(57)【要約】【課題】高効率で安全な動作挙動を有し、そして特に過渡的伸びの問題に関する改善を実現する、排ガスターボチャージャーのための改善された解決策を提供する。【解決手段】本発明は、シャフト（２）と、このシャフト上に配置された少なくとも一つのコンプレッサーホイール（Ｖ）およびタービンホイール（Ｔ）と、その中にシャフト（２）とコンプレッサーホイール（Ｖ）とタービンホイール（Ｔ）とが配置されるハウジング（３）とを有し、ハウジング（３）の少なくとも一部が負のポアソン比を有するオーセチック材料（Ｍ）からなる排ガスターボチャージャーのためのオーセチック材料（Ｍ）またはオーセチック構造体の使用に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱および過渡的伸びに影響を及ぼすための、二つの隣接するコンポーネント間における排ガスターボチャージャー内でのまたは排ガスターボチャージャー上での、負のポアソン比を持つオーセチック材料（Ｍ）またはオーセチック構造体の使用法。
【請求項２】
弾性接続要素としてのオーセチック材料（Ｍ）が、前記排ガスターボチャージャーのコンポーネントの中空空間内で二つのハウジング壁間に、あるいは互いに隣接する前記排ガスターボチャージャーの少なくとも二つのコンポーネント間に配置される、請求項１に記載のオーセチック材料（Ｍ）またはオーセチック構造体の使用法。
【請求項３】
シャフト（２）と、前記シャフト上に配置された少なくとも一つのコンプレッサーホイール（Ｖ）およびタービンホイール（Ｔ）と、その中に前記シャフト（２）と前記コンプレッサーホイール（Ｖ）と前記タービンホイール（Ｔ）とが配置されるハウジング（３）と、を有する排ガスターボチャージャーであって、前記ハウジング（３）の少なくとも一部が、負のポアソン比を有するオーセチック材料（Ｍ）からなる排ガスターボチャージャー。
【請求項４】
前記ハウジング（３）は内側ハウジング壁（４）および外側ハウジング壁（５）を有し、前記オーセチック材料（Ｍ）は前記ハウジング壁間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の排ガスターボチャージャー。
【請求項５】
前記オーセチック材料（Ｍ）が、前記コンプレッサーホイール（Ｖ）および／または前記タービンホイール（Ｔ）の周囲の領域に全体的に配置されることを特徴とする請求項３に記載の排ガスターボチャージャー。
【請求項６】
前記排ガスターボチャージャーの二つの少なくとも隣接するコンポーネント間に、負のポアソン比を有するオーセチック材料（Ｍ）からなる弾性接続要素が配置されることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の排ガスターボチャージャー。
【請求項７】
前記二つの隣接するコンポーネントが前記オーセチック材料（Ｍ）によって互いに直接接続されることを特徴とする請求項６に記載の排ガスターボチャージャー。
【請求項８】
前記オーセチック材料（Ｍ）で満たされたキャビティが前記ハウジング（３）内に設けられることを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の排ガスターボチャージャー。
【請求項９】
前記排ガスターボチャージャーのコンポーネントが前記オーセチック材料（Ｍ）で覆われるか、または前記排ガスターボチャージャーのコンポーネントに前記オーセチック材料（Ｍ）が付加されることを特徴とする請求項３ないし請求項８のいずれか１項に記載の排ガスターボチャージャー。
【請求項１０】
前記排ガスターボチャージャーは、ラジアルターボチャージャー、アキシャルターボチャージャー、ターボブロワーまたはタービンであることを特徴とする請求項３ないし請求項９のいずれか１項に記載の排ガスターボチャージャー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排ガスターボチャージャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の排ガスターボチャージャーは、出力を増大させ、燃焼を最適化するために使用される。エンジンでの良好で完全燃焼のためには、特定の混合比（化学量論的燃料比）が必要である。排ガスターボチャージャーの過給中、吸入空気の密度は増大し、したがって空気量が増加する。過給により、充填の程度が、したがって内燃機関の効率が大幅に改善される。
【０００３】
ターボチャージャーの心臓部は、ターボチャージャーハウジング内に配置されたシャフトおよびコンプレッサーホイールを備えたタービンホイールから構成されるランニングギアである。タービンホイールは排ガス側にあり、たいていシャフトに恒久的に接続されている。コンプレッサーホイールは、ローターシャフトの他端に取り付けられる。実施形態に応じて、ホイールは典型的にはローターブレードを備え、端部側でハウジングに向かうギャップを形成する。ギャップ幅はターボチャージャーの効率に直接影響する。シャフトの回転速度に応じて、さまざまな回転コンポーネントおよび非回転コンポーネントに異なる伸び率が発生する。これにより相対位置が変化する。
【０００４】
したがって、ブレード先端とハウジング壁との間のギャップも同様に変化する。伸び挙動に関しては、特に、サイクルを通過する際のローターとハウジングとの間の、いわゆる過渡的伸び挙動に注意が払われる。回転コンポーネントおよび非回転コンポーネントのこのそれぞれの過渡的伸び挙動は大きく異なる。この結果、ブレードホイール先端がハウジングに擦れるギャップブリッジングに関する高いリスクが存在する。ハウジングとブレード先端との間の擦れの一例のそうしたリスクは、特に、排ガスターボチャージャーの運転中に存在する。
【０００５】
互いに対して運動可能なコンポーネント間の過渡的動作における危険かつ／または許容されない動作状態を回避するために、従来技術では、公称ギャップは結果的に十分に大きく寸法決めされている。これにより、過渡的運転中、ハウジングへの接触を伴う摩擦あるいはギャップのブリッジングを回避することができるが、相応に大きく寸法決めされたギャップは、排ガスターボチャージャーのその後の定常運転中には効率の低下を引き起こす。
【０００６】
回転コンポーネントが機能不全の間に破損が生じた場合、排ガスターボチャージャーの破片が飛び散る危険な状況が発生する可能性がある。従来技術においては、この目的のために、さまざまな破損保護デバイスが提案されている。
【０００７】
回転コンポーネントの確定した故障シナリオにおいてコンポーネントの破片が飛び出すのを防止するために、例えば、従来のハウジング構造体に中実壁厚みが付与され、かつ／またはハウジングの周りに複雑な付加的破損保護構造体が直接設置される。しかしながら、目的は、精巧な破損保護設計および／または中実導流ハウジング構造体を用いずに、それを実施できることである。
【０００８】
さらに、従来技術から知られている排ガスターボチャージャーには、互いに結合されたコンポーネントがその伸び挙動に関して著しく異なって伸張するという問題がある。そのようなコンポーネント間の従来の接続の場合、例えば、伸長の阻止および例えば接触面の相対的な動きによる対応する損耗などにより、高いねじり応力が発生する。こうした不利な特性の最適化を本発明の概念によって実現することが同様に望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は上述した欠点を克服するという目的に基づいており、高効率で安全な動作挙動を有し、そして特に過渡的伸びの問題に関する改善を実現する、排ガスターボチャージャーのための改善された解決策を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は請求項１および請求項３による特徴の組み合わせにより解決される。
【００１１】
本発明の基本的な考え方は、影響が及ぼされる領域の伸び挙動に特に影響を及ぼすために、ハウジングまたはターボチャージャーの特定の領域において、負のポアソン比（横方向収縮数）を有する材料の特性を使用することにある。
【００１２】
したがって、本発明によれば、熱および過渡的伸びに影響を与えるために、二つの隣接するコンポーネント上あるいはその間における排ガスターボチャージャー内またはその上での、負のポアソン比を有するオーセチック材料またはオーセチック構造体の新規な使用が提案される。
【００１３】
本発明の有利な構成では、オーセチック材料の使用が提案され、オーセチック材料またはオーセチック構造体は、ターボチャージャーハウジングの二つのハウジング壁の間、排ガスターボチャージャーのコンポーネントの中空空間内および／または互いに隣接する排ガスターボチャージャーの少なくとも二つのコンポーネント間に配置され、最後に言及した例では、オーセチック材料が好ましくは弾性接続要素として設けられる。
【００１４】
本発明のさらなる態様は、シャフトと、少なくともシャフト上に配置されたコンプレッサーホイールおよびタービンホイールと、その中にシャフトとコンプレッサーホイールとタービンホイールとが配置されるハウジングとを備えた排ガスターボチャージャーに関し、ハウジングの少なくとも一部は負のポアソン比を有するオーセチック材料から構成される。
【００１５】
本発明の好ましい構成では、ハウジングは、内側ハウジング壁と外側ハウジング壁と中間スペースとを備え、オーセチック材料（Ｍ）は、好ましくは中間スペース内で全体的に（完全に）ハウジング壁間に配置される。
【００１６】
ラジアルまたはアキシャル排ガスターボチャージャーのコンプレッサーおよび／またはタービン側ハウジングにオーセチック構造体を組み込むことにより、ハウジングの伸び挙動をローターの伸び挙動に適合させることができる。適合は、オーセチック構造体の幾何学的パラメーターのターゲット調整を通じて行われる。幾何学的パラメーターの調整は、圧力および遠心力の結果としての過渡的熱伸びおよび伸び比率を考慮して、ハウジングの伸び特性がローターの伸び特性に適合されるように行われる。これにより、定常動作中に実現される半径方向ギャップは従来の設計と比較してより狭くなる。この結果、タービンに関してより高い効率を、そしてコンプレッサーに関してより長いサージ制限間隔を実現できる。
【００１７】
さらに、コンプレッサーホイールおよび／またはタービンホイールの周りの領域、好ましくはハウジング壁間にオーセチック材料が全体的に（完全に）配置されることが好ましく、この結果、ターボチャージャーが破損した場合の付加的な安全効果が実現される。この場合、オーセチック構造体は、回転コンポーネントの衝突時に運動エネルギーを吸収するためのクラッシュゾーンとしてハウジング構造体に統合され、この結果、重量を大幅に増大させることなく、コンポーネントおよび／またはコンポーネント破片の飛び出しに対する安全性が向上する。
【００１８】
さらに、排ガスターボチャージャーの少なくとも二つの隣接するコンポーネント間（例えばベアリングハウジングとタービン流入ハウジングとの間）に、負のポアソン比を有するオーセチック材料から構成される弾性接続要素が配置されことが有利である。構造体は、例えば、一つのコンポーネントまたは両方のコンポーネントに印刷または塗布（付与）することができ、あるいは、詳しくは説明しない接続要素によって二つのコンポーネントに取り付けることができる。
【００１９】
代替的に、二つの隣接するコンポーネントは、オーセチック材料を介して互いに直接接続できる。
【００２０】
本発明のさらに有利な実施形態では、ハウジング内に、オーセチック材料で満たされた中空空間が設けられる。構造体を適切に構成することにより、必要な剛性が調整され、これによって軽量であるにもかかわらず振動に関する要件が満たされる。
【００２１】
その伸びが影響を受けることになる排ガスターボチャージャーのコンポーネントをオーセチック材料で覆うかあるいはそれにオーセチック材料を付加する場合も同様に有利である。
【００２２】
本発明の概念は、特に、以下の排ガスターボチャージャー、すなわちラジアルターボチャージャー、アキシャルターボチャージャー、ターボブロワーまたはタービン（パワータービン）において使用できる。
【００２３】
本発明のその他の有利なさらなる展開は従属請求項において言及されるか、あるいは本発明の好ましい実施形態の説明と共に以下の図によって示される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の例示的実施形態の概略図である。
【図２】本発明の例示的な代替実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図１および図２を参照して本発明についてより詳細に説明するが、図中の同じ参照符号は同じ構造体的および／または機能的特徴を指している。
【００２６】
図１には、本発明の第１の純粋に例示的な実施形態が大まかに示されている。図示されているのは、ローターブレード７を備えたローターＬ（例えばタービンホイールＴまたはコンプレッサーホイールＶ）を備えた排ガスターボチャージャーのハウジング３の一部である。ローターＬは、ハウジング３内でシャフト２上に配置されている。
【００２７】
ハウジング３は内側ハウジング壁４と外側ハウジング壁５とを有し、負のポアソン比を有するオーセチック材料Ｍまたはオーセチック構造体が二つのハウジング壁４，５間に配置される。
【００２８】
ローターブレード７と内側ハウジング壁４との間には、意図されたようにギャップＳが設けられる。
【００２９】
図示された例示的な実施形態において、オーセチック材料Ｍは、ハウジング壁４，５間のローターＬの周囲の領域に全体的に（完全に）配置される。
【００３０】
図２は、本発明の例示的な代替実施形態を大まかに示している。図示されているのは、排ガスターボチャージャーのコンポーネントＢ１およびコンポーネントＢ２であり、排ガスターボチャージャーの二つの隣接する、すなわち近接するコンポーネントＢ１，Ｂ２間には弾性接続要素１０が配置されており、これは、負のポアソン比を有するオーセチック材料Ｍまたはオーセチック構造体Ｍからなる。ここで、二つの隣接するコンポーネントＢ１，Ｂ２は、オーセチック材料Ｍによって互いに直接接続されている。
【００３１】
その実施形態では、本発明は、上述した好ましい例示的な実施形態に限定されない。むしろ、根本的に異なるタイプの実施形態と共に、やはり提示された解決策を利用する多くの変形例が考えられる。
【符号の説明】
【００３２】
３  ハウジング
４  内側ハウジング壁
５  外側ハウジング壁
７  ローターブレード
１０  接続要素
Ｂ１  コンポーネント１
Ｂ２  コンポーネント２
Ｌ  ローター
Ｍ  オーセチック材料／オーセチック構造体
Ｓ  ギャップ
Ｔ  タービンホイール
Ｖ  コンプレッサーホイール
【図１】
2020097937.tif 000003
【図２】
2020097937.tif 000004
【外国語明細書】
2020097937000001.pdf