strömungsmaschinen, insbesondere für Abgasturbolader von Brennkraftmaschinen, sind aus dem Stand der Technik bekannt und umfassen einen Abgasführungsbereich, welcher zumindest einen mit einer Abgasflut eines Abgastrakts koppelbaren Spiralkanal und einen stromab des Spiralkanals angeordneten Aufnahmeraum aufweist. Der Aufnahmeraum dient seinerseits zur Aufnahme eines Turbinenrads, welches mit einem durch den Abgasführungsbereich geleiteten Abgasstrom beaufschlagbar ist. Die bekannten Turbinengehäuse werden dabei üblicherweise mit Hilfe von Gussverfahren hergestellt, wobei insbesondere Sandgussverfahren verwendet werden.
Als nachteilig an den bekannten Turbinengehäusen ist der Umstand anzusehen, dass die im Rahmen der üblichen Gussverfahren darstellbaren Geometrien und Toleranzen des Abgasführungsbereichs bereits ausgeschöpft sind und insbesondere die Strömungseigenschaften des Spiralkanals aus produktionstechnischen und wirtschaftlichen Gründen nicht weiter verbessert bzw. nicht optimal an unterschiedliche Anforderungsprofile angepasst werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Turbinengehäuse der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine erhöhte konstruktive Gestaltungsfreiheit besitzt und eine verbesserte Anpassbarkeit an unterschiedliche Anforderungsprofile ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Turbinengehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , einen Abgasturbolader mit einem derartigen Turbinengehäuse gemäß Patentanspruch 11 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Turbinengehäuses eine vorteilhafte Ausgestaltung des Abgasturboladers bzw. des Verfahrens zur Folge haben und umgekehrt vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen des Turbinengehäuses bzw. des Abgasturboladers anzusehen sind.
Ein Turbinengehäuse, welches eine erhöhte konstruktive Gestaltungsfreiheit besitzt und eine verbesserte Anpassbarkeit an unterschiedliche Anforderungsprofile ermöglicht, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass wenigstens ein erstes und ein zweites Teilgehäuse vorgesehen sind, die komplementäre Wandbereiche des wenigstens einen Spiralkanals umfassen und unter Ausbildung des wenigstens einen Spiralkanals miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Turbinengehäuse wenigstens zweiteilig auszubilden, wodurch es ermöglicht ist, das erste und das zweite Teilgehäuse einfach und kostengünstig mit einer wesentlich höheren konstruktiven Gestaltungsfreiheit auszubilden. Zudem ermöglicht es die Erfindung, die beiden Teilgehäuse vor dem Verbinden in allen relevanten Bereichen mechanisch präzise mit Kleinsttoleranzen zu bearbeiten. Hierdurch können auch bislang einer Feinbearbeitung unzugängliche Bauteilbereiche freier gestaltet und exakt ausgebildet werden. Insbesondere kann dabei der Spiralkanal des Abgasführungsbereichs optimal an das jeweilige Anforderungsprofil angepasst werden, wodurch auch entsprechende Verbesserungen des thermodynamischen Wirkungsgrads einer mit dem Turbinengehäuse versehenen Strömungsmaschine erzielt werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es weiterhin möglich, Spiralkanäle auszubilden, die düsenartige Bereiche mit minimalen Breiten und optimierter Formgebung aufweisen, da keine diesbezüglichen gusstechnischen Einschränkungen und dergleichen zu berücksichtigen sind. Darüber hinaus kann die Oberflächenqualität beispielsweise in Wandbereichen verbessert werden, an denen während des Betriebs des Turbinengehäuses hohe, ggf. transsonische Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Hierdurch können Wandreibungsverluste erheblich verringert und Wirkungsgrade entsprechend gesteigert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Teilgehäuse miteinander korrespondierende Anschläge umfassen, mittels welchen
die Teilgehäuse zueinander positioniert sind. Dies erleichtert die passgenaue Einhaltung besonders geringer Fertigungstoleranzen und erhöht die mechanische Festigkeit des Turbinengehäuses, wodurch auch die geforderte Abgasdichtheit des Abgasführungsbereichs besonders einfach zu gewährleisten ist.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem das erste und/oder das zweite Teilgehäuse aus einem thermisch hoch belastbaren Werkstoff, insbesondere einem ferritischen Werkstoff, vorzugsweise einem mit Silizium und/oder Molybdän legierten Gusseisen, besteht. Da Turbinengehäuse während des Betriebs einem ständigen Temperaturwechsel ausgesetzt sind, besteht die Gefahr von thermischer Ermüdung. Durch einen thermisch hoch belastbaren Werkstoff können somit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Turbinengehäuses zuverlässig sichergestellt werden. Ferritische Werkstoffe und vorzugsweise Gusseisen bieten hierbei den Vorteil geringerer Wärmespannungen und einer entsprechend hohen Temperaturwechselfestigkeit. Das Einlegieren von Silizium ist verbunden mit einem vorteilhaften Anstieg der Zugfestigkeit, der Streckgrenze und der Härte. Molybdän erhöht demgegenüber vorteilhafte die Warmfestigkeit und die Kriechfestigkeit des Gusseisens.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das erste und/oder das zweite Teilgehäuse eine Ausnehmung zur Aufnahme von Partikeln, Schmutz oder ähnliches auf. Hierdurch werden mechanische Beeinträchtigungen im Verbindungsbereich zwischen den beiden Teilgehäusen zuverlässig verhindert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite Teilgehäuse im Verbindungsbereich eine vorzugsweise ringförmig umlaufende Nut umfasst, in welcher zumindest abschnittsweise ein Zusatzwerkstoff angeordnet ist, mittels welchem eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Teilgehäuse hergestellt ist. Hierdurch ist ein mechanisch besonders stabiles, passgenaues und betriebssicheres Verbinden der beiden Teilgehäuse ermöglicht. Die Nut kann beispielsweise länglich entlang des Verbindungsbereichs der Teilgehäuse ausgebildet sein, wodurch eine entsprechend große Kontaktoberfläche gegeben ist. Mit Hilfe einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen beiden Teilgehäusen kann zudem die geforderte Abgasdichtheit des Spiralkanals besonders einfach sichergestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite Teilgehäuse im Verbindungsbereich einen abragenden und vorzugsweise ringförmig umlaufend ausgebildeten Oberflächenbereich umfasst, an
welchem zumindest abschnittsweise ein weiterer Zusatzwerkstoff angeordnet ist, mittels welchem eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Teilgehäuse hergestellt ist. Dies stellt eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit dar, die beiden Teilgehäuse einfach und betriebssicher miteinander zu verbinden. Mit Hilfe des einen überstand bildenden, abragenden Oberflächenbereichs kann zudem eine schnelle und einfache Positionierung des weiteren Zusatzwerkstoffs vorgenommen werden. Zudem wird aufgrund der exponierten Positionierung des Zusatzwerkstoffs ein etwaiges Verschweißen erleichtert.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass der Zusatzwerkstoff und/oder der weitere Zusatzwerkstoff aus dem gleichen Material wie das erste und/oder das zweite Teilgehäuse besteht. Auf diese Weise werden unerwünschte Spannungszustände während des Betriebs des Turbinengehäuses zuverlässig verhindert. Vorzugsweise sind dabei auch das erste und das zweite Teilgehäuse aus dem gleichen Material gefertigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest der Zusatzwerkstoff und/oder der weitere Zusatzwerkstoff einen geeigneten Nickelmassengehalt aufweist. Auf diese Weise können die Schweißeigenschaften des Zusatzwerkstoffs und gegebenenfalls der Teilgehäuse verbessert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem das erste und/oder das zweite Teilgehäuse zumindest einen weiteren, mit einer weiteren Abgasflut des Abgastrakts koppelbaren Spiralkanal umfasst. Hierdurch kann das Turbinengehäuse auch mit mehrflutig ausgebildeten Abgastrakten gekoppelt werden, wodurch eine zusätzlich erhöhte Anpassbarkeit an unterschiedliche Anforderungsprofile gegeben ist.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, der Spiralkanal und der weitere Spiralkanal symmetrisch und/oder asymmetrisch ausgebildet sind. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Turbinengehäuse besonders flexibel an unterschiedliche Anforderungsprofile angepasst werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbinengehäuse gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Auf diese Weise kann der Abgasturbolader aufgrund der erhöhten konstruktiven Gestaltungsfreiheit und der verbesserten Anpassbarkeit des Turbinengehäuses an unterschiedliche Anforderungsprofile bei verbessertem Wirkungsgrad mit einer Vielzahl von Brennkraftmaschinen betrieben werden.
Beispielsweise kann der Abgasturbolader sowohl mit Otto- als auch mit Dieselmotoren gekoppelt werden. Ebenso kann der Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen mit mehrflutigem Abgastrakt und/oder Abgasnachbehandlungs- bzw. Abgasrückführsystemen verwendet werden, wobei aufgrund der verbesserten Anpassbarkeit des Turbinengehäuses und dem hierdurch erhöhten Wirkungsgrad des Abgasturboladers entsprechende emissionsrelevante Optimierungen und Kraftstoffeinsparungen erzielbar sind. Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein, dass auch das Verdichtergehäuse des Abgasturboladers mehrteilig ausgebildet ist. Weitere sich ergebende Vorteile sind aus den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinengehäuses, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, mit einem Abgasführungsabschnitt, welcher zumindest einen mit einer Abgasflut eines Abgastrakts koppelbaren Spiralkanal und einen stromab des wenigstens einen Spiralkanals angeordneten Aufnahmeraum für ein Turbinenrad umfasst, bei welchem erfindungsgemäß wenigstens die Schritte Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Teilgehäuses, die komplementäre Wandbereiche des Spiralkanals umfassen, Positionieren des ersten Teilgehäuses am zweiten Teilgehäuse unter Ausbildung des Spiralkanals und Verbinden des ersten Teilgehäuses mit dem zweiten Teilgehäuse durchgeführt werden. Hierdurch ist eine verbesserte Anpassbarkeit an unterschiedliche Anforderungsprofile ermöglicht, da das erfindungsgemäß hergestellte Turbinengehäuse und insbesondere der besonders strömungsrelevante Spiralkanal im Gegensatz zum Stand der Technik mit einer wesentlich erhöhten, konstruktiven Gestaltungsfreiheit ausgebildet werden kann und keinen gusstechnischen Einschränkungen mehr unterliegt. Weitere Vorteile ergeben sich aus den vorhergehenden Beschreibungen.
Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Turbinengehäuses und einer günstigen Materialverfügbarkeit für den anschließenden Verbindungsschritt werden das erste und das zweite Teilgehäuse mittels einer geeigneten Passung, beispielsweise eine Presspassung oder eine übergangspassung, positioniert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Teilgehäuse mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere eines Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißverfahrens, miteinander verbunden werden. Auf diese Weise werden die geforderten Eigenschaften bezüglich Abgasdichtheit des Spiralkanals, mechanische Festigkeit und Minimalverzug auch unter Großserienbedingungen vorteilhaft sichergestellt. Weiterhin ermöglicht die Verwendung
eines Schweißverfahrens einen hohen Automatisierungsgrad, wodurch entsprechende Zeit- und Kostenvorteile gegeben sind.
Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, wenn das erste und das zweite Teilgehäuse im Bereich eines schweißbaren Zusatzwerkstoffs verschweißt werden, der zuvor in einer im ersten und/oder im zweiten Teilgehäuse vorzugsweise ringförmig umlaufend ausgebildeten Nut angeordnet wird. Auf diese Weise können die geforderten Eigenschaften bezüglich Abgasdichtheit des Spiralkanals, mechanische Festigkeit und Minimalverzug konstruktiv besonders einfach und kostengünstig erreicht werden. Dabei kann vorteilhafterweise vor dem Verschweißen ein bandförmiger Zusatzstoff in einer entsprechend ausgebildeten Nut angeordnet werden, um einen Stoffschluss entlang eines möglichst großen Flächenbereich zu erzeugen.
In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das erste oder das zweite Teilgehäuse im Bereich eines am ersten und/oder am zweiten Teilgehäuse vorzugsweise ringförmig umlaufend ausgebildeten, abragenden Oberflächenbereichs verschweißt werden, an welchem zuvor zumindest abschnittsweise ein weiterer schweißbarer Zusatzwerkstoff angeordnet wird. Dies stellt eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit dar, die beiden Teilgehäuse einfach, schnell und betriebssicher miteinander zu verschweißen.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem das erste und/oder das zweite Teilgehäuse vor dem Positionieren insbesondere im komplementären Wandbereich des Spiralkanals feinbearbeitet wird. Hierdurch können nach dem Verbinden der beiden Teilgehäuse unzugängliche Bauteilbereiche vorteilhaft feinbearbeitet und somit besonders exakt ausgebildet werden. Hierdurch können das Turbinengehäuse und insbesondere der Spiralkanal des Abgasführungsbereichs optimal an das jeweilige Anforderungsprofil angepasst werden, wodurch entsprechende Verbesserungen des thermodynamischen Wirkungsgrads einer mit dem Turbinengehäuse versehenen Strömungsmaschine erzielt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 in einem Schnitt ein Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader einer
Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung das in Fig. 1 gezeigte Details Il in einer ersten Variante und
Fig. 3 in einer vergrößerten Darstellung das in Fig. 1 gezeigte Details Il in einer zweiten Variante.
Fig. 1 zeigt in einem Schnitt ein Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Turbinengehäuse umfasst dabei einen Abgasführungsbereich 10, welcher zwei, mit zwei unterschiedlichen Abgasfluten eines Abgastrakts der Brennkraftmaschine koppelbare Spiralkanäle 12a, 12b und einen stromab der Spiralkanäle 12a, 12b angeordneten Aufnahmeraum 14 für ein Turbinenrad umfasst. Dabei sind ein erstes und ein zweites Teilgehäuse 16a, 16b vorgesehen, die komplementäre Wandbereiche des Spiralkanals 12a umfassen und unter Ausbildung dieses Spiralkanals 12a in im Folgenden näher erläuterter Weise miteinander verbunden sind. Die beiden Spiralkanäle 12a, 12b sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel asymmetrisch ausgebildet, wobei der größere, bezüglich Geometrie und Toleranzen anspruchslosere Spiralkanal 12b einteilig mit dem zweiten Teilgehäuse 16b ausgebildet ist. Es kann jedoch natürlich auch vorgesehen sein, das Turbinengehäuse drei- oder mehrteilig auszubilden bzw. weitere oder symmetrisch ausgebildete Spiralkanäle vorzusehen. Da bei Abgasturboladern bzw. Turbinengehäusen, die Spiralkanäle 12a, 12b mit einem derartigen Asymmetriegrad aufweisen, der jeweils kleinere Spiralkanal 12a zur Abgasentnahme mittels eines Abgasrückführsystems (nicht gezeigt) mit der dafür vorgesehenen Abgasflut das Abgastrakts gekoppelt wird, stellt der Spiralkanal 12a damit eine mitbestimmende Größe hinsichtlich der erzielbaren Abgasrückführraten und der sich einstellenden Abgasrückführratenstreuung dar. Diese ist unter anderem abhängig von der Geometrie und Toleranz des Spiralkanals 12a sowie seines düsenartig verengten Bereichs 18a, welcher als Detail I markiert ist und hinter welchem der Abgasstrom auf das stromab im Aufnahmeraum 14 angeordnete Turbinenrad trifft. Die geometrische Ausgestaltung des Spiralkanals 12a beeinflusst somit wesentlich das im Abgastest erzielbare Ergebnis. Da die beiden Teilgehäuse 16a, 16b jedoch einzeln hergestellt werden und vor dem Verbinden insbesondere die jeweiligen Wandbereiche des Spiralkanals 12a im Gegensatz zum Stand der Technik problemlos zugänglich sind und dementsprechend schnell und einfach mit Kleinsttoleranzen
feinbearbeitet werden können, kann der Spiralkanal 12a freier gestaltet und besonders exakt unter Berücksichtigung des jeweiligen Anforderungsprofils ausgebildet werden. Dies betrifft insbesondere auch den verengten Bereich 18a, dessen Wandbereich im Wesentlichen durch das erste Teilgehäuse 16a gebildet wird. Der verengte Bereich 18a kann mit anderen Worten besonders eng bzw. mit einer optimierten Formgebung ausgeführt werden. Das Turbinengehäuse besitzt darüber hinaus die Vorteile einer hohen mechanischen Festigkeit bei geringstem Verzug und ermöglicht die Bereitstellung von Abgasturboladern mit verbesserten thermischen Wirkungsgraden.
Die Herstellung des gezeigten Turbinengehäuses wird mit Hilfe von Fig. 2 näher erläutert werden, welche in einer vergrößerten Darstellung das in Fig. 1 gezeigte Detail Il in einer ersten Variante zeigt. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, umfassen die beiden Teilgehäuse 16a, 16b miteinander korrespondierende Anschläge 20, mittels welchen die Teilgehäuse 16a, 16b zueinander positioniert sind. Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit und der günstigen Materialverfügbarkeit während eines anschließenden Schweißverfahrens wird die Positionierung der beiden Teilgehäuse 16a, 16b mittels einer Presspassung ausgeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das erste Teilgehäuse 16a im Verbindungsbereich einen um eine Strecke d als überstand abragenden und ringförmig umlaufend ausgebildeten Oberflächenbereich 22, an welchem nach dem Positionieren der beiden Teilgehäuse 16a, 16b aus werkstofftechnischen Gründen ein drahtförmiger Zusatzwerkstoff 24 angeordnet wird. Der Oberflächenbereich 22 kann natürlich alternativ am zweiten Teilgehäuse 16b ausgebildet sein. Anschließend werden das erste und das zweite Teilgehäuse 16a, 16b mittels eines geeigneten Schweißverfahrens, beispielsweise eines Laser- bzw. Elektronenstrahlschweißverfahrens, miteinander verschweißt. Der Zusatzwerkstoff 24 stellt eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Teilgehäuse 16a, 16b unter Einhaltung der geforderten Eigenschaften hinsichtlich Abgasdichtheit, mechanischer Festigkeit und Minimalverzug unter Großserienbedingungen sicher. Zur Verbesserung der Schweißeigenschaften sowie der mechanischen Eigenschaften des Turbinengehäuses während des späteren Betriebs bestehen sowohl das erste und das zweite Teilgehäuse 16a, 16b als auch der Zusatzwerkstoff 24 aus einem thermisch hoch belastbaren Werkstoff, beispielsweise GJS SiMo 5.1 -Gusseisen. Der Nickelgehalt des Werkstoffs liegt zudem unter 10% und vorzugsweise unter 8%. Grundsätzlich können jedoch auch unterschiedliche Werkstoffpaarungen vorgesehen sein.
Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung das in Fig. 1 gezeigte Detail Il in einer zweiten Variante für ein weiteres Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum in Fig. 2
gezeigten Ausführungsbeispiel mit der ersten Variante umfasst vorliegend keines der Teilgehäuse 16a, 16b einen abragenden Oberflächenbereich 22. Zum Verschweißen der beiden Teilgehäuse 16a, 16b weist das zweite Teilgehäuse 16b eine ringförmig umlaufende Nut 26 auf, in welcher der vorliegend bandförmig ausgebildete Zusatzwerkstoff 24 vor dem Positionieren der beiden Teilgehäuse 16a, 16b angeordnet wird. In der Nut 26 kann auch ein drahtförmig ausgebildeter Zusatzwerkstoff positioniert sein.
Das erste Teilgehäuse 16a weist zudem eine Ausnehmung 28 auf, mittels welcher ein Teil des beim Verschweißen sich verflüssigenden Zusatzwerkstoffs 24 aufgenommen werden kann, um ein Verlaufen zu verhindern. Dabei kann vorgesehen sein, dass zusätzlich eine Verschweißung gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel vorgenommen wird. Die Ausnehmung 28 kann ebenso im zweiten Teilgehäuse 16b angeordnet sein. Weiterhin eignet sich die Ausnehmung 28 dazu Schmutzpartikel, beim Zusammenfügen der Teilgehäuse 16a, 16b entstehenden Partikel oder ähnliches aufzunehmen.
Ebenso ist es möglich die Teilgehäuse 16a, 16b ohne Zusatzwerkstoff mit Hilfe von beispielsweise einem Elektronenstrahlschweißverfahren oder auch einem Laserschweißverfahren mit Strahlquellen hoher Brillanz, beispielsweise Faserlaser, CO 2 - Laser oder Scheibenlaser, zu verschweißen. Mit diesen Strahlquellen ist es möglich parallele und schmale Nähte herzustellen deren Gefüge neben einem martensitischen Anteil auch einen genügend hohen restaustenitischen Anteil aufweisen.
Next Patent: SECURITY ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME