Zwillingsstromspiralgehäuse

Abstract

 Ein Zwillingsstromspiral für zwei fluidtechnisch voneinander getrennten Einlasskanäle (13a,14a) für ein Fluid das unter Druck an eine Turbine, beispielsweise eines Turboladers, zu führen ist, besteht aus zwei im wesentlichen symmetrischen Halbschalen (13,14), die zwischen sich eine im wesentlichen flache Trennwand (18) einschliessen.
Die beiden Halbschalen (13,14) und die Trennwand (18) bestehen aus Blech und sind miteinander verschweisst.
Die Aussenkonturen der Halbschalen weisen umgebogene Ränder (20,20') und eventuell Kerben (30') auf, in die Fortsätze (30) der Trennwand (18) eingreifen können, wobei die Fortsätze (30) durch die Kerben (30') nach aussen ragen um nach Zusammenfügen der Halbschalen mit deren Rändern verschweisst werden zu können.

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zwillingsstromturbinengehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Es ist bekannt, für Turbinen, wie beispielsweise den Turbinenteil eines Turboladers für Kraftfahrzeuge, Turbinengehäuse verschiedener Art zu verwenden.

[0003] In herkömmlicher Weise wurden typisch Turbinengehäuse aus Gusseisen verwendet, welche einen schneckenförmigen Einlassraum für die Verbrennungsgase aufweisen, die vom Motor über einen Krümmer dem Turbinenteil eines Turboladers zugeführt werden, von wo sie dann beispielsweise durch einen Ringspalt, welcher einen Mechanismus zur Variierung der Strömungsgeometrie enthalten kann, dem Turbinenrad zugeführt werden.

[0004] Der schneckenförmige Einlassraum umgibt dabei den eigentlichen Turbinenraum und bildet mit diesem zusammen das Turbinengehäuse, in dem das Turbinenrad und der Mechanismus zur Geometrievariierung untergebracht sind.

[0005] Es ist bereits vorgeschlagen worden, das Turbinengehäuse aus Blech, vorteilhafter Weise in doppelwandiger Bauweise auszuführen, um einerseits Gewicht zu sparen, aber vor allem, was wichtiger ist, eine zu starke Abkühlung der Abgase des Motors bei kaltem Turbolader zu verhindern, da der nachgeschaltete Katalysator durch die Abgase so schnell wie möglich auf Betriebstemperatur erwärmt werden muss um seine volle Wirkung zu erreichen.

[0006] Es gehört zum Stand der Technik, speziell bei stärkeren Motoren, zwei schneckenförmige Einlasskanäle zum Turbolader vorzusehen, und zwar aus Gründen der Trennung von Zylindergruppen deren Ventilöffnungscharakteristiken nicht zusammenpassen.

[0007] Es wurde auch vorgeschlagen ein einziges Turbinengehäuse für diese zwei parallel wirkenden Einlasskanäle eines Turboladers einzusetzen, wobei die beiden schneckenförmigen Einlassräume sozusagen axial aneinander angeordnet sind, und die Abgase entweder stromabwärts einem einzigen Turbinenrad eines relativ grossen Turboladers oder zwei verschiedenen Turbinenrädern von zwei parallel wirkenden, kleineren Turboladern zugeführt werden, doch ist bis heute keine Lösung vorgeschlagen worden, wie ein derartiges Zwillingsturbinengehäuse nach einem einfacheren Verfahren als Giessen und aus einem leichteren Material als Gusseisen, beispielsweise Eisenblech gefertigt werden kann.

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Zwillingsturbinengehäuse mit vertretbarem Aufwand und zu vertretbaren Kosten aus Blech zu fertigen.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

[0010] Ein Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung kann Halbschalen aufweisen, die aus Blech bestehen.

[0011] Ein Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung kann Ferner eine Trennwand aus Blech aufweisen

[0012] In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die beiden Halbschalen und gegebenenfalls die Trennwand miteinander verschweisst sind.

[0013] In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Trennwand sowie die Halbschalen aufeinander angepasste Aussenkonturen aufweisen.

[0014] In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die Aussenkonturen der Halbschalen Kerben, und die Aussenkontur der Trennwand Fortsätze aufweisen, die beim Zusammenbau der Halbschalen mit der Trennwand in die Kerben zu liegen kommen und in diesem Zustand miteinander verschweisst werden.

[0015] In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die Aussenkonturen der Halbschalen in der Trennebene liegende umgebogene Ränder aufweisen, die miteinander verschweisst werden.

[0016] In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die Halbschalen kreisförmige Innenkonturen aufweisen, an denen in der Trennebene liegende umgebogene Ränder ausgebildet sind, welche wie die Aussenkonturen mittels Kerben und Fortsätzen und Schweissen verbindbar sind.

[0017] In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die beiden Einlasskanäle zu einer Bypassleitung führende Bypassöffnungen aufweisen und dass diese Bypassleitung durch einen Fortsatz der Trennwand in zwei Teilbypässe unterteilt ist.

Kurze Figurenbeschreibung

[0018] Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert, wovon:

Fig. 1

ein herkömmliches Zwillingsstromturbinengehäuse aus Gusseisen in Perspektivansicht,

Fig. 2

ein erfindungsgemässes Zwillingsstromturbinengehäuse in gleicher Ansicht,

Fig. 3

einen Schnitt parallel zur Achse eines Gehäuses nach Fig.2, und

Fig. 4

einen Schnitt senkrecht zur Achse nach Fig. 2

[0019] zeigen.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

[0020] In Figur 1 ist ein herkömmliches Zwillingsstromturbinengehäuse für einen Turbolader dargestellt. Derartige Zwillingsgehäuse werden eingesetzt bei relativ starken Motoren und dienen dazu die Abgase einer Gruppe von Zylindern von den Abgasen einer anderen Gruppe von Zylindern zu trennen.

[0021] Bei einem Viertaktmotor ist es bekannt, dass ein Zylinder mehrere Ventile aufweisen kann und dass diese Ventile einem bestimmten, beispielsweise von der Nockenwelle gesteuerten Öffnungs- und Schliesszyklus unterliegen, wobei verschiedene Abgasventile des gleichen Zylinders zu unterschiedlichen Zeiten öffnen, um Gase unter unterschiedlichem Druck ausströmen zu lassen.

[0022] Bei mehr-zylindrigen Motoren wird es daher Phasen geben, in denen beispielweise ein Hochdruckauslassventil eines Zylinders gleichzeitig offen ist wie ein Niederdruckauslassventil eines anderen Zylinders, wobei beide Ventile Abgase in denselben Krümmer zum Turbolader hin abgegeben werden. Dies hat zur Folge dass Gase des Hochdruckauslassventils in den Zylinder dessen Niederdruckauslassventil gleichzeitig offen ist, zurückschlagen können, was vermieden werden muss.

[0023] Die Fig. 1 ist eine Computerzeichnung eines bekannten modernen Zwillingsstromturbinengehäuses 1 für die beiden getrennten Einlasskanäle 2 und 3 zu einem einzigen, nicht dargestellten Turbinenrad, was, wie oben erläutert worden ist, einer Ausführungsart von Turboladern für stärkere Motoren entspricht.

[0024] Das gesamte Gehäuse ist aus Gusseisen gefertigt und man erkennt leicht die beiden schneckenförmigen Einlasskanäle 2 und 3, die bis zum Spalt 1' voneinander völlig getrennte Aussenkonturen 2' und 3', und natürlich auch getrennte, Abgas führende Innenräume aufweisen, welche radial zu dem einzigen Ringspalt 1' und hiermit zu ein und demselben, nicht dargestellten, radial innerhalb des Ringspalts 1' liegenden Turbinenrad führen. Ein derartiges Gehäuse ist schon vom Gussprozess her relativ aufwendig und ist auch in Bezug auf sein Gewicht keineswegs optimal an heutige Forderungen nach Treibstoffeffizienz, noch an die oben erwähnte Forderung nach optimaler Katalysierung der Abgase angepasst. Im Gehäuse nach Fig. 1 ist auch ein Bypass vorhanden, der mittels eines Ventils 19 verschliessbar ist.

[0025] Die Figur 2 hingegen zeigt ein Zwillingsstromturbinengehäuse (der Term "Zwillings-) bezieht sich auf das Vorhandensein von zwei Einlasskanälen, bei dem, von aussen her gesehen, nur ein einziger Einlasskanal vorhanden zu sein scheint, in Wirklichkeit ist aber, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, der Einlasskanal dieses Gehäuses durch eine Trennwand 18 in zwei axial aneinanderliegende Teile 13a und 14a geteilt, sodass hierdurch zwei operationell voneinander völlig getrennte Einlasskanäle entstehen.

[0026] Das Zwillingsturbinengehäuse von Fig. 2 besteht aus einem doppelwandigen Gebilde, wobei die Teilung in zwei getrennte Einlasskanäle nur das innere Gehäuse betrifft. Das Aussengehäuse besteht aus zwei Teilen 12 und 15, welche miteinander bei 21 verbunden sind. Das innere Gehäuse besteht aus zwei Halbschalen 13 und 14 deren Aussenränder 20 und 20' parallel zur Trennfläche A (siehe Fig. 3) umgebogen sind und so miteinander verschweisst werden können.

[0027] Das Gehäuse von Fig. 2 weist ferner zwei Anschlussflansche 11 und 16 zum Anschluss an den Katalysator bzw. an das Zentralgehäuse des Turboladers auf.

[0028] Vor dem Verschweissen wird jedoch zwischen die beiden Halbschalen 13 und 14 eine Trennwand 18 gelegt, wobei diese Trennwand eine Aussenkontur 18' aufweist, die mit den zueinander kongruenten Aussenkonturen 13' und 14' der beiden Halbschalen 13 und 14 übereinstimmt.

[0029] An den Aussenkonturen 13' und 14' der Halbschalen 13 und 14 werden übereinstimmende Kerben 30' angebracht, sodass beim Zusammenfügen der Halbschalen 13 und 14, sowie der zwischen ihnen liegenden Trennwand 18 schwalbenschwanzförmige Fortsätze 30 der Aussenkontur 18' der Trennwand 18 in die Kerben 30 zu liegen kommen, und nach dem Zusammenfügen dieser drei Teile zuerst die beiden Halbschalen im Bereich der umgebogenen Randbereiche 20 und 20' und hernach die schwalbenschwanzförmigen Fortsätze 30 der Trennwand, die durch die Halbschalen hindurch nach aussen ragen, mit den bereits miteinander verschweissten Rändern 20, 20' der Halbschalen verschweisst werden können.

[0030] Hierdurch ergibt sich ein starres Blechgefüge bestehend aus zwei, jeweils den Räumen 13a und 14a zwischen einer Halbschale 13 bzw. 14 und der Trennwand 18 liegenden entsprechenden Kanälen, die im Bereich der Trennwand aneinander liegen.

[0031] Wie in Figur 4 dargestellt, weisen die Halbschalen 13und 14 natürlich auch umgebogene Randbereiche 31 entlang ihrer inneren Konturen auf, welche einen Kreis bilden innerhalb dessen das nicht dargestellte Turbinenrad zu liegen kommt. Im Bereich der kreisförmigen Randbereiche 31 der Halbschalen 13 und 14 können natürlich ebenso Kerben und Fortsätze gebildet sein wie in den Aussenbereichen.

[0032] Wie die Figur 2 weiterhin zeigt, sind an den Halbschalen 13 und 14 Öffnungen 17 und 17' vorgesehen, die sich zusammen zu einem Kreis ergänzen, und die zum Abzweigen von Bypässen vorgesehen sind, wobei diese Öffnungen zu einer, durch ein mit den Öffnungen 17, 17' verschweisstes Rohr 17" gebildeten Bypassleitung 22 führen, die mittels eines Klappventils 19 mittels eines von ausserhalb des Gehäuses steuerbaren Hebels 23 verschliessbar ist.

[0033] Die Trennwand 18 weist eine Fortsetzung 18' auf, welche in die Bypassleitung hineinragt und dieser bis zum Sitz des Ventils 19 folgt. Hierzu kann das Bypassrohr 17" ebenfalls aus zwei Halbschalen bestehen und die Fortsetzung 18' der Trennwand 18 weitere Fortsätze 30 aufweisen, die in Kerben von umgebogenen, axial verlaufenden Rändern der Halbschalen des Rohres 17" eingreifen und verschweisst sind.

[0034] Die Erfindung wurde an Hand eines Ausführungsbeispiels hier oben näher beschrieben, jedoch sind eine Vielzahl von Möglichkeiten zum dauerhaften Zusammenfügen der beiden Halbschalen des Zwillingsturbinengehäuses und der zwischen ihnen liegenden Trennwand denkbar ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen oder zu übersteigen.

Ansprüche

1. Zwillingsstromturbinengehäuse mit zwei, fluidtechnisch getrennten Einlasskanälen (13a, 14a) für ein Fluid unter Druck, dass einem Turbinenrad zuzuführen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwillingsstromturbinengehäuse (1) aus zwei im wesentlichen zueinander symmetrischen Halbschalen (13, 14) gebildet ist, die zwischen ihnen eine Trennwand (18) einschliessen.

2. Zwillingsstromturbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbschalen (13,24) aus Blech bestehen.

3. Zwillingsstromturbinengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (18) aus Blech besteht.

4. Zwillingsstromturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbschalen (13, 14) und gegebenenfalls die Trennwand (18) miteinander verschweisst sind.

5. Zwillingsstromturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (18) sowie die Halbschalen (13, 14) aufeinander angepasste Aussenkonturen (13', 14', 18') aufweisen.

6. Zwillingsstromturbinengehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkonturen (13', 14') der Halbschalen Kerben (30'), und die Aussenkontur (18') der Trennwand (18) Fortsätze (30) aufweisen, die beim Zusammenbau der Halbschalen mit der Trennwand in die Kerben (30') zu liegen kommen und in diesem Zustand miteinander verschweisst werden.

7. Zwillingsstromturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkonturen (13', 14') der Halbschalen in der Trennebene (A) liegende umgebogene Ränder (20, 20') aufweisen, die miteinander verschweisst werden.

8. Zwillingsturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen kreisförmige Innenkonturen aufweisen, an denen in der Trennebene (A) liegende umgebogene Ränder (31) ausgebildet sind, welche wie die Aussenkonturen mittels Kerben (30) und Fortsätzen (30) und Schweissen verbindbar sind.

9. Zwillingsstromturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einlasskanäle (13a, 14a) zu einer Bypassleitung (22) führende Bypassöffnungen (17, 17') aufweisen und dass diese Bypassleitung (22) durch einen Fortsatz (18') der Trennwand (18) in zwei Teilbypässe unterteilt ist.

Zeichnung