CN104704245A - 具有叶轮的排气涡轮增压器轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排气涡轮增压器轴（1），其具有以形状闭合方式被连接到排气涡轮增压器轴的叶轮（2）且被连接到设置在排气涡轮增压器轴的外部弯曲表面上的轴螺母（3）。轴螺母（3）被插入到所述叶轮（2）的中央孔内以使得所述叶轮（2）与所述轴螺母（3）沿径向方向（R）和周向方向（U）形成形状闭合连接。

Description

具有叶轮的排气涡轮增压器轴

技术领域

本发明涉及具有与其连接的叶轮的排气涡轮增压器轴。

背景技术

排气涡轮增压器的叶轮必须被连接到排气涡轮增压器轴，使得在排气涡轮增压器操作期间，确保转矩从叶轮传递到排气涡轮增压器轴和/或从排气涡轮增压器轴传递到叶轮。

为此目的，已经已知的是排气涡轮增压器的压缩机轮通过非形状配合被连接到排气涡轮增压器轴。为此目的，压缩机轮具有中央孔，其通过适当配合被设置成接触排气涡轮增压器轴，其中除此之外还提供轴螺母，其被拧到排气涡轮增压器轴上并且防止压缩机轮在排气涡轮增压器轴上的不期望的轴向位移。不过这样的非形状配合限制了能够从排气涡轮增压器轴传递到压缩机轮的转矩的上限且因此也限制了压缩机轮的直径。这进而限制了压缩机的最大空气吞吐量，并且决定了用于压缩机的构造套件尺寸。

DE 10 2010 010 136 A1已经公开了具有至少一个叶轮的轴和用于将叶轮紧固到涡轮增压器的轴的方法。所述涡轮增压器轴形成与叶轮的形状配合连接，其中叶轮具有至少一个形状配合区段，其在组装状态与轴的相关形状配合区段形成沿径向方向和周向方向的形状配合连接。叶轮的所述形状配合区段和轴的所述形状配合区段各自具有滚花，其具有彼此接合以便产生形状配合作用的多个沟槽或锯齿或齿。已知装置还具有轴螺母，其被拧到轴端部上并且形成轴向非形状配合连接且因此防止叶轮在轴上的不期望轴向位移。

发明内容

本发明的目标是在形状配合连接方面改进排气涡轮增压器轴，所述排气涡轮增压器轴具有以形状配合方式与其连接的叶轮。

借助于具有权利要求1限定的特征的排气涡轮增压器轴来实现所述目标。所述排气涡轮增压器轴具有以形状配合方式与其连接的叶轮。所述排气涡轮增压器轴被连接到设置在其外部壳体上的轴螺母。所述轴螺母被插入到叶轮的中央孔内，使得叶轮与设置在排气涡轮增压器轴的外部壳体上的轴螺母形成沿径向方向和周向方向的形状配合连接。轴螺母材料配合地连接到轴。例如轴螺母首先被拧到轴上且之后与其材料配合连接。可以例如通过焊接工艺或粘结剂粘结工艺来实现材料配合连接。

叶轮的中央孔有利地具有接收区段，其内部壳体形状对应于轴螺母的外部壳体形状。当叶轮已经被紧固在轴上时轴螺母被插入到所述接收区段内。轴螺母优选地是六角螺母。

本发明的优点具体在于，通过使用轴螺母作为形状配合元件以及轴螺母与排气涡轮增压器轴的固定连接加强了在排气涡轮增压器轴和叶轮之间的形状配合。这也有助于通过轴螺母的外部壳体的耐用形式增强在轴螺母和叶轮之间的防旋转作用并且还降低在轴螺母和叶轮之间的接触点区域内损坏的可能性。

所述形状配合使得高转矩能够从叶轮传递到轴且反之亦然。这尤其允许在尺寸不变的排气涡轮增压器中使用较大叶轮。

附图说明

基于附图从下述示例性解释中将显而易见到本发明的进一步有利特性，附图中：

图1示出了排气涡轮增压器的叶轮的主视图，其用于图释叶轮的被设置成接收轴螺母和轴的中央孔的实施例，

图2示出了轴被插入到叶轮的中央孔内的叶轮的透视图，

图3是叶轮与其紧固的排气涡轮增压器轴的纵截面图，

图4是叶轮与其紧固的排气涡轮增压器轴的纵截面图，其中轴端部区域被闭合盖覆盖，以及

图5是被连接到闭合盖的轴螺母的概略图。

具体实施方式

本发明涉及排气涡轮增压器轴，其具有以形状配合方式与其连接的叶轮且被连接到设置在其外部壳体上的轴螺母，其中轴螺母被插入到叶轮的中央孔内使得叶轮与轴螺母形成沿径向方向和周向方向的形状配合连接。

下述描述以作为排气涡轮增压器的压缩机轮的叶轮为基础。不过，本发明也可以用于作为排气涡轮增压器的涡轮机轮的叶轮的情况。

在本发明中，轴螺母被附接到排气涡轮增压器轴的外部壳体。这例如借助于使用螺纹被装配在其内部壳体上的轴螺母来实现，该轴螺母是六角螺母，排气涡轮增压器轴在其外部壳体上具有外部螺纹，六角螺母被拧到排气涡轮增压器轴上，并且随后已经被拧到排气涡轮增压器轴上的轴螺母被材料配合地连接到排气涡轮增压器轴。替代性地也可能的是，轴螺母在其内部壳体上是平滑形式，排气涡轮增压器轴的外部壳体也类似地是平滑形式，并且轴螺母被推到排气涡轮增压器轴上且之后与其材料配合连接，例如通过将轴螺母焊接到排气涡轮增压器轴。

被连接到设置在其外部壳体上的轴螺母的所述类型的排气涡轮增压器轴被插入到叶轮的特定形状的中央孔内使得叶轮与轴螺母形成沿径向方向和周向方向的形状配合连接。

图1示出了排气涡轮增压器的叶轮2的主视图，其用于图释叶轮2的被设置成接收轴螺母和排气涡轮增压器轴的中央孔4的实施例。所述中央孔4具有：贯通地延伸的中央区域4a，该中央区域被设置成用于排气涡轮增压器轴的插入；以及接收区段5，其被设置成用于被连接到排气涡轮增压器轴的轴螺母的插入。所述接收区段5在其后轴向端具有用于轴螺母的轴向邻接表面6。通过叶轮的中央孔的环绕台阶来形成所述轴向邻接表面6。

接收区段5的内部壳体5a的形状对应于六角螺栓的外部壳体形状，使得已经被紧固在排气涡轮增压器轴上的六角螺母能够沿轴向方向被插入到接收区段5内，使得在插入状态时，所述六角螺母抵靠轴向邻接表面6并且与叶轮形成沿径向方向R和周向方向U的形状配合连接。

接收区段5可以借助于已知变形工艺、已知切削工艺或已知成型工艺被形成到叶轮2内。

图2示出了叶轮2的透视图，其中排气涡轮增压器轴1被插入到叶轮的中央孔内。在这种示例性实施例中，轴螺母3具有第一轴向区段3a和第二轴向区段3b。第一轴向区段3a被固定地连接到排气涡轮增压器轴1，被定位在叶轮2的中央孔的接收区段5内，具有六角螺母的形状，且因此与叶轮形成沿径向方向和周向方向的形状配合连接。轴螺母3的第二区段3b沿轴向方向被设置在叶轮2的中央孔的接收区段5内。这具有如下优势：在轴螺母与排气涡轮增压器轴紧固的情况下将排气涡轮增压器轴插入到叶轮的中央孔内之后，能够实现平衡过程以便优化具有与其紧固的叶轮的排气涡轮增压器轴的平稳运转。此外，这具有如下优势：轴螺母3的向前突出的第二轴向区段3b能够具有安装在其上的闭合盖7，如图4和图5所示。

还能够从图2看出，排气涡轮增压器轴1穿过叶轮2并且在叶轮2后方的区域内安装在轴承衬套10内。还能够从图2看出，轴1被连接到另一叶轮11，其是排气涡轮增压器的涡轮机轮。

作为图2所示示例的替代方案，可以设置成轴螺母3仅具有六角螺母形状的区域3a。在这种情况下，可能的是轴螺母3具有缩短的设计，被完全插入到叶轮的接收区段5内，并且不具有沿轴向方向从接收区段5向前突出的另一区域。在这种情况下必须在某些其他位置处，例如在压缩机轮毂上的叶轮叶片之间，实现叶轮与其紧固的排气涡轮增压器轴的任何必要平衡。

图3是其上紧固有叶轮2的排气涡轮增压器轴1的纵截面图。如从该视图能够看到的，排气涡轮增压器轴1穿过叶轮2的中央孔的中央区域4a（其贯通地延伸），在其后端从叶轮2穿出，并且在此被密封衬套8和导油环9围绕并且被安装在轴承衬套10内。

还能够从图3看出，轴螺母3的第一轴向区段3a被安装在叶轮2的中央孔的接收区段5内，其中在图中左侧的第一轴向区段3a的端部区域抵靠轴向邻接表面6，该轴向邻接表面6由叶轮2的中央孔的环绕台阶形成并且沿轴向方向相邻于接收区段5。接收区段5的内部壳体5a的形状对应于被材料配合连接到排气涡轮增压器轴1的外部壳体1a的轴螺母3的第一轴向区段3a的外部壳体的形状，使得叶轮与轴螺母形成沿径向方向R和周向方向的形状配合连接。

此外能够从图3能够看出轴螺母3具有第二轴向区段3b，该第二轴向区段3b沿轴向方向A被设置在叶轮2外侧或者该叶轮的接收区段5外侧。如图4所示，闭合盖7可以被安装在所述第二轴向区段3b上。这以使得在叶轮和闭合盖之间存在无台阶过渡的方式优选地被实现。

图4是其上紧固有压缩机轮2的排气涡轮增压器轴的纵截面图。轴螺母已经被紧固在排气涡轮增压器轴1上，该轴螺母与压缩机轮2形成沿径向方向和周向方向的形状配合连接。排气涡轮增压器轴的轴向端部区域已被闭合盖7覆盖。所述闭合盖7已经被安装到轴螺母的沿轴向方向从压缩机轮突出的第二轴向区段上，使得在闭合盖7和压缩机轮2之间存在无台阶过渡。这改善了由压缩机轮和排气涡轮增压器轴构成的旋转单元的平稳运转。

此外能够从图4看出，第二叶轮11也被设置在排气涡轮增压器轴上，该第二叶轮是排气涡轮增压器的涡轮机轮。还能够从图4看出，排气涡轮增压器轴穿过压缩机轮的中央孔的中央区域4a（其贯通地延伸），在其后端从压缩机轮2穿出，并且在此被密封衬套8和导油环9围绕并且被安装在轴承衬套10内。

图5示出被连接到闭合盖7的轴螺母的概略图。这种示例性实施例涉及具有第一轴向端部区域3a和第二轴向端部区域3b的轴螺母。该第二轴向端部区域被设置在闭合盖7内并且例如由其封罩。由轴螺母和闭合盖7构成的单元例如被拧到排气涡轮增压器轴上并且与其材料配合连接并且之后通过被插入到压缩机轮的中央孔内而被连接到压缩机轮，其中轴螺母的第一轴向区域3a成为位于压缩机轮的中央孔的接收区段5内，并且在被插入之后沿径向方向和周向方向以形状配合方式被连接到压缩机轮。

闭合盖7和轴螺母可以由不同材料构成或者可以由一种相同材料构成。它们可以被制造成整体部件或者由两个不同部件组装而成。

例如如下情况，轴螺母由金属构成且闭合盖由塑料构成，其中在安装状态下，轴螺母具有被设置在叶轮的中央孔外侧且被闭合盖封罩的区段。

借助于轴螺母在叶轮的内部区域内的上述设置以及在被紧固到排气涡轮增压器轴的轴螺母和叶轮之间沿径向和周向方向的形状配合，提高了排气涡轮增压器的旋转零件的扭转强度。此外，开启了新设计的可能性。例如旋转零件能够在流动方面被优化并且被设计成相对于叶轮不具有偏移。

Claims (15)

1. 一种排气涡轮增压器轴，所述排气涡轮增压器轴具有以形状配合方式与其连接的叶轮且被连接到设置在其外部壳体上的轴螺母，其特征在于所述轴螺母（3）被插入到所述叶轮（2）的中央孔（4）内，使得所述叶轮（2）与所述轴螺母（3）形成沿径向方向（R）和周向方向（U）的形状配合连接。

2. 根据权利要求1所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于该排气涡轮增压器轴被材料配合连接到设置在其外部壳体（1a）上的轴螺母（3）。

3. 根据权利要求2所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于该排气涡轮增压器轴被拧到设置在其外部壳体（1a）上的轴螺母（3）。

4. 根据前述权利中任一项所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述叶轮（2）的中央孔（4）具有接收区段（5），所述接收区段的内部壳体形状对应于所述轴螺母 （3）的外部壳体形状。

5. 根据前述权利中任一项所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述轴螺母（3）沿轴向方向（A）具有两个区段（3a、3b），其中一个区段（3a）被插入到所述叶轮（2）的中央孔（4）内并且另一区段（3b）沿所述轴向方向（A）被设置在所述叶轮（2）的中央孔（4）外侧。

6. 根据权利要求5所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述轴螺母（3）的位于所述叶轮（2）的中央孔（4）外侧的区段（3b）具有圆筒形外部壳体。

7. 根据权利要求1-4中任一项所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述轴螺母（3）是六角螺母。

8. 根据权利要求5或6所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述轴螺母（3）的被插入到所述叶轮（2）的中央孔（4）内的区段（3a）的外部壳体形状对应于六角螺母的外部壳体形状。

9. 根据权利要求4-8中任一项所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述叶轮（2）的中央孔（4）的内部壳体具有用于所述轴螺母（3）的相邻于所述接收区段（5）的轴向邻接表面（6）。

10. 根据权利要求9所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述轴向邻接表面（6）是在所述叶轮的中央孔（4）的内部壳体上的环绕台阶。

11. 根据权利要求5-10中任一项所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述轴螺母（3）在其设置在所述叶轮（2）的中央孔（4）外侧的区段（3b）内被闭合盖（7）覆盖。

12. 根据权利要求11所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述闭合盖（7）和所述轴螺母（3）由不同材料构成。

13. 根据权利要求12所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述轴螺母（3）由金属构成，所述闭合盖（7）由塑料构成，并且所述轴螺母（3）在其设置在所述叶轮（2）的中央孔（4）外侧的区段（3b）内被所述闭合盖（7）封罩。

14. 根据权利要求11所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述闭合盖（7）和所述轴螺母（3）由相同材料构成。

15. 根据权利要求11-14中任一项所述的排气涡轮增压器轴，其特征在于所述闭合盖（7）被形成为相对于所述叶轮（2）没有偏移。