DE102011076048A1

DE102011076048A1 - Producing cast housing of exhaust gas turbocharger of internal combustion engine with wastegate-valve device, by inserting sleeve for bearing a shaft carrying valve disc of valve device and/or valve seat, and casting a material of housing

Info

Publication number: DE102011076048A1
Application number: DE102011076048A
Authority: DE
Inventors: Jochen Göckelmann; Anton Angelusch
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-11-22

Abstract

The process comprises inserting a sleeve (5) for bearing a shaft carrying a valve disc of a wastegate valve device (3) and/or a valve seat of the wastegate valve device inserted into a mold, and subsequently casting a cast material of a housing (2) of an exhaust gas turbocharger. The sleeve and the valve seat are connected to each other by a connecting portion, and are thermally decoupled from each other. INDEPENDENT CLAIM are included for: (1) a cast housing of a loading device; and (2) a loading device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Gehäuses einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, einer Brennkraftmaschine mit einer Wastegate-Ventilvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiter ein mit einem derartigen Verfahren hergestelltes Gehäuse einer Ladeeinrichtung sowie eine Ladeeinrichtung mit einem derartigen Gehäuse. The present invention relates to a method for producing a cast housing of a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger, an internal combustion engine with a wastegate valve device. The invention further relates to a housing produced by such a method of a charging device and a charging device with such a housing.

Ladeeinrichtungen werden in Brennkraftmaschinen zur Leistungssteigerung eingesetzt. Dabei benutzt die Ladeeinrichtung die Energie des Abgases der Brennkraftmaschine zum Verdichten einer der Brennkraftmaschine zuzuführenden Ladeluft. Zur Begrenzung und Regulierung der Leistung der Ladeeinrichtung weisen gattungsgemäße Ladeeinrichtungen eine Wastegate-Ventilvorrichtung auf, die es ermöglicht eine definierte Abgasmenge an der Ladeeinrichtung vorbeizuführen. Dabei weist die Wastegate-Ventilvorrichtung eine Welle auf, die mit einem Ventilteller verbunden ist, wobei der Ventilteller mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, der in einem Gehäuse der Ladeeinrichtung angeordnet ist. Weiter durchsetzt die Welle eine Buchse die in einer Aussparung des Gehäuses angeordnet ist, so dass sich der Ventilteller und der Ventilsitz innerhalb des Gehäuses der Ladeeinrichtung befinden. Zur Herstellung derartiger Ladeeinrichtungen werden das Gehäuse, die Buchse sowie der Ventilsitz in separaten Verfahren, insbesondere durch Zerspannungsverfahren, hergestellt. Diese Teile werden anschließend bei der Montage der Ladeeinrichtung durch formschlüssige bzw. kraftschlüssige Verfahren zusammengesetzt bzw. verbunden, womit eine etwaige Nachbearbeitung dieser Bestandteile nach der Montage bzw. beim Einbauen an einer Brennkraftmaschine einhergeht. Nachteilig dabei ist, dass die separate Herstellung des Gehäuses, des Ventilsitzes sowie der Buchse und die anschließenden Verfahren zum Zusammensetzen bzw. Verbinden dieser Teile in der Ladeeinrichtung kostenintensiv sind. Darüber hinaus führen diese Verarbeitungsschritte zu Toleranzen dieser Komponenten, die zu einer Qualitätsminderung der Ladeeinrichtung, insbesondere durch die damit verbundenen und unerwünschten Geräusche der Ladeeinrichtung, führen. Charging devices are used in internal combustion engines to increase performance. In this case, the charging device uses the energy of the exhaust gas of the internal combustion engine for compressing a charge air to be supplied to the internal combustion engine. To limit and regulate the performance of the charging device, generic charging devices have a wastegate valve device, which makes it possible to pass a defined amount of exhaust gas past the charging device. In this case, the wastegate valve device has a shaft which is connected to a valve disk, wherein the valve disk cooperates with a valve seat, which is arranged in a housing of the charging device. Further, the shaft passes through a bush which is arranged in a recess of the housing, so that the valve disk and the valve seat are located within the housing of the charging device. To produce such charging devices, the housing, the bushing and the valve seat are produced in separate processes, in particular by means of machining processes. These parts are then assembled or connected during the assembly of the charging device by positive or non-positive procedures, whereby any reworking of these components after installation or when installing on an internal combustion engine is accompanied. The disadvantage here is that the separate production of the housing, the valve seat and the socket and the subsequent methods for assembling or connecting these parts in the charger are costly. In addition, these processing steps lead to tolerances of these components, which lead to a reduction in quality of the charging device, in particular by the associated and unwanted noise of the charging device.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Montage und eine kostengünstige Herstellung auszeichnet. The present invention is concerned with the problem of providing for a charging device of the type mentioned an improved or at least alternative embodiment, which is characterized in particular by a simplified assembly and cost-effective production.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem durch ein Gussverfahren hergestellten Gehäuse einer Ladeeinrichtung mit einer Wastegate-Ventilvorrichtung, eine Buchse zur Lagerung einer Welle eines Ventiltellers und/oder einen mit dem Ventilteller zusammenwirkenden Ventilsitz als separate Bauteile auszubilden und vor dem Gießen des Gehäuses in eine Gussform einzulegen und anschließend mit Gussmaterial zu umgießen. Bei diesem Verfahren zur Herstellung des Gehäuse wird also die Buchse und/oder der Ventilsitz in die für sie bestimmte Position gebracht und anschließend mit Gussmaterial des Gehäuses umgossen. Die Buchse und/oder der Ventilsitz werden also als Einsätze verwendet. Dadurch werden insbesondere Verfahrensschritte zum Zusammenfügen bzw. zum Verbinden des Gehäuses mit der Buchse bzw. mit dem Ventilsitz eingespart. Darüber hinaus reduzieren sich Toleranzen zwischen dem Gehäuse und der Buchse sowie zwischen dem Gehäuse und dem Ventilsitz. The present invention is based on the general idea, in a case produced by a casting process of a charging device with a wastegate valve device, a bushing for supporting a shaft of a valve disk and / or a valve seat cooperating with the valve seat as separate components and before pouring the Insert housing into a casting mold and then cast over with casting material. In this method of manufacturing the housing, therefore, the bush and / or the valve seat is brought into the position determined for it and then cast around with casting material of the housing. The socket and / or the valve seat are therefore used as inserts. As a result, in particular method steps for joining or for connecting the housing to the bush or to the valve seat are saved. In addition, tolerances between the housing and the socket and between the housing and the valve seat are reduced.

Hierzu haben die Buchse und/oder der Ventilsitz zweckmäßig eine höhere Schmelztemperatur als das Material für das Gehäuse der Ladeeinrichtung. Dabei wird beispielsweise das Gehäuse aus Aluminium gegossen, während die Buchse und/oder der Ventilsitz aus Stahl hergestellt sind. For this purpose, the bushing and / or the valve seat expediently have a higher melting temperature than the material for the housing of the charging device. In this case, for example, the housing is cast from aluminum, while the socket and / or the valve seat are made of steel.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens sind die Buchse und der Ventilsitz miteinander verbunden. Die Buchse und der Ventilsitz sind also insbesondere einstückig/einteilig und beispielsweise aus einem zusammenhängenden Material hergestellt und werden vor dem Gießen in die Gussform eingelegt und anschließend mit Gussmaterial des Gehäuses umgossen. Im Anschluss wird die Verbindung zwischen der Buchse und dem Ventilsitz optional getrennt, wodurch eine die direkte thermische Kopplung der Buchse und des Ventilsitzes aufgehoben wird. In an advantageous embodiment of the method, the socket and the valve seat are connected to each other. The bush and the valve seat are thus in particular one-piece / one-piece and, for example, made of a coherent material and are placed in the mold before casting and then encapsulated with cast material of the housing. Thereafter, the connection between the bushing and the valve seat is optionally disconnected, thereby relieving the direct thermal coupling of the bushing and the valve seat.

Es versteht sich, dass bei diesem Verfahren die Buchse und/oder der Ventilsitz durch entsprechende Maßnahmen derart in der Gussform gehalten werden, dass sie sich während dem Gussverfahren an ihren für sie in der Ladeeinrichtung bestimmten Stellen verbleiben und insbesondere nicht bewegen. It is understood that in this method, the bushing and / or the valve seat are held by appropriate measures in the mold so that they remain during the casting process at their intended for them in the charging device bodies and in particular do not move.

Ein durch ein derartiges Verfahren hergestelltes Gehäuse einer Ladeeinrichtung ist nun derart ausgebildet, dass die vor dem Gießen in die Gussform eingelegte Buchse eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das Gehäuse der Ladeeinrichtung. Alternativ oder zusätzlich ist der vor dem Gießen in die Gussform eingelegte Ventilsitz derart ausgebildet, dass er eine höhere Schmelztemperatur aufweist, als das Gehäuse der Ladeeinrichtung. Dazu sind/ist die Buchse und/oder der Ventilsitz aus einem Material hergestellt, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das Gussmaterial für das Gehäuse der Ladeeinrichtung. Bei einer weiteren Ausführungsform des Gehäuses sind die Buchse und der Ventilsitz miteinander verbunden. Dazu dient insbesondere ein Verbindungsabschnitt zwischen der Buchse und dem Ventilsitz, wobei die Buchse und der Ventilsitz insbesondere einstückig hergestellt sind. Die Buchse und der Ventilsitz sind also beispielsweise aus einem einzigen und zusammenhängenden Werkstoff hergestellt. A housing of a charging device produced by such a method is now designed in such a way that the bushing inserted into the casting mold before casting has a higher melting temperature than the housing of the charging device. Alternatively or additionally, the valve seat inserted into the casting mold prior to casting is designed such that it has a higher melting temperature than the housing of the charging device. For this purpose, the bushing and / or the valve seat are / is made of a material which has a higher melting point than the casting material for the housing the charging device. In a further embodiment of the housing, the socket and the valve seat are connected together. This purpose is served in particular by a connecting section between the bush and the valve seat, the bushing and the valve seat being made in one piece in particular. The bush and the valve seat are thus made for example of a single and contiguous material.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Gehäuse derart ausgebildet, dass die Buchse und der Ventilsitz als separate Teile hergestellt sind. Die Buchse und der Ventilsitz weisen also insbesondere keine direkte Verbindung auf. Diese Ausführungsform gewährt eine thermische Entkopplung zwischen der Buchse und dem Ventilsitz. Bei dieser Ausführungsform können die Buchse und/oder der Ventilsitz formschlüssig mit dem Gehäuse ausgebildet sein, so dass ein Lösen der Buchse oder des Ventilsitzes vom Gehäuse, z.B. bei thermischen Ausdehnungen, nicht möglich ist.According to a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the housing is designed such that the socket and the valve seat are made as separate parts. The socket and the valve seat thus have in particular no direct connection. This embodiment provides thermal decoupling between the sleeve and the valve seat. In this embodiment, the bushing and / or the valve seat may be positively formed with the housing so that disengagement of the bushing or valve seat from the housing, e.g. in thermal expansion, is not possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das gegossene Gehäuse der Ladeeinrichtung aus Aluminium hergestellt. Dies führt insbesondere zu einer Gewichtsreduzierung der Ladeeinrichtung und ermöglicht darüber hinaus den Einsatz zahlreicher Materialien zur Herstellung der Buchse oder des Ventilsitzes. Zweckmäßig sind/ist die Buchse und/oder der Ventilsitz aus einem Material hergestellt, das eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das beispielsweise aus Aluminium hergestellte gegossene Gehäuse. Als Beispiele hierfür sei auf Buchsen und/oder Ventilsitze hingewiesen, die aus Stahl bzw. einer entsprechenden Eisenlegierung hergestellt sind. According to a preferred embodiment of the invention, the molded housing of the charging device is made of aluminum. This leads in particular to a reduction in weight of the charging device and also allows the use of numerous materials for the production of the socket or the valve seat. Suitably, the bush and / or the valve seat are / is made of a material which has a higher melting temperature than the cast housing, for example made of aluminum. As examples, reference is made to bushes and / or valve seats, which are made of steel or a corresponding iron alloy.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist eine Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader, mit einer Wastegate-Ventilvorrichtung ein derartiges gegossenes Gehäuse auf und ist dadurch insbesondere kostengünstiger. Darüber hinaus gewährleistet eine derartige Ladeeinrichtung durch die verminderte Toleranzen zwischen dem gegossenen Gehäuse und der Buchse und/oder des Ventilsitzes eine höhere Qualität, insbesondere durch eine reduzierte Geräuschentwicklung. In an advantageous development of the solution according to the invention, has a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger, with a wastegate valve device on such a cast housing and is characterized in particular more cost effective. In addition, such a charging device ensured by the reduced tolerances between the molded housing and the socket and / or the valve seat, a higher quality, in particular by a reduced noise.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch: It show, each schematically:

1 einen teilweisen Querschnitt durch eine Ladeeinrichtung mit einem gegossenen Gehäuse, 1 a partial cross section through a charging device with a molded housing,

2 eine perspektivische Ansicht einer Buchse und eines damit verbundenen Ventilsitzes. 2 a perspective view of a socket and an associated valve seat.

Gemäß der 1, weist eine Ladeeinrichtung 1 ein gegossenes Gehäuse 2 auf, wobei eine Wastegate-Ventilvorrichtung 3 der Ladeeinrichtung 1 einen Ventilsitz 4 im Gehäuse 2 und eine Welle aufweist, die eine Buchse 5 im Gehäuse 2 durchsetzt. Dabei ist die Buchse 5 in einer Aussparung 6 des Gehäuses 2 angeordnet, die die Form eines Hohlzylinders aufweist. Die Buchse 5 liegt mit ihren Außenwänden 7 an der Aussparung 6 an. Der Ventilsitz 4 ist in einer Öffnung 8 des Gehäuses 2 angeordnet, wobei die Öffnung 8 kreisförmig ausgebildet ist. Der Ventilsitz 4 weist die Form eines gestuften Ringes auf. Ein Verbindungsabschnitt 9 verbindet weiter die zylindrisch geformte Buchse 5 mit dem Ventilsitz 4. Die Buchse 5 weist auf der dem Ventilsitz 4 zugewandten Seite 10 einen Bund 11 auf, der über den gesamten Umfang der Buchse 5 verläuft. Die Verbindung zwischen der Buchse 5 und dem Ventilsitz 4 ist nun dadurch realisiert, dass der Verbindungsabschnitt 9 einerseits mit dem der Innenseite der Ladeeinrichtung zugewandeten Bund 11 und andererseits mit der dem Gehäuse 2 abgewandten Oberfläche 12 des Ventilsitzes 4 verbunden ist. According to the 1 , has a charging device 1 a cast case 2 on, wherein a wastegate valve device 3 the charging device 1 a valve seat 4 in the case 2 and a shaft having a socket 5 in the case 2 interspersed. Here is the socket 5 in a recess 6 of the housing 2 arranged, which has the shape of a hollow cylinder. The socket 5 lies with its outer walls 7 at the recess 6 at. The valve seat 4 is in an opening 8th of the housing 2 arranged, with the opening 8th is circular. The valve seat 4 has the shape of a stepped ring. A connecting section 9 further connects the cylindrically shaped socket 5 with the valve seat 4 , The socket 5 points to the valve seat 4 facing side 10 a covenant 11 on that over the entire circumference of the socket 5 runs. The connection between the socket 5 and the valve seat 4 is now realized that the connecting section 9 on the one hand with the inside of the charger facing collar 11 and on the other hand with the housing 2 remote surface 12 of the valve seat 4 connected is.

Wie in den 1 und 2 ersichtlich ist, weist die Buchse 5 auf der dem Ventilsitz 4 abgewandten Seite, also der Außenseite des Gehäuses 2, einen weiteren Bund 13 auf. Der Verbindungsabschnitt 9 ist derart ausgebildet, dass er auf der dem Ventilsitz 4 abgewandten Seite eine Kontur aufweist, die der Innenkontur der Buchse 5 entspricht. Dadurch kann insbesondere eine formschlüssige Anordnung einer Welle in der Buchse 5 gewährleistet werden. Die Buchse 5 weist weiter in ihrer Außenwand zwei Vertiefungen 14 (Ringnuten) auf, die über den gesamten Umfang der Buchse 5 verlaufen und den Bunden 11, 13 benachbart sind. Die Vertiefungen 14 gewährleisten eine formschlüssige Verbindung mit dem umgegossenen Gehäuse 2. Die Bunde 11, 13 entstehen also durch diese Vertiefungen 14 in der Außenwand der Buchse 5. Der in 2 gezeigte Ventilsitz 4 weist die Form eines Kegelmantelausschnittes mit einer runden Öffnung auf, wodurch sich dieser Ventilsitz 4 von dem in 1 gezeigten Ventilsitz 4 unterscheidet. As in the 1 and 2 it can be seen has the socket 5 on the valve seat 4 opposite side, so the outside of the housing 2 , another bunch 13 on. The connecting section 9 is designed so that it is on the valve seat 4 side facing away from a contour, the inner contour of the socket 5 equivalent. As a result, in particular a form-fitting arrangement of a shaft in the socket 5 be guaranteed. The socket 5 further has two recesses in its outer wall 14 (Ring grooves) on, over the entire circumference of the bushing 5 run and the bonds 11 . 13 are adjacent. The wells 14 ensure a positive connection with the re-cast housing 2 , The league 11 . 13 thus arise through these depressions 14 in the outer wall of the socket 5 , The in 2 shown valve seat 4 has the shape of a cone-shaped cut-out with a round opening, resulting in this valve seat 4 from the in 1 shown valve seat 4 different.

Claims

Method for producing a cast housing ( 2 ) a charging device ( 1 ), in particular an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine having a wastegate valve device ( 3 ), in which - a socket ( 5 ) for storing a valve disk of the wastegate valve device ( 3 ) supporting shaft, and / or - a valve seat ( 4 ) of the wastegate valve device ( 3 ), placed in a mold and then cast around with casting material of the housing.

Method according to claim 1, characterized in that the bushing ( 5 ) and the valve seat ( 4 ) via a connecting section ( 9 ) and in particular are made in one piece and only after the housing ( 2 ) was separated from each other and thus thermally decoupled from each other.

Cast housing of a charging device, produced according to the method of claim 1 or 2, characterized in that a material of the socket ( 5 ) and / or the valve seat ( 4 ) have a higher melting temperature than the casting material for the housing ( 2 ).

Cast housing according to claim 3, characterized in that the bushing ( 5 ) and the valve seat ( 4 ) via a connecting section ( 9 ) are connected together and in particular are made in one piece.

Cast housing according to claim 3, characterized in that the valve seat ( 4 ) and the socket ( 5 ) are manufactured as separate parts.

Cast housing according to one of claims 3 to 5, characterized in that the housing ( 2 ) of the charging device ( 1 ) is made of aluminum.

Cast housing according to one of Claims 3 to 6, characterized in that the bushing ( 5 ) and / or the valve seat ( 4 ) are made of steel.

Charging device ( 1 ), in particular an exhaust gas turbocharger, with a cast housing ( 2 ) according to one of claims 3 to 7.