DE10050158A1 - Bauteilverbindung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Bauteilverbindung zwischen einem Abgaskrümmer und einem im Abgaswege eines Fahrzeugmotors liegenden Abgasturbolader beschrieben, bei der der Abgaskrümmer und ein Gehäuse des Abgasturboladers ineinander gesteckt sind und in einem Bereich einer sich dadurch gebildeten Verbindung miteinander verschweißt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bauteilverbin­ dung zwischen einem Abgaskrümmer und einem im Abgaswege eines Fahrzeugmotors liegenden Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der Praxis allgemein bekannte Abgasturbolader nutzen die sonst verlorene Strömungsenergie der Abgase, um Frischgase in die Zylinder zu fördern. Ein Abgasturbolader weist in einem Abgasturboladergehäuse im wesentlichen einen Kompressor und eine Turbine auf, die miteinander üblicherweise über eine Wel­ le verbunden sind. Beim Betrieb des Fahrzeuges werden die Ab­ gase in Form von Druckwellen derart genutzt, daß sie zu der Turbine geleitet werden, wobei sie diese und damit auch die Welle antreiben. Über die Welle wird dann der Kompressor ange­ trieben, der dazu eingesetzt wird, die dem Motor zugeführte Ansaugluft vorzuverdichten, also in den Motorraum zu pressen.

Ein solcher Abgasturbolader ist wiederum mit einem Abgaskrüm­ mer verbunden, um die Abgase aus dem Motorraum herauszuleiten.

Bezüglich der Verbindung zwischen Abgaskrümmer und Abgasturbo­ ladergehäuse ist es aus der Praxis bekannt, den Abgaskrümmer und das Abgasturboladergehäuse aus einem Gußstück herzustel­ len.

Um jedoch das Abgasturboladergehäuse und den Abgaskrümmer aus einem Gußteil zu fertigen, ist der Vorgang des Gießens relativ aufwendig, da komplizierte Gießformen erzeugt werden müssen. Darüber hinaus hat es sich auch als nachteilig erwiesen, daß für unterschiedliche Fahrzeugmodelle in der Regel auch das Gußteil Abgasturbolader-Abgaskrümmer vollständig anders ge­ formt sein muß und daher das gesamte Teil jeweils in einem ge­ sonderten Verfahren hergestellt werden muß.

Somit handelt es sich hierbei natürlich um eine sehr kostenin­ tensive Lösung, weil die Werkzeugkosten sehr hoch liegen, für jeden Fahrzeugtyp eine andere Gestaltung der Bauteilkombina­ tion notwendig ist, und bei einer Reparatur immer der Abgas­ krümmer gemeinsam mit dem Abgasturboladergehäuse ausgetauscht werden muß.

Eine andere Möglichkeit der Verbindung dieser Bauteile, wobei der Abgaskrümmer und das Abgasturboladergehäuse gesondert her­ gestellt und danach sehr fest und dicht miteinander verbunden werden, stellt die ebenfalls aus der Praxis bekannte stirnsei­ tige Bauteilverbindung dar.

Eine stirnseitige Bauteilverbindung zwischen einem Abgaskrüm­ mer und einem im Abgaswege eines Fahrzeugmotors liegenden Ab­ gasturboladers wird z. B. geschaffen, indem die einander gegen­ überliegenden Stirnseiten der zu verbindenden Bauteile über Verschraubungen verspannt werden, die jeweils durch einen in eines der Bauteile einschraubbaren Schraubstift und eine gegen einen eine stirnseitige Verbreiterung bildenden Flansch abge­ stützte Spannmutter gebildet sind.

Diese an einen Abgaskrümmer stirnseitig angeschraubten Abgas­ turbolader weisen jedoch den Nachteil auf, daß bei Verwendung von Stiftverschraubungen häufig die Zugänglichkeit zu den auf den = = freien Enden der Stifte aufzuschraubenden Muttern schwie­ rig ist. Insbesondere ist eine Maschinenzugänglichkeit häufig nicht gegeben, so daß die Schraubverbindungen in herkömmlicher Weise manuell auch in der Serienproduktion hergestellt werden müssen. Dies ist unerwünscht, im Rahmen der Serienproduktion zu zeitaufwendig und darüber hinaus auch störend.

Die deutsche Patentschrift DE 196 45 384 löst dieses Problem dadurch, daß der Flansch für den Abgaskrümmer sich lediglich über einen Teil von dessen Umfang erstreckt, wobei von mehre­ ren Verschraubungen wenigstens eine entgegengesetzt zu den an­ deren angeordnet ist, und zwar derart, daß sie mit ihrem Schraubstift in den flanschlosen Teil des Abgaskrümmers einge­ schraubt ist und sich mit ihrer Mutter gegen den Flansch des Abgasturboladers abstützt.

Bei einer solchen stirnseitigen Bauteilverbindung verbleibt jedoch der Nachteil, der auch allen anderen stirnseitigen Bau­ teilverbindungen anhaftet, daß ein erhöhter Platzbedarf not­ wendig wird, da die Flansche zum einen am Krümmer und zum an­ deren am Abgasturbolader angebracht sein müssen und z. B. je­ weils 8 mm bis 10 mm zusätzlichen Bauraum beanspruchen. Der Abgasturbolader muß dabei um die Höhe der Flansche versetzt angeordnet werden, wodurch das ganze Bauteil verlängert wird.

Um das Bauteil wieder entsprechend verkürzen zu können, gab es in der Praxis auch Versuche, die Turbine des Abgasturboladers in den Abgaskrümmer zu integrieren, um dadurch Platz einsparen zu können.

Eine solche Ausgestaltung erfordert jedoch einen erheblichen konstruktiven Aufwand und ist daher mit hohen Kosten, insbe­ sondere auch bei der Montage, verbunden.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bauteilverbindung zwischen einem Abgaskrümmer und einem Gehäuse eines Abgasturboladers bereitzustellen, die möglichst wenig zusätzlichen Bauraum im Fahrzeug erfordert und dennoch kostengünstig und einfach herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Bauteilverbindung der eingangs näher bezeichneten Art durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Es wird nun also eine Verbindung der Bauteile Abgaskrümmer und Abgasturbolader derart vorgeschlagen, daß der Abgaskrümmer und ein Gehäuse des Abgasturboladers ineinander gesteckt sind und in einem Bereich einer sich dadurch gebildeten Verbindung mit­ einander verschweißt sind.

Eine solche Bauteilverbindung ist sehr einfach bereitzustel­ len, da keine aufwendige Verschraubung notwendig ist. Vorteil­ hafterweise sind im Vergleich zu den mit Verschraubungen ver­ sehenen Bauteilverbindungen hier auch weniger maßgenaue Berei­ che an den Verbindungsstellen der Bauteile herzustellen.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß der Abgaskrümmer und der Abgasturbolader bzw. dessen Gehäuse als verschiedene Bauteile ausgebildet sind, denn damit ist eine größere Varia­ bilität bei verschiedenen Fahrzeugtypen möglich. In der Praxis bedeutet dies, daß bei konstruktiven Änderungen, welche nur eines der Bauteile Abgaskrümmer oder Abgasturbolader betref­ fen, nicht zwangsläufig die gesamte Baueinheit verändert wer­ den muß. Vielmehr ist es ausreichend, eine z. B. für einen neu­ en Fahrzeugtyp erforderliche Abänderung bei nur einem Bauteil vorzunehmen, während das andere belassen werden kann. Dies hat auch erhebliche Vorteile im Reparaturbetrieb, da die vorgehal­ tenen Ersatzteile bei Modelländerungen nicht vollständig aus­ gewechselt werden müssen und die Kosten bei der Lagerhaltung, aber auch bei der Reparatur selbst deutlich gesenkt werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung ist der Abgasturbolader aus Stahlguß ausgebildet. Wenn auch der Abgaskrümmer aus Stahlguß ausgebildet ist, so ist ein einfaches Verschweißen der beiden Bauteile miteinander mög­ lich, da Stahlguss sehr einfach und genau schweißbar ist.

Bei einer derartigen Ausgestaltung müssen der Abgasturbolader und der Abgaskrümmer nicht unbedingt aus demselben Material ausgebildet sein. So könnte es beispielsweise sein, daß der Krümmer, an den keine so hohen Werkstoffanforderungen gestellt werden, aus einem billigeren Material, wie einem Stahlguß ge­ ringerer Güte, hergestellt wird, und der Abgasturbolader aus einem hochwertigeren Stahl gegossen wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen­ standes der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bau­ teilverbindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung prinzipmäßig näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt dabei schematisch die Ver­ bindung zwischen einem Abgaskrümmer und einem Gehäuse eines Abgasturboladers in einer Seitenansicht, wobei der Bereich der Verbindung selbst teilweise geschnitten dargestellt ist.

In der Figur ist ein Abgasturbolader 1 und ein mit diesem ver­ bundener Abgaskrümmer 2 dargestellt, welche über eine Bauteil­ verbindung 3 miteinander verbunden sind und in einem nicht weiter dargestellten Abgasweg eines Fahrzeuges angeordnet sind.

Von dem teilweise dargestellten Abgasturbolader 1, dessen Drehachse 4 senkrecht zur Zeichenebene steht, ist in der ge­ zeigten stirnseitigen Ansicht im wesentlichen nur ein Gehäuse 6 eines Turbinenrades sichtbar. Koaxial zu dem Gehäuse 6 des Turbinenrades, und damit hier weitestgehend verdeckt, liegt ein Verdichterrad mit zugehörigem Gehäuse, von dem aus ein An­ saugstutzen 5 nach oben ragt, über den die Verbindung zur Saugseite eines nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors des Fahrzeugs hergestellt wird.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird von üblichen An- und Einbauverhältnissen ausgegangen, die insbesondere bei be­ reits in das Fahrzeug eingebautem Motor oft schwierig sind, da die Zugänglichkeit der Teile unter den gegebenen beengten Raumverhältnissen nur eingeschränkt möglich ist. So ist es insbesondere problematisch, wenn Motoren im Rahmen der Lei­ stungssteigerung oder von Modellpflegemaßnahmen erst nachträg­ lich mit Abgasturboladern ausgestattet werden. Vor dem Hinter­ grund dieser schwierigen Einbauverhältnisse ist das in der Fi­ gur dargestellte Ausführungsbeispiel zu sehen.

Betrachtet man die Bauteilverbindung 3 näher, so ist ersicht­ lich, daß das Gehäuse 6 des Turbinenrades einen in Richtung des Abgaskrümmers 2 ragenden Stutzen 7 aufweist. In diesen Stutzen 7 ist ein Anschlußstutzen 8 des Abgaskrümmers 2 einge­ steckt, wobei der Anschlußstutzen 8 mit einem Absatz ausgebil­ det ist, um auf dem Stutzen 7 des Abgasturboladers 1 stirnsei­ tig zur Anlage zu kommen.

In einer alternativen Ausgestaltung zu dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel wäre es jedoch auch denkbar, daß der Stutzen des Abgasturboladers in den Anschlußstutzen des Abgaskrümmers ge­ steckt wird und die Stutzen hierfür entsprechend ausgebildet sind.

Werden nun gemäß der gezeigten Ausführungsform der Stutzen 7 des Abgasturboladers 1 und der Anschlußstutzen 8 des Abgas­ krümmers 2 ineinandergesteckt, wird danach durch Aufbringen einer Schweißnaht 9 von außen die Bauteilverbindung 3 herge­ stellt. Durch die Verschweißung wird zwischen den beiden Tei­ len, nämlich dem Abgasturbolader 1 und dem Abgaskrümmer 2, ei­ ne hochfeste dauerhafte Verbindung geschaffen, die nicht nur sehr dicht ist, sondern auch bei höheren Temperaturen von z. B. 1100°C, wie sie in diesem Bereich häufiger auftreten, bestän­ dig ist.

Um die Schweißnaht 9 besonders einfach gestalten zu können, sollten der Abgasturbolader 1 und/oder der Abgaskrümmer 2 zu­ mindest im Bereich ihrer Verbindung 3 aus einem gut schweißba­ ren Material gebildet sein.

Dabei hat es sich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest die Stutzen oder insgesamt sowohl der Abgastur­ bolader 1 als auch der Abgaskrümmer 2 aus einem Stahlguß ge­ bildet sind. Vorliegend ist der Abgasturbolader 1 aus einem hochwertigeren Stahlguß gebildet ist, der höheren Werkstoffan­ forderungen genügt, während der Abgaskrümmer 2 aus einem ko­ stengünstigeren Stahlguß gebildet ist.

Dadurch, daß der Abgaskrümmer 2 und der Abgasturbolader 1 bei einer erfindungsgemäßen Bauteilverbindung 3 als getrennte Bau­ teile gegossen werden, sind für die Herstellung dieser wenig Kerne beim Gießen notwendig, was insbesondere aus prozeßökono­ mischen Gründen, z. B. auch hinsichtlich eines geringen Aus­ schusses, und damit auch aus Kostengründen sehr vorteilhaft ist.

Claims (5)

1. Bauteilverbindung zwischen einem Abgaskrümmer und einem im Abgaswege eines Fahrzeugmotors liegenden Abgasturbolader, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskrümmer (2) und ein Gehäuse (6) des Abgastur­ boladers (1) ineinander gesteckt sind und in einem Bereich einer sich dadurch gebildeten Verbindung (3) miteinander verschweißt sind.

2. Bauteilverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskrümmer (2) einen Anschlußstutzen (8) auf­ weist, der über die Verbindung (3) mit einem Stutzen (7) an einem Gehäuse (6) eines Turbinenrades des Abgasturboladers (1) dauerhaft verbunden ist.

3. Bauteilverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) des Abgasturboladers (1) zumindest im Bereich der Verbindung (3) aus einem Stahlguß gebildet ist.

4. Bauteilverbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskrümmer (2) zumindest im Bereich der Verbin­ dung (3) aus einem Stahlguß gebildet ist.

5. Bauteilverbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest im Bereich der Verbindung (3) des Abgas­ turboladers (1) verwendete Stahlguß eine höhere Güte auf­ weist als der zumindest im Bereich der Verbindung (3) des Abgaskrümmers (2) verwendete Stahlguß.