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DE102009015353A1 - Loading device i.e. exhaust-gas turbocharger, for motor vehicle, has turbine housing with cartridge forming inner and outer walls within area of connection at housing and within area of channel, and spiral housing arranged at cartridge - Google Patents

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DE102009015353A1
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turbine
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cartridge
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Frank Pflueger
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BMTS Technology GmbH and Co KG
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Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
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    • F05D2220/00—Application
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The device has a turbine housing (1) with a supporting turbine cartridge (2) designed as a one-piece cast part and forming an injection nozzle inner wall and an injection nozzle outer wall within an area of a connection (7) at a bearing housing and within the area of an outlet channel (8). A single spiral housing (5) is arranged at the turbine cartridge. The spiral housing is formed from an interior shell (3) and an outer shell (4), and a defined gap (6) is formed between the inner and outer shells. The inner shell and/or outer shell are made of steel sheet, where sides of the inner shell and/or outer shell are coated with non-metallic material i.e. ceramic.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle according to the Preamble of claim 1.

Gattungsgemäße Ladeeinrichtungen sind hinlänglich bekannt und dienen der Leistungssteigerung von Kolbenmotoren, indem sie einen Luftmengen- und Kraftstoffdurchsatz pro Arbeitstakt erhöhen.generic Charging devices are well known and serve the Increase performance of piston engines by providing an air flow and increase fuel flow per stroke.

Aus der DE 100 61 846 A1 ist ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem ein Turbinengehäuse aus zwei beabstandeten Einzelteilen aus Blech aufgebaut ist, von denen eines eine Innenschale und eines eine Außenschale bildet und zwischen denen ein Zwischenraum ausgebildet ist. Mit einem derartigen Turbinengehäuse soll insbesondere die Leistungsfähigkeit des Abgasturboladers bzw. der Ladeeinrichtung gesteigert werden.From the DE 100 61 846 A1 an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine is known, in which a turbine housing is constructed of two spaced individual parts of sheet metal, one of which forms an inner shell and an outer shell and between which a gap is formed. In particular, the performance of the exhaust-gas turbocharger or of the charging device should be increased with such a turbine housing.

Weitere gattungsgemäße Ladeeinrichtungen sind beispielsweise aus der EP 1 303 683 B1 und aus der DE 299 09 018 U bekannt.Other generic charging devices are for example from the EP 1 303 683 B1 and from the DE 299 09 018 U known.

Ein großer Nachteil bei sich derzeit am Markt befindlichen Ladeeinrichtungen besteht darin, dass diese einem Abgas relativ viel Wärme entziehen und dadurch ein Katalysator in einem Abgasstrang, insbesondere während einer Startphase des Verbrennungsmotors, nur gering aufgeheizt wird und so seine volle Reinigungsleistung erst mit starker zeitlicher Verzögerung erreicht.One big disadvantage at present on the market Charging devices is that this relative to an exhaust gas extract a lot of heat and thereby a catalyst in one Exhaust line, especially during a launch phase of Internal combustion engine, only slightly heated and so its full Cleaning performance only after a considerable time delay reached.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche sich einerseits insbesondere durch einen geringen abgasseitigen Wärmeentzug und andererseits durch ein geringes Gewicht auszeichnet.The The present invention addresses the problem of for a charging device of the generic type Art, an improved or at least another embodiment indicate, on the one hand, in particular by a low exhaust gas side Heat extraction and on the other hand by a low weight distinguished.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Problem is inventively by the subject of the independent claim 1 solved. advantageous Embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Turbinengehäuse einer Ladeeinrichtung aus einer einteiligen und als Gussteil ausgebildeten Turbinenkartusche und einem damit verbundenen Spiralgehäuse auszubilden. Die Turbinenkartusche bildet dabei ein Traggerüst für das gesamte Turbinengehäuse, wobei das vorzugsweise aus einer Innenschale und einer Außenschale aufgebaute Spiralgehäuse zwischen seiner Innen- und seiner Außenschale einen definierten Zwischenraum aufweist. Im Bereich eines Anschlusses an ein Lagegehäuse als auch im Bereich eines Auslasskanals bildet dabei die Turbinenkartusche sowohl eine (Einspritzdüsen-)Innenwand als auch eine (Einspritzdüsen-)Außenwand des Turbinengehäuses, während die Innenwand im Bereich des Spiralgehäuses von der Innenschale desselben und die Außenwand von der Außenschale desselben gebildet werden, sofern das Spiralgehäuse in zweischalig aufgebaut ist. Durch die leichte Ausbildung des Spiralgehäuses kann das Turbinengehäuse insgesamt deutlich leichter ausgebildet werden, wodurch die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung insgesamt ein geringeres Gewicht aufweist. Zudem wird durch die vorzugsweise zweischalige und insbesondere schlecht wärmeleitende Ausbildung des Spiralgehäuses eine Temperatur eines einem Turbinenrad zugeführten Abgasstroms in nur vergleichsweise geringem Maße reduziert, wodurch sich ein mit der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung aufgeladener Verbrennungsmotor, insbesondere während einer Kaltstartphase, schneller aufheizt und dadurch auch einen sich in einem Abgasstrang befindlichen Katalysator schneller erwärmt, so dass dieser schneller seine volle Reinigungswirkung entfalten kann. Aufgrund der Tatsache, dass in dem leichten Spiralgehäuse auch deutlich weniger Wärmeenergie gespeichert werden kann, muss auch nach einem Abschalten des Verbrennungsmotors und dadurch nach einem Abschalten der Ladeeinrichtung nicht befürchtet werden, dass noch in der Ladeeinrichtung befindliches Lageröl verkokt. Hierzu besitzt nämlich das Spiralgehäuse zu wenig Masse und kann aus diesem Grund nicht die für eine Verkokung des Öls erforderliche Wärmeenergie speichern und später abgeben. Von besonderem Vorteil ist aber auch, dass durch das vergleichsweise leichte Turbinengehäuse die gesamte Ladeeinrichtung deutlich leichter aufgebaut werden kann und dadurch weniger wiegt, wodurch beim Betrieb des Verbrennungsmotors weniger Kraftstoff verbraucht und dadurch auch weniger CO2-Emissionen erzeugt werden.The present invention is based on the general idea of forming a turbine housing of a charging device from a one-piece and formed as a casting turbine cartridge and a spiral housing connected thereto. The turbine cartridge forms a support frame for the entire turbine housing, wherein the preferably constructed of an inner shell and an outer shell spiral housing between its inner and outer shell has a defined gap. In the region of a connection to a positional housing as well as in the region of an outlet channel, the turbine cartridge forms both an (injector) inner wall and an (injector) outer wall of the turbine housing, while the inner wall in the region of the volute casing of the inner shell of the same and the outer wall of the outer shell thereof are formed, provided that the spiral housing is constructed in two-shelled. Due to the lightweight design of the spiral housing, the turbine housing can be made much easier overall, whereby the charging device according to the invention has a total of a lower weight. In addition, a temperature of a turbine wheel supplied exhaust gas flow is reduced in only a comparatively small extent by the preferably bivalve and in particular poor heat conducting design of the volute casing, whereby a supercharged with the charging device according to the invention internal combustion engine, especially during a cold start phase, heats up faster and thereby also in an exhaust line catalyst heats faster, so that it can develop its full cleaning effect faster. Due to the fact that significantly less heat energy can be stored in the lightweight volute casing, even after a shutdown of the internal combustion engine and thus after switching off the charging device, it is not to be feared that the bearing oil still contained in the charging device becomes coked. For this purpose, namely, the spiral housing has too little mass and can not save the necessary for a coking of the oil heat energy for this reason and later deliver. Of particular advantage, however, is that the entire charging device can be constructed significantly lighter and thereby weighs less, which consumes less fuel during operation of the internal combustion engine and thereby less CO 2 emissions are generated by the relatively lightweight turbine housing.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, sind die Innenschale und/oder die Außenschale aus Metall, insbesondere aus Stahlblech, ausgebildet. Derartige Stahlbleche bieten dabei den großen Vorteil, im Vergleich zu Gehäuseteilen aus Gusswerkstoffen vergleichsweise leicht zu bauen. Durch eine Ausbildung der Innen- und/oder der Außenschale aus Metall kann darüber hinaus ein Berstverhalten bei einem Versagen des Turbinenrades günstig beeinflusst werden.at an advantageous embodiment of the invention Solution, are the inner shell and / or the outer shell made of metal, in particular made of sheet steel. such Steel sheets offer the big advantage, in comparison To housing parts made of cast materials comparatively easily to build. By forming the inner and / or the outer shell In addition, a bursting behavior at a metal can Failure of the turbine wheel are favorably influenced.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawing and from the associated Description of the figures with reference to the drawing.

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 not only in the particular Kom but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.One preferred embodiment of the invention is in the Drawing and shown in the following description explained in more detail.

Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse einer Ladeeinrichtung.The only 1 shows a sectional view through an inventive turbine housing a charging device.

Entsprechend der 1, weist ein Turbinengehäuse 1 einer im Übrigen nicht gezeigten Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers für ein Kraftfahrzeug, eine als einteiliges Gussteil, insbesondere aus Feinguss, ausgebildete Turbinenkartusche 2 auf. An der Turbinenkartusche 2 ist dabei ein zweischaliges, dass heißt ein aus einer Innenschale 3 und aus einer Außenschale 4 aufgebautes, Spiralgehäuse 5 angeordnet, wobei zwischen der Innenschale 3 und der Außenschale 4 ein definierter Zwischenraum 6 vorgesehen ist. Betrachtet man das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 1, so erkennt man, dass die Turbinenkartusche 2 im Bereich eines Anschlusses 7 an ein nicht dargestelltes Lagergehäuse und im Bereich eines Auslasskanals 8 sowohl eine Innenwand als auch eine Außenwand des Turbinengehäuses 1 bildet. In Axialrichtung dazwischen liegend ist das Spiralgehäuse 5 angeordnet, wobei dieser Bereich des Spiralgehäuses 5 von Armen 9 der Turbinenkartusche 2 überbrückt wird. Die Arme 9, vorzugsweise drei, verbinden dabei den Anschluss 7 und mit dem den Auslasskanal 8 bildenden Bereich der Turbinenkartusche 2.According to the 1 , has a turbine housing 1 an otherwise not shown charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, as a one-piece casting, in particular from investment casting, formed turbine cartridge 2 on. At the turbine cartridge 2 is a bivalve, that is one from an inner shell 3 and from an outer shell 4 constructed, spiral housing 5 arranged, being between the inner shell 3 and the outer shell 4 a defined gap 6 is provided. Considering the turbine housing according to the invention 1 , so you realize that the turbine cartridge 2 in the area of a connection 7 to an unillustrated bearing housing and in the region of an outlet channel 8th both an inner wall and an outer wall of the turbine housing 1 forms. In the axial direction lying between the spiral housing 5 arranged, this area of the volute casing 5 from poor 9 the turbine cartridge 2 is bridged. The poor 9 , preferably three, connect the connection 7 and with that the exhaust duct 8th forming area of the turbine cartridge 2 ,

Das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 1 weist dabei mehrere entscheidende Vorteile auf: Zum einen ist es im Vergleich zu einem komplett als Gussteil ausgebildeten Turbinengehäuse vergleichsweise leicht, da insbesondere das Spiralgehäuse 5 deutlich leichter ist als ein vergleichbares massives Spiralgehäuse aus einem Gusswerkstoff. Darüber hinaus wird insbesondere im Bereich des Spiralgehäuses 5 weniger Wärmeenergie gespeichert, so dass das Turbinengehäuse 1 nach einem Abschalten der Ladeeinrichtung auch weniger Wärme abstrahlt und dadurch die Gefahr des Verkokens eines Lageröls reduziert werden kann. Von besonderem Vorteil aber dürfte sein, dass durch das an sich gut wärmeisolierende Spiralgehäuse 5 den dem Turbinenrad zugeführten Abgasstrom weniger Wärmeenergie entzogen und dadurch die Leistung der Ladeeinrichtung gesteigert werden kann.The turbine housing according to the invention 1 In this case, it has a number of decisive advantages: Firstly, it is comparatively easy in comparison to a turbine housing designed completely as a casting, since in particular the volute casing 5 much lighter than a comparable solid spiral housing made of a cast material. In addition, especially in the area of the volute casing 5 stored less heat energy, leaving the turbine housing 1 after a shutdown of the charger also less heat radiates and thereby the risk of coking of a bearing oil can be reduced. Of particular advantage, however, would be that by the good heat insulating spiral housing 5 the exhaust gas flow supplied to the turbine wheel less heat energy withdrawn and thereby the performance of the charging device can be increased.

Sowohl die Innenschale 3 als auch die Außenschale 4 sind dabei vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus einem Stahlblech, ausgebildet und bspw. in einem Vorfertigungsschritt mit der Turbinenkartusche 2 verpresst. In einem zweiten, dass heißt darauf folgenden Arbeitsschritt, werden das Spiralgehäuse 5 und die Turbinenkartusche 2 miteinander fixiert, vorzugsweise verschweißt. Aufgrund der Tatsache, dass die Turbinenkartusche 2 vorzugsweise als Feingussteil ausgebildet ist, ist eine weitere mechanische Nacharbeit, etwa ein Ausdrehen eines Turbinenradsitzes, nicht mehr erforderlich.Both the inner shell 3 as well as the outer shell 4 are preferably made of metal, in particular of a steel sheet, formed and, for example, in a prefabrication step with the turbine cartridge 2 pressed. In a second, that is to say subsequent work step, the volute casing becomes 5 and the turbine cartridge 2 fixed together, preferably welded. Due to the fact that the turbine cartridge 2 is preferably designed as a precision casting, a further mechanical rework, such as a turning out of a turbine wheel seat, is no longer necessary.

Auf einer dem Zwischenraum 6 zugewandten Seite der Innenschale 3 und/oder der Außenschale 4 kann darüber hinaus eine schlecht wärmeleitende Schicht, insbesondere ein nicht metallisches Material, wie bspw. eine Keramik, aufgebracht sein, die einen Wärmeverlust über das Spiralgehäuse 5 zusätzlich reduziert.On a the gap 6 facing side of the inner shell 3 and / or the outer shell 4 In addition, a poorly heat-conductive layer, in particular a non-metallic material, such as, for example, a ceramic, be applied, the heat loss through the volute casing 5 additionally reduced.

Generell kann das Turbinengehäuse 1 als ein- oder zweiflutiges Turbinengehäuse ausgebildet sein und/oder einen Wastegate, bspw. ein Wastegate-Ventil, aufweisen. Darüber hinaus ist auch denkbar, dass das Turbinengehäuse 1 und/oder die Turbinenkartusche 2 zur Aufnahme einer nicht dargestellten, variablen Turbinengeometrie ausgebildet sind/ist. Zur Abstützung der Innenschale 3 gegenüber der Außenschale 4 kann zwischen diesen eine Abstützung 10, insbesondere in der Art eines Drahtgeflechts, vorgesehen werden. Selbstverständlich kann darüber hinaus an der Außenschale 4 ein nicht gezeigter Absauganschluss zur Evakuierung des Zwischenraums 6 angeordnet werden, wobei darüber hinaus das Turbinengehäuse 1 einstückig mit einem an einem Zylinderauslass eines Verbrennungsmotors anbaubaren Abgaskrümmer ausgebildet werden kann. Der Abgaskrümmer kann dabei bspw. spaltisoliert sein und ein einteiliges Bauteil bilden, wobei durch das Turbinengehäuse 1 und den isolierten Abgaskrümmer bspw. ein vakuumspalt-, ein luftspaltisolierter oder ein flüssigkeitsgekühltes Abgaskrümmermodul geschaffen werden kann. Generell kann das aus der Innenschale 3 und der Außenschale 4 bestehende Spiralgehäuse 5 ein einteiliges Bauteil bilden.Generally, the turbine housing 1 be designed as a single or double-flow turbine housing and / or a wastegate, for example. A wastegate valve, have. In addition, it is also conceivable that the turbine housing 1 and / or the turbine cartridge 2 are designed for receiving a variable turbine geometry, not shown, is / is. For supporting the inner shell 3 opposite the outer shell 4 can be a support between these 10 , in particular in the manner of a wire mesh, are provided. Of course, beyond that, on the outer shell 4 a not shown suction port for evacuation of the gap 6 in addition, the turbine housing 1 can be formed integrally with an attachable to a cylinder outlet of an internal combustion engine exhaust manifold. The exhaust manifold may be, for example, split-insulated and form a one-piece component, wherein through the turbine housing 1 and the isolated exhaust manifold, for example, a vacuum gap, an air gap insulated or a liquid cooled exhaust manifold module can be provided. Generally this can be done from the inner shell 3 and the outer shell 4 existing volute casing 5 form a one-piece component.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - EP 1303683 B1 [0004] - EP 1303683 B1 [0004]
  • - DE 29909018 U [0004] - DE 29909018 U [0004]

Claims (11)

Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einem Turbinengehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) eine als einteiliges Gussteil ausgebildete tragende Turbinenkartusche (2) aufweist, die im Bereich eines Anschlusses (7) an ein Lagergehäuse und im Bereich eines Auslasskanals (8) sowohl eine Einspritzdüsen-Innenwand als auch eine Einspritzdüsen-Außenwand bildet, wobei an der Turbinenkartusche (2) ein zumindest einschaliges Spiralgehäuse (5) angeordnet ist.Charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, with a turbine housing ( 1 ), characterized in that the turbine housing ( 1 ) a bearing as a one-piece cast turbine cartridge ( 2 ) located in the vicinity of a terminal ( 7 ) to a bearing housing and in the region of an outlet channel ( 8th ) forms both an injection nozzle inner wall and an injection nozzle outer wall, wherein on the turbine cartridge ( 2 ) an at least single-shell spiral housing ( 5 ) is arranged. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiralgehäuse (5) zumindest zweischalig, das heißt aus einer Innenschale (3) und einer Außenschale (4) aufgebaut ist, wobei zwischen der Innen- und der Außenschale (3, 4) ein definierter Zwischenraum (6) ausgebildet ist.Charging device according to claim 1, characterized in that the spiral housing ( 5 ) at least two shells, that is from an inner shell ( 3 ) and an outer shell ( 4 ), wherein between the inner and the outer shell ( 3 . 4 ) a defined gap ( 6 ) is trained. Ladeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Innenschale (3) und/oder die Außenschale (4) aus Metall, insbesondere aus Stahlblech, ausgebildet sind, und/oder – dass die Turbinenkartusche (2) aus Feinguss ausgebildet ist.Charging device according to claim 2, characterized in that - the inner shell ( 3 ) and / or the outer shell ( 4 ) are formed of metal, in particular of sheet steel, and / or - that the turbine cartridge ( 2 ) is made of precision casting. Ladeeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zwischenraum (6) zugewandten Seiten der Innenschale (3) und/oder der Außenschale (4) mit einem nichtmetallischen Material, insbesondere mit einer Keramik, zumindest teilweise belegt sind.Charging device according to claim 2 or 3, characterized in that the space ( 6 ) facing sides of the inner shell ( 3 ) and / or the outer shell ( 4 ) are at least partially occupied with a non-metallic material, in particular with a ceramic. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) als einflutiges oder als zweiflutiges Turbinengehäuse ausgebildet ist.Charging device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the turbine housing ( 1 ) is designed as a single-flow or as a double-flow turbine housing. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) einen Wastegate aufweist.Charging device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the turbine housing ( 1 ) has a wastegate. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) und/oder die Turbinenkartusche (2) zur Aufnahme einer variabeln Turbinengeometrie ausgebildet sind/ist.Charging device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the turbine housing ( 1 ) and / or the turbine cartridge ( 2 ) are designed to receive a variable turbine geometry / is. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenschale (3) und der Außenschale (4) zumindest bereichsweise eine Abstützung (10), insbesondere ein Drahtgeflecht, vorgesehen ist.Charging device according to one of claims 2 to 7, characterized in that between the inner shell ( 3 ) and the outer shell ( 4 ) at least in some areas a support ( 10 ), in particular a wire mesh, is provided. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenschale (4) ein Absauganschluss zur Evakuierung des Zwischenraums (6) angeordnet ist.Charging device according to one of claims 2 to 8, characterized in that on the outer shell ( 4 ) a suction port for evacuating the gap ( 6 ) is arranged. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) einstückig mit einem an einem Zylinderauslass eines Verbrennungsmotors anbaubaren Abgaskrümmer ausgebildet ist.Charging device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the turbine housing ( 1 ) is integrally formed with an attachable to a cylinder outlet of an internal combustion engine exhaust manifold. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiralgehäuse (5) einteilig ausgebildet ist.Charging device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the spiral housing ( 5 ) is formed in one piece.
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