CN101535600B - 涡轮增压器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涡轮增压器(1)，该涡轮增压器包括一台压缩机(8)和一个涡轮机转子(10)，该压缩机带有被固定到一个转子轴(6)一端上的一个压缩机叶轮(9)，该涡轮机转子具有一个涡轮机叶轮(5)，该涡轮机叶轮带有一个固定部分(11)，该固定部分可以通过一个连接装置(14，15)连接到转子轴(6)的一个连接器部件(12)上，所述连接器装置(14，15)被设计为压力连接与强制装配连接的一种组合，连接器部件(12)的截面(Q1，Q1’，Q”)是等宽弧线形的。
Description
技术领域
本发明涉及这样一种涡轮增压器，它包括一台压缩机，该压缩机具有一个压缩机叶轮，该压缩机叶轮被固定到一个转子轴的一端上；并且包括一台涡轮机，该涡轮机具有一个涡轮机转子，该涡轮机转子包括一个涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮具有能够通过一个连接装置连接到该转子轴的一个连接部件上的一个紧固部分。本发明涉及这样一种涡轮机转子，该涡轮机转子具有一个涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮配备有能够通过一个连接装置连接到一个转子轴的一个连接部件上的一个紧固部分，并且本发明涉及用于生产此类型的涡轮机转子的一个方法，其中该紧固部分被设计为一个孔并且该转子轴的连接部件被实施为一个轴颈，为了产生该压力装配，在该连接操作之前将该轴颈冷却到这样一种程度使之有可能将该孔与该轴颈装在一起，此后一旦该轴颈被加热则产生该连接配合。
背景技术
由EP 1621774A2已知该属类的一种涡轮增压器。
发明内容
本发明的目的是提供这样一种用于内燃机的涡轮增压器，它包括一台压缩机，该压缩机具有一个压缩机叶轮，该压缩机叶轮被固定到一个转子轴的一端上；并且包括一台涡轮机，该涡轮机具有一个涡轮机转子，该涡轮机转子包括一个涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮具有能够通过一个连接装置连接到该转子轴的一个连接部件上的一个紧固部分。并且，本发明提供此类型的一种涡轮增压器的一个涡轮机转子，该涡轮机转子使之有可能在涡轮机转子与涡轮机叶轮之间提供一种连接装置，该连接装置具有一种简单设计、易于进行生产并且同时满足相对于强度和耐热性的常规需要。
就根据本发明的涡轮增压器而言，此目的是通过以下这些特征实现的：一种涡轮增压器，它包括一台压缩机，该压缩机具有一个压缩机叶轮，该压缩机叶轮被固定到一个转子轴的一端上；并且包括一台涡轮机，该涡轮机具有一个涡轮机转子，该涡轮机转子包括一个涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮具有能够通过一个连接装置连接到该转子轴的一个连接部件上的一个紧固部分，其特征在于该连接装置被实施为一种压力连接与一种强制锁定连接的一种组合，其中该连接部件的截面被实施为一种等宽弧线形。就该涡轮机转子以及用于生产一个涡轮机转子的方法而言，该目的是通过以下这些特征实现的：用于生产一种涡轮增压器的一个涡轮机转子的一种方法，其中该涡轮机转子具有一个涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮配备有能够通过一个连接装置连接到一个转子轴的一个连接部件上的一个紧固部分，其特征在于将该紧固部分以及该连接部件的尺寸和截面形状选择为将一种组合的压力连接/强制锁定连接建立成为该连接装置；以及根据上述技术方案的方法，其特征在于该紧固部分被设计为一个孔并且该转子轴的连接部件被实施为一个轴颈，为了产生该压力装配，在该连接操作之前将该轴颈冷却到这样一种程度使之有可能将该孔与该轴颈装在一起，此后一旦该轴颈被加热则产生该连接配合。
分别引用以上技术方案的其他技术方案包含了本发明的多种有利的改进。
通过举例，具体是在由TiAl(钛铝合金)制成的一个涡轮机转子以及由钢(如具体由阀门钢或马氏体钢、奥氏体钢或耐热钢)制成的一个转子轴的情况下，因此有可能根据本发明使该涡轮机叶轮的轴线与该转子轴的轴线满意地彼此对准并且减少从该涡轮机叶轮到该转子轴的热传导。
此外，存在的优点是根据本发明的涡轮增压器或者根据本发明的涡轮机转子的连接装置不再需要额外的帮助，例如焊接剂。
相对于本发明的进一步的优点，可以参见以下清单：
-构造简单，
-部件数目小，
-根据本发明的涡轮机转子的这些单独部件的简单、可靠的准备，
-相对简单的连接方法，
-利用了该涡轮机转子的这些材料的相似的物理值，
-由于在连接操作过程中减少的热量流入而避免了这些材料的微结构的改变，
-由于通过几何学上未定义的切削(研磨)来加工该涡轮机转子的这些部件，其结果是这样该材料具有对于避免裂纹有利的残余压缩应力，在钛铝合金中避免了裂纹，
-使用了预先车削的多个转子轴，在这种情况下，根据本发明的转子的这两个元件的狭窄的配合以及小的径向游隙使之有可能连接已被预先车削为研磨尺寸的一个转子轴，并且在最好的情况下甚至能够连接一个精车削的转子轴。这导致进一步的优点，即可以将重点放在减少制造成本上，并且除此之外，有可能减少因为研磨在优待连接的这些部件上的机械负荷，该研磨引起了在这些表面中的一种压缩应力，并且这对连接强度具有一种积极影响。
附图说明
本发明进一步的细节、优点和特征将由参见以下附图的示例性方案的以下说明而变得清楚，在附图中：
图1示出根据本发明的一台涡轮增压器的一个部分切除的透视图解，
图2示出根据本发明的一个涡轮机转子将该转子轴与该涡轮机叶轮连接之前的一个部分切除的侧视图，它是图1中的涡轮增压器的一部分，
图3示出已将该转子轴与该涡轮机叶轮连接之后，对应于图2的涡轮机转子的一个图示，并且
图4A至图4C示出根据本发明的涡轮机转子的一个连接装置的一个轴颈截面的不同变体。
具体实施方式
图1以一个部分切除的示图示出根据本发明的一台涡轮增压器1。
该涡轮增压器1具有一个涡轮机2，该涡轮机包括一个排气入口开口3以及一个排气出口开口4。
此外，将紧固到一个转子轴6的一端上的一个涡轮机叶轮5安排在涡轮机2的壳体内。
将多个叶片(图1中只能看到涡轮机的叶片7)安排在排气入口开口3与涡轮机叶轮5之间的涡轮机壳体中。
此外，涡轮增压器1具有一台压缩机8，该压缩机包括一个压缩机叶轮9，该压缩机叶轮被紧固到转子轴6的另一端上并且被安排在压缩机8的壳体中。
当然，根据本发明的涡轮增压器1还具有一台涡轮增压器的所有其他常规元件，如带有支承壳体单元的一个支承壳体，等等，但是在下文不对它们进行说明，因为不需要它们来说明本发明的原理。
图2示出在将转子轴6与所述涡轮机转子的涡轮机叶轮5彼此连接之前涡轮机转子10的一个部分截面示图。
如图2所示，转子轴6的末端之一配备有一个连接部件12，该连接部件在图2中以截面示出。由该示图变得很清楚，在图2所展示的实施方案中，连接部件12具有一个中心孔16，该中心孔配备有相对于转子轴6的中轴线A横向延伸的一个通风孔13。
涡轮机叶轮5具有一个紧固部分，该紧固部分(作为举例)被实施为一个轴颈17。图2还示出轴颈17的外部圆周表面或侧表面14以及孔16的内部圆周表面或内侧表面15，并且它们一起形成了根据本发明被实施为一种压力连接的一种连接装置。根据本发明，将孔16的以及轴颈17的尺寸提供为能够生产根据DIN ISO 286T2配置的一种过尺寸配合，以便将转子轴6与涡轮机叶轮5连接在一起。
通过举例，可以包括一种过尺寸配合H6/r5。
从图3可以获悉完成连接的涡轮机转子安排10，其中通风孔13确保密封空气(该密封空气是在连接这些部件时发生的并且将表示一个否则的话会被包藏在内的空气容积)能够逸出。
在图2和图3中，虽然涡轮机叶轮5配备有一个轴颈17并且转子轴6配备有一个对应尺寸的孔16，但也可以通过相反的安排(即通过具有一个轴颈的一个转子轴6以及包括一个对应实施的孔的涡轮机叶轮)来连接这些部件。
图4A至图4C示出不同的截面形状，可想像将这些截面形状用于该轴颈17的外表面14。
图4A至图4C示出的这些截面是处于一种等宽弧线(orbiform)的形式并且由Q1、Q1’和Q1”表示。
在这种情况下，截面Q1是一个三角形的等宽弧线形，此术语表示一个截面，该截面展示了对于每一个方向具有相同厚度的一个图形。
该截面形状Q1’表示根据图4A带有多个圆拐角的等宽弧线形。
通过举例，图4C展示了一个五边形的等宽弧线形Q1”。原则上，也可想像其他的形状，具体的，例如一个四边形的等宽弧线形。
能够看到这种截面形状的优点在于，不仅通过压力装配而且通过额外的强制锁定来确保力或扭矩的传输。
关于根据本发明的方法，还应参考以下内容：
根据本发明的涡轮机转子10可以优选地由材料TiAl制成并且包括通过熔模铸造法生产的一个涡轮机叶轮5。进而，转子轴6优选由阀门钢或耐热钢、马氏体钢或奥氏体钢生产。
除其他因素外，根据本发明用于生产以上说明的涡轮机转子10的方法的突出之处在于能够不使用额外的帮助(例如焊接剂)而在两个元件5与6之间建立连接。用于连接这些部件5、6所要求的紧密配合取决于这些元件5、6的和负载的大小。
能够通过研磨来获得涡轮机叶轮5的轴颈17的所优选地要求的狭窄的公差，有可能使涡轮机叶轮5在其以压力装配的连接表面处具有压缩应力，该压缩应力对于一种可能是相对脆性的材料特性是有益的。
根据本发明，转子轴6配备有一个精确配合的孔16。在这种情况下，优选使涡轮机叶轮的轴颈具有使这两个部件5、6更易连接的一个切角或倒角18。材料组合TiAl/钢能够进行不同选择；然而，一种阀门钢代表一个优选的实施方案，因为这在涡轮机叶轮5与转子轴6之间造成相对地相等的热膨胀系数，所以通过该阀门钢允许获得在不同温度下的可靠配合。
如以上所说明，该压力装配是通过轴颈17或孔16的两个互相邻接的圆周表面或侧表面14和15而获得的，通过使用一个额外的连接装置，该连接装置在轴(如果该转子轴配备有孔16)的圆周上均匀地加热并且将涡轮机叶轮5的轴颈17尽可能远地插入到被均匀加热的轴内，则有可能将涡轮机叶轮5与转子轴6连接。
此外，有利的是在这个安排中，将该连接方法中的两个元件通过一种特别的负载连接在一起，该特别的负载(例如)是0.1N/mm2或更高，但小于涡轮机叶轮5的以及转子轴6的屈服应力。
此外，该连接操作能够在保护性气氛(例如惰性气体或还原气体)下发生，其中在该连接方法中的这些元件之一通过射频加热被加热到所要求的连接温度。
然而，如以上所说明，如果轴颈17被装配在转子轴6上并且孔16被装配在涡轮机叶轮5内，则能够使用极大地降低温度的一种介质(例如像液氮)将连接装置中的轴冷却到使其装入涡轮机叶轮5中的孔16之中的程度。
关于以上已同样说明的通风孔13，应该强调的是有可能提供至少一个孔，但也可能是多个这样的孔。
除了以上本发明的这些特征的书面说明之外，为了其额外的披露对图1至图4C中的本发明的展示性说明作出明确的参引。
参考标记清单
1涡轮增压器/排气涡轮增压器
2涡轮机
3排气入口开口
4排气出口开口
5涡轮机叶轮
6转子轴
7叶片
8压缩机
9压缩机叶轮
10涡轮机转子
11紧固部分
12连接部件
13通风孔
14，15连接装置＝11和12的侧表面
16孔
17轴颈
18插入切角/倒角
Q1，Q1′，Q1″截面(处于不同变体中的等宽弧线形)
Claims (19)
1.一种涡轮增压器（1）
- 包括一台压缩机（8），该压缩机具有一个压缩机叶轮（9），该压缩机叶轮被固定到一个转子轴（6）的一端上；并且
- 包括一台涡轮机（2），该涡轮机具有一个涡轮机转子（10），该涡轮机转子包括一个涡轮机叶轮（5），该涡轮机叶轮具有能够通过一个连接装置（14，15）连接到该转子轴（6）的一个连接部件（12）上的一个紧固部分（11），
其特征在于
- 该连接装置（14，15）被实施为一种压力连接与一种强制锁定连接的一种组合，其中该连接部件（12）的截面（Q1，Q1’，Q1”）被实施为一种等宽弧线形；并且
- 该紧固部分（11）被实施为一个配备有一个通风孔（13）的孔（16）并且该连接部件（12）被实施为一个轴颈（17）；或者，该紧固部分（11）被实施为一个轴颈（17）并且该连接部件（12）被实施为一个配备有一个通风孔（13）的孔（16）。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于该等宽弧线形（Q1’）被实施为一种弧线三角形。
3.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于该等宽弧线形（Q1”）被实施为一种等宽弧线形的多边形。
4.如权利要求1至3之一所述的涡轮增压器，其特征在于该涡轮机叶轮（5）的材料是TiAl。
5.如权利要求1至3之一所述的涡轮增压器，其特征在于该转子轴（6）的材料是耐热钢。
6.如权利要求1至3之一所述的涡轮增压器，其特征在于该转子轴（6）的材料是阀门钢。
7.如权利要求1至3之一所述的涡轮增压器，其特征在于该转子轴（6）的材料是一种马氏体钢。
8.如权利要求1至3之一所述的涡轮增压器，其特征在于该转子轴（6）的材料是一种奥氏体钢。
9.一种涡轮增压器（1）的一个涡轮机转子
- 包括一个涡轮机叶轮（5），该涡轮机叶轮具有一个紧固部分（11），并且
- 包括一个转子轴（6），该转子轴具有一个连接部件（12），该连接部件能够通过一个连接装置（14，15）连接到该涡轮机叶轮（5）的紧固部分（11）上,
其特征在于
- 该连接装置（14，15）被实施为一种压力连接与一种强制锁定连接的一种组合，其中该连接部件（12）的截面（Q1，Q1’，Q1”）被实施为一种等宽弧线形，并且
- 该紧固部分（11）被实施为一个配备有一个通风孔（13）的孔（16）并且该连接部件（12）被实施为一个轴颈（17）；或者，该紧固部分（11）被实施为一个轴颈（17）并且该连接部件（12）被实施为一个配备有一个通风孔（13）的孔（16）。
10.如权利要求9所述的涡轮机转子，其特征在于该等宽弧线形（Q1’）被实施为一种弧线三角形。
11.如权利要求9所述的涡轮机转子，其特征在于该等宽弧线形（Q1”）被实施为一种等宽弧线形的多边形。
12.如权利要求9至11之一所述的涡轮机转子，其特征在于该涡轮机叶轮（5）的材料是TiAl。
13.如权利要求9至11之一所述的涡轮机转子，其特征在于该转子轴（6）的材料是耐热钢。
14.如权利要求9至11之一所述的涡轮机转子，其特征在于该转子轴（6）的材料是阀门钢。
15.如权利要求9至11之一所述的涡轮机转子，其特征在于该转子轴（6）的材料是一种马氏体钢。
16.如权利要求9至11之一所述的涡轮机转子，其特征在于该转子轴（6）的材料是一种奥氏体钢。
17.用于生产一种涡轮增压器（1）的一个涡轮机转子（10）的一种方法，其中该涡轮机转子（10）具有一个涡轮机叶轮（5），该涡轮机叶轮配备有能够通过一个连接装置（14，15）连接到一个转子轴（6）的一个连接部件（12）上的一个紧固部分（11），其特征在于将该紧固部分（11）以及该连接部件（12）的尺寸和截面形状选择为将一种组合的压力连接与强制锁定连接建立成为该连接装置（14，15），并且
将该转子轴（6）的连接部件（12）设计为一个配备有一个通风孔（13）的孔（16）并且将该紧固部分（11）设计为一个轴颈（17），其中压力装配是通过在该孔（16）的圆周上进行均匀加热然后将其连接到该轴颈（17）上来产生的；或者
将该紧固部分（11）设计为一个配备有一个通风孔（13）的孔（16）并且将该转子轴（6）的连接部件（12）实施为一个轴颈，为了产生压力装配，在连接操作之前将该轴颈冷却到这样一种程度使之有可能将该孔与该轴颈装在一起，此后一旦该轴颈被加热则产生连接配合。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于该转子轴（6）是预车削的或者精车削的。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于该孔（16）的深度被设定为大于该轴颈（17）的长度，并且该通风孔（13）被安排在该孔（16）的一个区域内，该孔在已将该转子轴（6）与该涡轮机叶轮（5）连接在一起的状态中不被该轴颈（17）覆盖。
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