Abgasturbolader mit optimiertem akustischen Verhalten

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Lagergehäuse, einer drehbar im Lagergehäuse mit Hilfe einer Lagereinheit gelagerten Welle, die ein Verdichterrad und ein Turbinenrad aufweist, einem das Turbinenrad aufnehmenden Turbinengehäuse, und einer Befestigungseinrichtung zwischen Lagergehäuse und Turbinengehäuse, die eine axiale Verspannung beider Gehäuse miteinander bewirkt.

Ein derartiger Abgasturbolader ist bekannt. Lagergehäuse und Turbinengehäuse sind hierbei in der Regel über Schraubver bindungen oder eine entsprechende Verspannung aneinander be festigt. Die im Lagergehäuse untergebrachte Lagereinheit für die Welle weist in der Regel zwei im Abstand zueinander angeordnete Radiallager und ein Axiallager auf. Bei den Radiallagern kann es sich um Gleitlager, Wälzlager u. dgl . handeln.

Das klassische Radiallagersystem eines derartigen Abgastur boladers eines modernen Verbrennungsmotors, das typischerweise als Gleitlager mit Schwimmbuchse ausgebildet ist, erzeugt aufgrund seines hydrodynamischen Verhaltens akustische

Schwingungen. Diese Anregungen, welche durch den Abgasturbolader erzeugt werden, der als Schwingungsquelle dient, werden durch seine Anbauteile, insbesondere die Abgasanlage, verstärkt und werden somit im Nahfeld des entsprechenden PKWs als vibroa- kustische Phänomene wahrgenommen. Aufgrund zunehmend leiserer Antriebsaggregate werden diese Schwingungen, welche z. B. als Unwucht-Pfeifen (initiiert durch die Unwucht des Rotorsystems) und Konstantton (initiiert durch Instabilitäten der Schmier filmlagerung) bekannt sind, als sehr störend empfunden. Das akustische Problem kann durch geeignete Auslegung der Schwimmbuchsen-Gleitlagerung gelöst werden. Dabei hat man die oben beschriebenen akustischen Phänomene reduziert, indem Instabilitäten im Schmierfilm der Lagerung gezielt beeinflusst wurden. Die akustische und die robustheitstechnische Optimierung eines Radiallagers stehen jedoch im technischen Konflikt. Somit führt eine Reduzierung der akustischen Schwingungen zu einer Verschlechterung in Bezug auf Robustheit und damit Haltbarkeit bzw. Lebensdauer.

Das Unwucht-Pfeifen kann durch eine Reduktion des Unwuchtlevels reduziert werden. Dieser Prozess ist jedoch in einer Serien produktion sehr teuer und aufwändig. Die Nachhaltigkeit dieser Maßnahme hängt vom Betriebsverhalten des Rotorsystems in Bezug auf Unwuchtveränderungen ab.

Alternativ können die oben beschriebenen Geräuschprobleme mittels Optimierung des Transferpfades, d. h. des Energie übertragungspfades von der Schwingungsquelle zum Empfänger, reduziert werden. Diese Maßnahmen sind jedoch sehr teuer und liegen üblicherweise nicht im Verantwortungsbereich des Ab gasturbolader-Herstellers .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgasturbolader vorzusehen, der ein besonders gutes akustisches Verhalten besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Abgasturbolader der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass an der

Schnittstelle zwischen beiden Gehäusen mindestens ein

Schwingungsdämpfungselement in Form eines aus mehreren be nachbarten Schichten eines gewellten Drahtgewebes, -gewirkes oder -geflechtes zusammengesetzten Korpus verspannt ist. Die erfindungsgemäße Lösung des vorstehend beschriebenen Schwingungsproblems betrifft eine Optimierung des akustischen Übertragungspfades. Die eigentliche Schwingungsquelle, nämlich das Lagersystem des Abgasturboladers, wird hierbei nicht verändert .

Erfindungsgemäß werden das Lagergehäuse, welches zusammen mit dem Lagersystem die eigentliche Schwingungsquelle darstellt, und das Turbinengehäuse, worüber die Schwingungsenergie ins Ab gassystem geleitet wird, mit Hilfe von mindestens einem

Schwingungsdämpfungselement entkoppelt. Dabei wird erfin dungsgemäß dafür gesorgt, dass das Turbinengehäuse und La gergehäuse nur über das mindestens eine Schwingungsdämp fungselement miteinander in Kontakt stehen und ansonsten kein direkter Kontakt der zueinander benachbarten Flächen besteht (abgesehen von den eigentlichen Befestigungselementen) .

Das erfindungsgemäß eingesetzte mindestens eine Schwingungs dämpfungselement ist als aus mehreren benachbarten Schichten eines gewellten Drahtgewebes, -gewirkes oder -geflechtes zu sammengesetzter Korpus ausgebildet, der zwischen dem Lager gehäuse und dem Turbinengehäuse angeordnet und dort verspannt ist. Die äußere Form des Schwingungsdämpfungselementes spielt dabei für die Erfindung nur eine untergeordnete Rolle, so dass das Schwingungsdämpfungselement beispielsweise als Block, Scheibe, aufgerolltes Element oder Hohlzylinder ausgebildet sein kann. Wesentlich ist, dass sich der Korpus aus mehreren Schichten eines gewellten Drahtgebildes zusammensetzt, bei dem es sich beispielsweise um ein gewebtes, gewirktes oder geflochtenes Gebilde handeln kann. Wesentlich ist ferner, dass das Draht gebilde eine Wellung aufweist, so dass benachbarte Schichten des Drahtgebildes vorwiegend über die entsprechenden Wellenberge in Kontakt miteinander stehen und somit dazwischen entsprechende Freiräume vorhanden sind. Aufgrund der Reibung des Drahtgebildes werden die vom Lagergehäuse kommenden Schwingungen gedämpft, wodurch die auf das Turbinengehäuse übertragene Schwingungs energie reduziert wird. Dadurch wird letztendlich der Ener gieeintrag ins Abgassystem herabgesetzt, wodurch die vibroa- kustischen Phänomene im Nahfeld des PKW und damit die Ge räuschprobleme verringert werden können.

Erfindungsgemäß wird somit mindestens ein Schwingungsdämp fungselement an der Schnittstelle Lagergehäuse/Turbinengehäuse zur Dämpfung der im Lagersystem erzeugten Schwingungen im plementiert. Dabei wird das Schwingungsdämpfungselement vor zugsweise so ausgebildet, dass eine Temperaturbeständigkeit bis ca. 350°C gegeben ist.

Wie bereits vorstehend erwähnt, spielt die Form des Schwin gungsdämpfungselementes für den erfindungsgemäßen Effekt nur eine untergeordnete Rolle. So kann das Schwingungsdämpfungs element beispielsweise als Vollelement oder Hohlelement aus gebildet sein und in Kombination mit entsprechenden Befesti gungsarten oder Befestigungselementen eingesetzt werden. Die Erfindung ist nicht auf spezielle Befestigungsarten der beiden Gehäuse beschränkt. Beispielsweise können diese miteinander verschraubt oder verklemmt sein.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist das Schwingungsdämpfungselement als Hohlzylinder ausgebildet. Hierbei kann es ein Befestigungselement zwischen den Gehäusen umgeben, wobei sich beispielsweise eine Schraube durch das hohlzylindrisch ausgebildete Schwingungsdämpfungselement er strecken kann. Das als Hohlzylinder ausgebildete Schwin gungsdämpfungselement umgibt dabei die Schraube und stützt sich mit seinen beiden Ringflächen (Stirnflächen) an den beiden Gehäusen ab, wobei durch die Schraubverbindung die gewünschte axiale Verspannung des Schwingungsdämpfungselementes erreicht wird, die die Umwandlung der Schwingungsenergie in Reibung zwischen den einzelnen Schichten des Dämpfungselementes erzeugt.

Das mindestens eine Schwingungsdämpfungselement kann bei spielsweise in einer Ausnehmung im Lagergehäuse und/oder Turbinengehäuse angeordnet sein. Bei einer anderen Ausfüh rungsform ist das Schwingungsdämpfungselement zwischen zwei ebenen Endflächen des Lagergehäuses und Turbinengehäuses an geordnet. In beiden Fällen wird erreicht, dass die beiden Gehäuse, abgesehen von den Befestigungselementen, nur über das Schwingungsdämpfungselement oder die Schwingungsdämpfungs elemente miteinander in Kontakt stehen, so dass eine Schwin gungsübertragung im Wesentlichen nur über die Dämpfungselemente erfolgen kann.

Die Lagereinheit des Lagergehäuses weist vorzugsweise zwei Radiallager auf, die in bekannter Weise ausgebildet sein können, beispielsweise als Gleitlager mit Schwimmbuchse, als Wälzlager etc .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen :

Figur 1 einen schematischen Teilschnitt durch einen Abgas turbolader;

Figur 2 eine Detailansicht im Schnitt einer Befestigungs stelle zwischen Lagergehäuse und Turbinengehäuse;

Figur 3 eine räumliche Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Schwingungsdämpfungselementes; und Figur 4 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Schwingungsdämpfungselementes .

Der in Figur 1 schematisch dargestellte Abgasturbolader besitzt ein Lagergehäuse 1, in dem eine Welle 3 mit Hilfe einer La gereinheit drehbar gelagert ist. Am Ende der Welle befindet sich ein Turbinenrad 5, das Teil einer Turbine des Turboladers bildet, welche ein Turbinengehäuse 2 aufweist. Das am anderen Ende der Welle 3 angeordnete Verdichterrad ist hier nicht dargestellt.

Die Lagereinheit umfasst zwei als Gleitlager mit Schwimmbuchse ausgebildete Radiallager 4, die im Abstand voneinander ange ordnet sind. Weitere Einzelheiten des Lagergehäuses 1 sind hier nicht dargestellt.

Zwischen Lagergehäuse 1 und Turbinengehäuse 2 befindet sich ein Hitzeschild 6.

Lagergehäuse 1 und Turbinengehäuse 2 weisen mehrere entlang ihres Umfangs angeordnete Befestigungsstellen 7 auf, an denen beide Gehäuse miteinander verschraubt sind. Ein Detail einer der artigen Befestigungsstelle 7 ist in Figur 2 schematisch im Schnitt dargestellt. Zur Befestigung dient eine Schraube 9, durch die die beiden Gehäuse 1,2 gegeneinander gepresst werden. Um die Schraube an der Schnittstelle zwischen den beiden Gehäusen erstreckt sich ein hohlzylindrisches Schwingungsdämpfungs element 8, das sich aus mehreren aufgewickelten gewellten Schichten 11 eines Drahtgeflechtes zusammensetzt. Die ent sprechenden Wellungen sind in Figur 3 schematisch bei 10 an gedeutet. Das hohlzylindrische Schwingungsdämpfungselement 8 stützt sich mit seinen beiden ringförmigen Stirnflächen am Lagergehäuse 1 und Turbinengehäuse 2 ab und wird durch die Verschraubung axial zusammengepresst. Hierdurch wird die durch die Lagereinheit des Lagergehäuses erzeugte Schwingungsenergie nur in reduziertem Maße auf das Turbinengehäuse übertragen, so dass der Energieeintrag ins Abgassystem herabgesetzt wird. Entsprechende Geräuschprobleme werden verringert. Bei der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich somit ein Befestigungselement durch das hohlzylindrisch ausgebildete Schwingungsdämpfungselement 8. Figur 4 zeigt ein Schwingungsdämpfungselement 20, das hierbei als blockförmiges Vollelement ausgebildet ist und aus mehreren gewellten Schichten 21 eines Drahtgeflechtes besteht. Derartige blockförmige

Schwingungsdämpfungselemente können beispielsweise in einem geeigneten Abstand von Befestigungselementen zwischen Lager gehäuse und Turbinengehäuse angeordnet sein. Eine entsprechende Fixierung der Dämpfungselemente kann durchgeführt sein, um eine radiale Bewegung derselben zu verhindern. Auch hier werden die Schwingungsdämpfungselemente axial zusammengepresst, so dass der entsprechende Dämpfungseffekt erzielt wird.