Die Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung zum lösbaren Befestigen eines Filterschalldämpfers an einem Gehäuseteil eines zu einem Turbolader für Verbrennungsmotoren gehörenden Verdichters gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solcher Turbolader ist in EP 0 574 605 A1 offenbart.

Am Verdichtereingang von Turboladern gibt es hohe Geräuschemissionen. Daher ist am Verdichtereingang meist ein Filterschalldämpfer angeordnet, der diese Geräuschemissionen vermindert. Da der Filterschalldämpfer starr mit einem Gehäuseteil des Verdichters verbunden ist und dies schwingungstechnisch nicht vom Turbolader entkoppelt ist, übertragen sich die Schwingungen des Turboladers auf den Filterschalldämpfer. Der Turbolader ist seinerseits in der Regel entweder direkt oder via einen Befestigungsfuss auf einer Konsole eines Verbrennungsmotors befestigt. Die axiale Distanz zwischen Befestigungsfuss und Filterschalldämpfer ist in der Regel sehr gross. Wird der Turbolader durch Motorvibrationen angeregt und/oder gerät in Eigenfrequenzschwingungen, so ist die Schwingungsamplitude aufgrund der Geometrie am Filterschalldämpfer am grössten. Dies ist unter anderem wegen der daraus resultierenden grossen Materialbelastung unerwünscht. In Ländern mit entsprechenden Bestimmungen kann dieses Schwingungsproblem bis zur Zurückweisung bei der technischen Zulassung führen.

Aus der DE-U-1807288 ist eine Aufhängung für einen Filterschalldämpfer bekannt, wobei das Filtergehäuse mit seiner Halterung ausschliesslich durch elastische Formteile aus Gummi oder gummiähnlichen Werkstoffen verbunden ist.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Befestigungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile einfach und kostengünstig behebt.

Diese Aufgabe löst eine Befestigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Die erfindungsgemässe Befestigungsvorrichtung weist zum Verbinden eines Filterschalldämpfers mit einem Gehäuseteil eines Verdichters am Verdichtereingang zwischen dem Filterschalldämpfer und dem Gehäuseteil des Verdichters einen Schwingungsentkoppler auf. Mit Hilfe des Schwingungsentkopplers ist der Filterschalldämpfer schwingungstechnisch weitgehend von dem Verdichtergehäuseteil und damit vom Turbolader getrennt. Bei der Übertragung von Schwingungen vom Turbolader bzw. vom Verdichter auf den Filterschalldämpfer werden grosse Schwingungsamplituden am Filterschalldämpfer vermieden und einer vorzeitige Materialermüdung durch eine hohe, schwingungsbedingte Materialbeanspruchung wird entgegengewirkt.

Als Schwingungsentkoppler wird am besten ein temperatur- und ölbeständiges sowie verschleissfestes, gummielastisches Element eingesetzt. Auf diese Weise ist der Schwingungsentkoppler den Einsatzbedingungen bestens angepasst, was eine hohe Standzeit des Schwingungsentkopplers gewährleistet. Es hat sich gezeigt, dass aus einem Elastomer (wie z.B. aus Viton ® von der Firma du Pont oder aus Silikon) gefertigte gummielastische Elemente sehr gut als Schwingungsentkoppler geeignet sind.

Vorteilhafterweise weist der Schwingungsentkoppler, im eingebauten Zustand betrachtet, eine geringe Steifigkeit in Achsrichtung sowie quer zur Achsrichtung des Turboladers auf. Abhängig von den sechs Eigenfrequenzen des Turboladers können die Steifigkeiten in Achsrichtung und quer zur Achsrichtung unterschiedlich gewählt werden. Die geringe Steifigkeit sorgt für eine ausreichende schwingungsmässige Entkopplung zwischen Filterschalldämpfer und Gehäuseteil des Verdichters.

Unter Berücksichtigung der konstruktiven Bedingungen wir der Schwingungsentkoppler so weich wie möglich gewählt. Mindestens aber wird die Steifigkeit so gewählt, dass unter Berücksichtung des Gewichtes der Bauteile und ihrer Geometrie sowie unter Berücksichtigung der Geometrie der Verbindung zwischen Filterschalldämpfer und Gehäuseteil des Verdichters der Filterschalldämpfer schliesslich eine Eigenfrequenz von etwa 25% bis 50%, vorzugsweise 40% zumindest der tiefsten der Eigenfrequenzen des Turboladers aufweist. Bei Erregung des Turboladers im Eigenfrequenzbereich, beispielsweise durch Motorschwingungen, schwingt der Filterschalldämpfer dann im überkritischen Bereich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schwingungsentkoppler unter Vorspannung steht. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Kontakt zwischen Schwingungsentkoppler und einem Bauteil verloren geht und Abrieb und Verschleiss am Schwingungsentkoppler auftreten.

Die Ausbildung des Schwingungsentkopplers in Form eines O-Ringes ist besonders vorteilhaft, da bei dieser Ausführungsform die von der Verbindung aufzunehmenden Kräfte auf den ganzen Umfang des O-Ringes verteilt werden.

Vorteilhaft ist es ein Sicherungselement vorzusehen, welches bei einem Versagen des O-ringförmigen Schwingungsentkopplers einer Auflösung der Verbindung zwischen Filterschalldämpfer und Gehäuseteil des Verdichters entgegenwirkt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand weiterer abhängigen Patentansprüche.

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Figuren 1 bis 4 dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1

im Schnitt längs der Turboladerachse einen Turbolader mit einem am Verdichtereingang angeordneten Filterschalldämpfer mit einer Befestigungsvorrichtung gemäss dem Stand der Technik.

Fig. 2

in analoger Darstellungsweise wie in Figur 2 einen Teil einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Befestigungsvorrichtung;

Fig. 3

die Befestigungsvorrichtung aus Fig. 3 mit einem Sicherungselement; und

Fig. 4

in analoger Darstellungsweise wie in Figur 2 einen Teil einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemässen Befestigungsvorrichtung;

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.

Figur 1 zeigt im Schnitt zu seiner Längsachse 10 einen Turbolader 12 und einen Teil eines am Verdichtereingang 14 des Turboladers 12 befestigten Filterschalldämpfers 16. Der Turbolader 12 hat einen typischen Aufbau, d.h. er umfasst einen Verdichter 18 und eine Turbine 20 deren Laufräder 22, 24 auf einer gemeinsamen Welle 26 beabstandet voneinander angeordnet sind. Der Turbolader 12 weist ein Turboladergehäuse 28 auf, das mehrere Gehäuseteile, wie beispielsweise ein Turbinengehäuse 29, ein Lagergehäuse 30 und ein Verdichtergehäuse 27, umfasst, die selbst wieder aus mehreren Gehäuseteilen bestehen können. Im Lagergehäuse 30 ist zwischen dem Turbinenlaufrad 24 und dem Verdichterlaufrad 22 die Welle 26 gelagert. Mittels eines Befestigungsfusses 31 ist der Turbolader 12 auf einer Konsole 34 des Motors (nicht dargestellt) befestigt. Zur Verminderung der Geräuschemission ist am Verdichtereingang 14 an einem Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 der Filterschalldämpfer 16 befestigt.

Filterschalldämpfer 16 und Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 sind via eine Befestigungsvorrichtung 36 starr miteinander verbunden. Die Befestigungsvorrichtung 36 umfasst in diesem Beispiel auf einer Kreislinie um die Turboladerachse 10 angeordnete, erste Befestigungsöffnungen 38, die im Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 vorgesehen sind. Die ersten Befestigungsöffnungen 38 sind mit einem Gewinde versehen. Des weiteren umfasst die Befestigungsvorrichtung 36 in einem Flansch 40 des Filterschalldämpfers 16 angeordnete zweite Befestigungsöffnungen 42, die mit den ersten Befestigungsöffnungen 38 koaxial in Deckung bringbar sind. Ebenfalls zur Befestigungsvorrichtung 36 gehören Befestigungselemente 44, welche in diesem Beispiel als Schrauben ausgebildet sind, und die durch die zweiten Befestigungsöffnungen 42 in die ersten Befestigungsöffnungen 38 eingeschraubt sind, und so den Filterschalldämpfer 16 starr mit dem Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 verbinden.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist die Distanz zwischen Befestigungsfuss 31 und dem Filterschalldämpfer 16 recht gross. Schwingungen, die über die Konsole 34 und den Befestigungsfuss 31 vom Motor (nicht dargestellt) auf den Turbolader 12 übertragen werden und Eigenschwingungen des Turboladers 12 werden via die starre Befestigungsvorrichtung 36 auf den Filterschalldämpfer 16 übertragen. Auf Grund der grossen Distanz zwischen Befestigungsfuss 31 und Filterschalldämpfer 16 ist die Schwingungsamplitude am Filterschalldämpfer 16 am grössten. Was die bereits genannten Nachteile mit sich bringt.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen jeweils eine erfindungsgemässe Befestigungsvorrichtung 36. Jede dieser Befestigungsvorrichtungen 36 umfasst im Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 angeordnete, erste Befestigungsöffnungen 38 mit Gewinde sowie Befestigungselemente 44 in Form von Schrauben, die in die ersten Befestigungsöffnungen 38 eingeschraubt sind. Die Befestigungsöffnungen 38 sind vorzugsweise in einer Ebene die Senkrecht auf der Turboladerachse 10 steht, auf einem Ring rund um die Turboladerachse 10 angeordnet. Die Richtung, in der die Turboladerachse (10) liegt ist jeweils mit einem Pfeil a gekennzeichnet. Der Ring ist idealerweise ein Kreisring und die Befestigungsöffnungen 38 sind gleichmässig auf dem Ring verteilt. Des weiteren umfasst die erfindungsgemässe Befestigungsvorrichtung 36 einen Schwingungsentkoppler 46, der zwischen dem Filterschalldämpfer 16 und dem Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 angeordnet ist. Der Schwingungsentkoppler 46 ist aus einem Elastomer gefertigt, der eine geringe Steifigkeit in Achsrichtung und quer zur Achsrichtung des Turboladers 12 aufweist. Die Steifigkeit wird so ausgewählt, dass die Eigenfrequenzen des Filterschalldämpfers 16 bei etwa 40% zumindest der tiefsten der Eigenfrequenzen des Turboladers 12 liegt. Die Steifigkeit hängt unter anderem von der Geometrie der Bauteile und von deren Gewicht, sowie von der Ausgestaltung der Befestigungsvorrichtung 36 ab.

Die in Fig. 2 gezeigte Befestigungsvorrichtung 36 umfasst zusätzlich zu den oben genannten Elementen einen O-ringförmigen Schwingungsentkoppler 46, eine in einem Element 60 des Filterschalldämpfers 16 angeordnete, radial nach aussen offene Ringnut 62 zur Abstützung des Schwingungsentkopplers 46 sowie zwei Befestigungsringe 64, 66. Die zwei Befestigungsringe 64, 66 weisen mit den ersten Befestigungsöffnungen 38 im Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 koaxial in Deckung bringbare Löcher 68 zur Aufnahme der Befestigungselemente 44 auf. Sie sind koaxial zueinander und in Achsrichtung hintereinander, anschliessend an das Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 angeordnet. Via die schraubenförmigen Befestigungselemente 44 sind die Befestigungsringe 64, 66 am Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 fixiert. Auf ihrer radial innenliegenden Seite weisen die Befestigungsringe 64, 66 Stützflächen 67 auf, welche den O-Ring 46 unter einem Winkel von etwa +30°bis +50° bzw. -30° bis -50° abstützen. Die Stützflächen 67 bilden zusammen ebenfalls wieder eine Art Ringnut, die radial gegen innen offen ist und beabstandet zur Ringnut 62 im Element 60 parallel zu dieser verläuft. Der Durchmesser auf der radial innenliegenden Seite der Befestigungsringe 64, 66 und der Durchmesser der Ringnut 62 im Element 60 des Filterschalldämpfers 16 sind so gewählt, dass der zwischen ihnen angeordnete O-ringförmige Schwingungsentkoppler 46 im befestigten Zustand unter Vorspannung steht.

Bei einem wiederum etwa 380Kg schweren Filterschalldämpfer 16 und dieser Konstruktion wird eine Eigenfrequenz des Filterschalldämpfer 16 von etwa 40% des Turboladers 12 mit einer axialen Steifigkeit von 7000 N/mm bis14000 N/mm und einer radialen Steifigkeit von 15000 bis 40000 N/mm erreicht.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die analog zu der in Fig.2 gezeigten aufgebaut ist. Allerdings gehört in diesem Beispiel noch ein Sicherungselement 68 zur Befestigungsvorrichtung 36. Das Sicherungselement 68 ist axial anschliessend an den dem Filterschalldämpfer 16 benachbarten Befestigungsring 66 angeordnet und mit Hilfe des Befestigungsmittels 44 zusammen mit den Befestigungsringen 64, 66 am Gehäuseteil 32 befestigt. Es ragt radial sowohl nach innen wie auch nach aussen über die Befestigungsringe 64, 66 hinaus. bei einem Versagen des O-ringes hintergreift es das die Ringnut 62 tragenden Element 60 des Filterschalldämpfers 16 und verhindert so eine Auflösung der Verbindung zwischen Filterschalldämpfer 16 und Gehäuseteil 32 des Verdichters 18. Das Sicherungselement kann, wie die Befestigungsring 64, 66, ringförmig ausgestaltet sein oder aber, wie im gezeigten Beispiel, aus Ringsegmentstücken bestehen.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform, die im Prinzip gleich aufgebaut ist wie die in Fig.3 bzw. in Fig. 2 dargestellte, ist der dem Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 benachbarte Befestigungsring 64 einstückig mit dem Gehäuseteil 32 ausgebildet.

Eine weitere Ausführungsform, die schematisch in Fig. 4 dargestellt ist, zeigt eine weitere Variante der aus Fig. 2 bekannten Ausführungsform. Anstelle von schraubenförmigen Befestigungselementen 44 umfasst die Befestigungsvorrichtung 36 Befestigungselemente 44 in Form von Spannelementen 72. Daher weist das Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 statt ersten Befestigungsöffnungen 38 einen Befestigungsflansch 70 auf. Auch die Befestigungsringe 64, 66 weisen keine Befestigungsöffnung 38 auf. Die Fixierung der Befestigungsringe 64, 66 am Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 erfolgt statt mit schraubenförmigen Befestigungselementen 44 mit den Spannklammern 72, die über den Umfang verteilt für eine feste Verbindung zwischen den Bauteilen sorgen.

Bei dieser Konstruktion der Befestigungsvorrichtung 36 mit dem O-ringförmigen Schwingungsentkoppler 46 werden für die Montage zunächst der O-ringförmige Schwingungsentkoppler 46 und die Befestigungsringe 64, 66 - welche z.B. mittels Spannklammem oder mittels in sie eingebrachte Hilfslöcher und Hilfsschrauben miteinander verbunden werden können - am Filterschalldämpfer 16 vormontiert. Dann wird der Filterschalldämpfer 16 über die Befestigungsringe 64, 66 mittels der Befestigungselemente 44 mit dem Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 und somit mit dem Turbolader 12 befestigt.

Bei einem wiederum etwa 380Kg schweren Filterschalldämpfer 16 und dieser Konstruktion wird eine Eigenfrequenz des Filterschalldämpfer 16 von etwa 40% des Turboladers 12 mit einer axialen Steifigkeit von 7000 N/mm bis14000 N/mm des Schwingungsentkopplers 46 und einer radialen Steifigkeit von 15000 bis 40000 N/mm des Schwingungsentkopplers 46 erreicht.

Verschiedene weitere Variationen und Kombinationen der genannten Befestigungsvorrichtung 36 sind denkbar. So können beispielsweise Spannklammem 72 und schraubenförmige Befestigungselemente 44 kombiniert eingesetzt sein. Die zweiten Befestigungsöffnungen 42 können statt in einem Flansch 40 des Filterschalldämpfers 16 in einem andern dem Verdichtereingang 14 benachbarten Element des Filterschalldämpfer 16 angeordnet sein. Statt der ersten Befestigungsöffnungen 38 im Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 können die zweiten Befestigungsöffnungen 42 im Filterschalldämpfer 16 mit einem Gewinde versehen sein. Die ersten Befestigungsöffnungen 38 im Gehäuseteil 32 des Verdichters 18 können in einem Flansch des Gehäuseteils 32 angeordnet sein. Die schraubenförmigen Befestigungselemente 44 können dann von der Verdichterseite her statt von der Seite des Filterschalldämpfers 16 eingeschraubt sein.

10

Turboladerlängsachse

12

Turbolader

14

Verdichtereingang

16

Filterschalldämpfer

18

Verdichter

20

Turbine

22

Verdichterlaufrad

24

Turbinenlaufrad

26

Welle

27

Verdichtergehäuse

28

Turboladergehäuse

29

Turbinengehäuse

30

Lagergehäuse

31

Befestigungsfuss

32

Gehäuseteil

34

Konsole

36

Befestigungsvorrichtung

38

erste Befestigungsöffnung

40

Flansch

42

zweite Befestigungsöffnung

44

Befestigungselement

46

Schwingungsentkoppler

47

Entkopplungselement

48

Hohlzylinder

50

Elementflansch

52

Öffnung

54

Distanzbüchse

56

Hohlzylinder

58

Büchsenflansch

60

Element

62

Ringnut

64

Befestigungsring

66

Befestigungsring

67

Stützfläche

68

Sicherungselement

70

Befestigungsflansch

72

Spannklammer

74

76

78

80

82

84

86

88

90