DE102007048852B4

DE102007048852B4 - Verdichtergehäuse für den Verdichter eines Turboladers und Verfahren zur Herstellung eines solchen Verdichtergehäuses

Info

Publication number: DE102007048852B4
Application number: DE102007048852.3A
Authority: DE
Inventors: Jost Schneider
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: DE102007048852A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verdichtergehäuse für den Verdichter eines Turboladers, insbesondere für einen Radialverdichter, umfassend ein einstückiges Gehäuseteil oder mehrere miteinander verbundene Gehäuseteile und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verdichters. Es wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Gehäuseteile (11, 12) des Verdichtergehäuses ein integriertes Verbundteil ist, das ein in eine Kunststoffummantelung (15, 16) eingebettetes Metallgerüst (13, 14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdichtergehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 für den Verdichter eines Turoboladers und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verdichtergehäuses gemäß den Ansprüchen 2 und 3.
Bekanntlich bestehen Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen von Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Großmotoren aus zwei Strömungsmaschinen: einer Turbine und einem Verdichter, die auf einer gemeinsamen Welle angebracht sind. Die Turbine nutzt die im Abgas enthaltene Energie zum Antrieb des Verdichters, der Frischluft ansaugt und vorverdichtete Luft den Zylindern der Brennkraftmaschine zuführt. Die am Markt vorhandenen Turbolader verwenden im Allgemeinen Verdichtergehäuse aus Aluminium-Metallguss. Diese Verdichtergehäuse sind jedoch relativ schwer und können nur aufwendig an die geforderte Funktionalität angepasst werden. Derartige Gehäuse werden in der DE 27 06 110 A1 beschrieben, wobei angemerkt wird, dass die Gehäuse gegebenenfalls aus Kunststoff bestehen können, insbesondere wenn eine eingegossene oder übergeschobene Verstärkung für die Wand des Verdichtergehäuses vorgesehen wird.
Aus der DE 101 12 764 A1 ist darüber hinaus ein Verdichtergehäuse bekannt, das aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht und in einer Gießform aus einer Metalllegierung mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt wird. Die Gießform wird nach der Herstellung des Verdichtergehäuses ausgeschmolzen. Aufgrund des Verlustes der Gießform ist dieses Verfahren relativ aufwendig und teuer und setzt die Verwendung spezieller Materialien voraus.
Aus der DE 103 14 209 B3 ist ein Verdichtergehäuse für einen Radialverdichter eines Turboladers bekannt, das zwei aus einem duroplastischen Kunststoff gespritzte Gehäuseteile aufweist, die einen gemeinsamen Zwischenraum aufweisen, der mit einem fließfähigen Verbundstoff zur Bildung eines festen Verbundes der beiden Gehäuseteile aufgefüllt wird. Aufgrund der Ausbildung eines später aufzufüllenden Zwischenraums ist das Herstellungsverfahren relativ aufwendig.
Das erfindungsgemäße Verdichtergehäuse für Verdichter eines Turboladers mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verdichtergehäusen aus Kunststoff den Vorteil auf, dass im Falle einer Beschädigung der Verdichterschaufeln des Verdichterrades verhindert wird, dass sich ablösende Verdichterschaufeln durch den Kunststoff des Verdichtergehäuses nach außen dringen und dort andere Bauteile beschädigen können. Dies wird durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht. Die Kombination von Kunststoffummantelung und Metallgerüst ermöglicht vorteilhaft die Herstellung eines relativ leichten Verdichtergehäuses, das zugleich sehr zuverlässig gegen den Austritt sich ablösender Verdichterschaufeln geschützt ist.
Das Metallgerüst mit dreidimensionaler Gitterstruktur ist besonders vorteilhaft. Durch die vollständig in den Kunststoff eingebettete Gitterstruktur wird vorteilhaft erreicht, dass die für die Strömungsverhältnisse relevanten Strukturen an den Innenwänden des Verdichtergehäuses in einem gut beherrschten Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt werden können. Die in den Kunststoff eingebrachte Gitterstruktur erhöht die Robustheit und Widerstandsfähigkeit des integrierten Verbundteiles gegenüber mechanischen Beschädigungen.
Verdichtergehäuse weisen in der Regel einen Lufteinlass, einen Luftauslass und einen den Lufteinlass mit dem Luftauslass verbindenden Strömungskanal auf. Obwohl es möglich ist, dass das Metallgerüst die gesamte Kontur des Verdichtergehäuses nachbildet, ist es ausreichend, wenn das in die Kunststoffummantelung eingebettete Metallgerüst wenigstens denjenigen Abschnitt des Strömungskanals umgibt, der zur Aufnahme eines Verdichterrades vorgesehen ist.
Zur Vereinfachung der Fertigung ist es vorteilhaft, dass das Verdichtergehäuse zwei separate Gehäuseteile, insbesondere zwei Gehäusehalbschalen aufweist, wobei jedes der beiden Gehäuseteile als integriertes Verbundteil ausgebildet ist, das ein mit Kunststoff umspritztes Metallgerüst aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem hier beispielsweise zweiteilig aufgebauten Verdichtergehäuse aus zwei integralen Verbundteilen,
2 eine Ansicht eines Turboladers mit einem Verdichtergehäuse mit der angedeuteten Kontur eines Metallgerüsts.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Schnitt durch einen Verdichter 1 eines Abgasturboladers für ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verdichtergehäuses. Der Verdichter 1 kann beispielsweise an einem nicht dargestellten Lagergehäuse des Turboladers festgelegt werden und umfasst in bekannter Weise ein Verdichtergehäuse, in dem ein Verdichterrad 2 mit Schaufeln 3 an einer Welle 4 drehbar gelagert ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich beispielsweise um einen Radialverdichter. Natürlich sind auch andere Verdichterarten möglich. Das Verdichtergehäuse ist beispielsweise zweiteilig aus einem ersten Gehäuseteil 11 und einem damit über Verbindungsmittel 20 verbundenen zweiten Gehäuseteil 12 aufgebaut. Es ist aber auch möglich, das Verdichtergehäuse einteilig aus nur einem einzigen Gehäuseteil oder aus mehr als zwei Gehäuseteilen zu fertigen. An dem in 1 dargestellten ersten Gehäuseteil 11 ist in bekannter Weise ein Lufteinlass 5 und ein Luftauslass 6 ausgebildet. Zwischen dem ersten Gehäuseteil 11 und dem zweiten Gehäuseteil 12 ist ein Strömungskanal 7 ausgebildet, durch den die in den Lufteinlass 5 eingetretene Luft an den Schaufeln 3 des Verdichters 2 vorbei in radialer Richtung in einen umlaufenden Kanal und von dort zum Luftauslass 6 strömt.
Das erste Gehäuseteil 11 und das zweite Gehäuseteils 12 bestehen aus Kunststoff und weisen jeweils ein Metallgerüst 13, 14 auf. Zur Herstellung der Gehäuseteile 11, 12, beispielsweise des Gehäuseteils 11, wird zunächst das Metallgerüst 13 hergestellt. Prinzipiell sind unterschiedliche Ausführungsformen für das Metallgerüst vorstellbar. Das Metallgerüst sollte derart beschaffen sein, dass es in einem späteren Spritzgussverfahren mit Kunststoff umspritzt werden kann. Wie in 2 zu erkennen ist, weist das Metallgerüst 13 beispielsweise Längsstreben 13a und damit verbundene Querstreben 13b auf, die eine dreidimensionale Gitterstruktur bilden, welche an die Kontur des noch zu bildenden Gehäuseteils 11 angepasst ist. Zu diesem Zweck kann das Metallgerüst 13 entsprechend der bekannten Kontur des herzustellenden Gehäuseteils gebogen werden. Anstelle eines Gitters als Metallgerüst kann aber auch eine Streifenstruktur, ein gewickelter Draht oder ein mit Ausstanzungen versehenes Metallblech oder etwas Ähnliches verwandt werden. Im Folgenden werden alle möglichen Strukturen unter dem Begriff Metallgerüst zusammengefasst.
Das vorgefertigte Metallgerüst 11 wird anschließend in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt und mit Kunststoff umspritzt, so dass das Metallgerüst 13 in eine Kunststoffummantelung 15 eingebettet wird. Es ist möglich das Metallgerüst 13 vollständig oder teilweise in die Kunststoffummantelung einzubetten. Wie in 1 zu erkennen ist, entsteht durch den Spritzgussprozess ein integriertes Verbundteil aus einem Kunststoffkörper, in dem sich das Metallgerüst 13 befindet. Das zweite Gehäuseteil 12 wird in gleicher Weise unter Verwendung einer anderen Spritzgussform hergestellt. Nach der Herstellung können beide Gehäuseteile 11, 12 miteinander verbunden werden.
Wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Metallgerüst 13, 14 über die gesamte Ausdehnung des zugehörigen Gehäuseteils 11, 12 oder nur abschnittsweise in dieses eingebracht werden. Beispielsweise ist es möglich, dass das in die Kunststoffummantelung 15 eingebettete Metallgerüst 13 nur denjenigen Abschnitt des Strömungskanals 7 umgibt, der zur Aufnahme des Verdichterrades 2 vorgesehen ist. In diesem Fall kann das Metallgerüst 13 kleiner ausgebildet werden. Weiterhin ist es auch möglich, nur in dem ersten Gehäuseteil 11 das Metallgerüst 13 vorzusehen und das zweite Gehäuseteil 12 als reines Kunststoffteil auszubilden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Verdichterrad 2 allseitig von einem Metallgerüst umgeben ist, so dass bei einem Ablösen der Verdichterschaufeln 3 vermieden wird, dass die Verdichterschaufeln das Kunststoffgehäuse in irgendeiner Richtung durchstoßen. Natürlich ist es auch möglich, das Verdichtergehäuse aus mehr als zwei Gehäuseteilen herzustellen, wobei nicht in jedes der Gehäuseteile ein Metallgerüst eingebracht werden muss. Weiterhin ist es auch möglich, das Metallgerüst nur teilweise in die Kunststoffummantelung einzubetten. Dadurch, dass das Gehäuseteil oder die Gehäuseteile als Verbundteile gefertigt werden, ist es besonders vorteilhaft möglich, alle Freiheitsgrade der Spritzgusstechnik zur Herstellung von Strömungsgeometrien an der Innenseite des Strömungskanal auszuschöpfen. Darüber hinaus können auch die Befestigungsmittel 20 in den Kunststoff integriert werden und dort zum Beispiel in Form von Rastmitteln ausgebildet werden.

Claims

Verdichtergehäuse eines ein Verdichterrad (2) sowie einen Strömungskanal mit zentralem Lufteinlass (5) aufweisenden Verdichters (1) eines Turboladers, im Wesentlichen bestehend aus Kunststoff, wobei ein Gehäuseteil (11, 12) ein eingebettetes Metallgerüst (13, 14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse zwei separate Gehäuseteile (11, 12) aufweist, die als zwei Gehäusehalbschalen ausgebildet sind, wobei jedes der beiden Gehäuseteile (11, 12) ein integriertes Verbundteil mit einem mit Kunststoff umspritzten Metallgerüst (13, 14) bildet, wobei das Metallgerüst (13) der lufteinlassseitigen Gehäusehalbschale (11) in die Wandlung des Lufteinlasses (5) hinein erstreckt ist, und dass das Metallgerüst (13, 14) eine dreidimensionale Gitterstruktur mit Längsstreben (13a) und damit verbundenen Querstreben (13b) aufweist und den zur Aufnahme des Verdichterrades (2) vorgesehenen Abschnitt des Strömungskanals (7) umgibt.
Verfahren zur Herstellung eines Verdichtergehäuses für den Verdichter eines Turboladers, insbesondere eines Radialverdichters, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen wenigstens eines Metallgerüstes (13) mit Kontur, die zumindest teilweise an die Kontur eines zu bildenden Gehäuseteils (11) angepasst ist, – Einsetzen des wenigstens einen Metallgerüstes (13) in eine Spritzgussform und – Umspritzen des Metallgerüstes mit einem Kunststoff im Spritzgussverfahren zur Herstellung eines integrierten Verbundteiles als Gehäuseteil (11) und – Entnahme des fertig hergestellten Gehäuseteils (11) aus der Spritzgussform.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch, – Bereitstellen wenigstens zweier Metallgerüste (13, 14) mit Konturen, die jeweils zumindest teilweise an die Kontur eines zu bildenden Gehäuseteils (11, 12) angepasst sind, – Anordnen der Metallgerüste (13, 14) in jeweils einer Spritzgussform und – jeweils Umspritzen der Metallgerüste (13, 14) mit Kunststoff zur Erhaltung wenigstens zweier Gehäuseteile (11, 12), – Verbinden der wenigstens zwei Gehäuseteile (11, 12) zu einem Verdichtergehäuse.