CN106438469A - 增压设备的压缩机叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增压设备(2)的压缩机叶轮(1)，其具有毂(4)和叶片(5)以及还具有叶轮背(6)。此处，对本发明来说重要的是，叶轮背(6)具有：波浪形轮廓(13)，其从毂(4)在径向方向(7)上运行；区域(8、9、10、11)，它们从毂(4)在径向方向(7)上运行并且彼此毗连，即：第一凹形区域(8)；第二凸形区域(9)，其毗连第一凹形区域(8)；第三凹形区域(10)，其毗连第二凸形区域(9)；第四凸形区域(11)，其毗连第三凹形区域(10)。通过该方式，能够在很大程度上降低破裂趋势。

Description

增压设备的压缩机叶轮
技术领域
本发明涉及一种增压设备的压缩机叶轮，具有根据权利要求1的前序部分的毂和并入毂的叶片，还具有叶轮背(wheel back)。本发明还涉及具有这种压缩机叶轮的排气涡轮增压器。
背景技术
EP1809907B1公开了一种讨论的类型的压缩机叶轮，其具有旋转轴线以及多个叶片，多个叶片大致径向延伸离开轴线并且大致从盘状保持件的表面轴向延伸，其中，保持件的对置表面限定叶轮背。此处，叶轮背的至少一部分设置有一个残余压应力层，残余压应力层延伸至低于叶轮背表面的深度。这尤其旨在降低破裂。
US6,164,931同样公开了一种讨论的类型的压缩机叶轮，但是其叶轮背是弯曲的，也即是说尤其为凹形设计。
US2005/0169764A1公开了一种压缩机叶轮，其叶轮背具有凹形设计，并且其中，密封额外地布置在叶轮背的轴向部分。
总之，由于它们的高转速、高应力部件，由于作用在它们上面的力，压缩机轮具有增加的破裂趋势。为了能够至少降低这种破裂趋势，方法是公知的，例如公知于EP1809907B1，其中压缩机叶轮是喷丸处理的。
最终，US2003/0136001A1还公开另一种压缩机叶轮，其具有较大强度，由于其特殊生产方法，结果，降低破裂趋势。
但是，压缩机轮的劣势公知于现有技术，优化它们的破裂趋势，为此目的是需要较高技术以及货币支出。
发明内容
因此本发明关注的问题是，具体指明用于讨论的类型的压缩机叶轮，一种改进的或者至少可替换实施例，其区别尤其在于降低的破裂趋势，同时节约成本的生产。
根据本发明该问题通过独立权利要求1的主题解决。有利实施例从属权利要求的主题。
本发明基于的总体构思是，设计一种增压设备的压缩机叶轮的叶轮背为波浪形，结果，在高应力加载的区域中，提供额外凸形部分，额外凸形部分加强这些区域中的压缩机叶轮，从而使所述压缩机轮更耐磨，此外，降低破裂趋势。此处，根据本发明的压缩机叶轮以公知方式具有毂和叶片以及先前提到的叶轮背。根据本发明，叶轮背本身：具有波浪形轮廓，波浪形轮廓从毂运行在径向方向上；区域，其从毂运行在径向方向上以及彼此毗连，即：第一凹形区域；第二凸形区域，其毗连后者至径向外侧、第三凹形区域，其毗连第二凸形区域；以及第四凸形区域，其毗连第三凹形区域。在根据本发明的压缩机叶轮的情形下，第二和第四区域因此具有凸形设计，结果，具有呈凸出形式的材料堆积物，凸出加强这些区域中的压缩机叶轮，从而降低破裂趋势。依靠压缩机叶轮的局部加强，能够在很大程度上降低破裂趋势，同时根据本发明的压缩机叶轮的重量仅仅略微增加。
在根据本发明的方案的有利发展中，第四凸形区域中的凸出具有的轴向高度为大约0.15mm。甚至第四凸形区域中的凸出的区域中这种小的材料堆积物允许显著降低应力，结果，降低破裂趋势，这已经利用测试详细证明了。参考压缩机叶轮的直径，适当的是，仿造第四凸形区域中的凸出至半径R4，半径R4对应于压缩机叶轮的直径D的四分之一(R4≈D/4＝R/2)。
毂方便地从压缩机叶轮的旋转轴线达到远至第一区域，此外毂具有扁平环形端面。经由所述扁平端面，例如，所述毂能够靠着轴的轴向挡块。相比于常规压缩机叶轮，扁平端面还能够被加厚，因此，例如，此处额外应用的大约0.8至1.2mm的材料被保持在轴向方向上。但是，相比于公知于现有技术的压缩机轮，额外材料占优势低位地设置在现在为凸形的区域中，因此根据本发明，如果要加厚，凹形区域仅仅稍微被加厚。根据本发明，凹形区域甚至比先前具有更少材料，因此凸形区域中的材料堆积物从而能够至少局部补偿。此处凸形和凹形区域分别构造为预期应力。
在根据本发明的方案的有利发展中，第一区域具有的径向伸长为压缩机叶轮的半径的大约7％，第二区域具有的径向伸长为压缩机叶轮的半径的大约25％，第三区域具有的径向伸长为压缩机叶轮的半径的大约30％，最终，第四区域具有的径向伸长为压缩机叶轮的半径的大约20％。端面具有的径向伸长为压缩机叶轮的半径的大约15％，其中，当然，各个％细节能够改变，并且仅仅旨在给予各个区域的径向伸长之间的相对比率。依靠这样选择的各个区域的径向伸长，根据本发明能够显著降低压缩机叶轮的破裂趋势。
此外，本发明基于的总体构思是，用这种先前描述的压缩机叶轮装备排气涡轮增压器，其结果是，由于各个凸形区域，由于压缩机叶轮的破裂趋势能够显著降低，因此能够产生显著地持久的排气涡轮增压器。
参考附图，本发明的进一步重要的特征及优势见于属权利要求、附图以及关联于附图的附图说明。
毫无疑问，以上提到的以及以下仍将解释的特征不仅能够使用在各个陈述的组合中，而且能够使用在不同的组合中或者它们自己单独使用，这并不超出本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示范实施例图示于附图并且在以下说明中更详细地被解释，其中，相同附图标记指代相同或者类似或者功能相同的部件。
在附图中，在每个情况下示意地，
图1示出了通过根据本发明的压缩机叶轮的截面图，
图2示出了来自图1的详细视图。
具体实施方式
根据图1以及局部根据图2，根据本发明的增压设备2(除非仅以其他方式指出)、尤其排气涡轮增压器3的压缩机叶轮1，压缩机叶轮1具有毂4和叶片5以及叶轮背6。现在，为了能够降低压缩机叶轮1的破裂趋势，从而能够延长其服务寿命，根据本发明提供的叶轮背6具有波浪形轮廓，波浪形轮廓从毂4在径向方向7上运行，叶轮背6具有从毂4在径向方向7上运行并且彼此毗连的区域8、9、10和11。
正如此处能够清楚地在图1的左半边中看到的，第一区域8具有凹形设计，而在径向方向7上毗连后者的第二区域9具有凸形设计。又毗连第二凸形区域9的第三区域10具有凹形设计，而第四区域11又具有凸形设计。在图1中，叶轮背的原始轮廓在常规压缩机轮的情形下由参考标记12表示，而参考标记13表示根据本发明的波浪形轮廓。
此处第一凹形区域8是具有半径R1的圆形，半径R1位于压缩机叶轮1的直径D的3.125％和6％之间，而第二凸形区域9是具有半径R2的圆形，半径R2约对应于压缩机叶轮1的直径D。第一凹形区域8开始于径向方向7上在P1处并且结束于P2处。在该情况下，点P1和P2之间的径向距离为aP2＝0.77×R1。
此处第三区域10经由施加在点P2处的切线17并入第二凸形区域9。点P2和P3之间的径向距离为aP3＝0.225×D。同时，第三区域10经由施加在点P4的切线并入第四凸形区域11并且未示出。
此处第四凸形区域11中的凸出具有的轴向高度为大约0.15mm。此处轴向高度h指的是压缩机叶轮1在轴向方向上的高度。参考压缩机叶轮1的直径，第四凸形区域11中的凸出半径R4是压缩机叶轮的直径D的四分之一(R4≈D/4＝R/2)。由半径R4形成的圆周相交于点P5，点P5位于外径处，并且同时通过垂直交叉穿过圆周的中央点M和波浪形轮廓13来确定点P4的位置。
所有实施例具有的共同点为，在叶轮背6中不存在在叶片5的方向上延伸的且外径比点P5轴向更深的凹陷。因而叶轮背6的外轮廓不在任何点交叉穿过点P5的径向线1，但是可以仅是该线的切线。因而，不存在强度降低的凹陷。
进一步查看图1，可见的是，毂4从旋转轴线14达到远至第一区域8并且具有扁平环形端面15。所述扁平端面15在该情况下具有的径向伸长大约为压缩机叶轮1的半径R的15％。
第一凹形区域8又具有的径向伸长大约为压缩机叶轮1的半径R的7％，而第二凸形区域9具有的径向伸长大约为压缩机叶轮1的半径R的25％。查看第三凹形区域10，可见的是，后者具有的径向伸长大约为压缩机叶轮1的半径R的30％，而第四凸形区域11的径向伸长大约为半径R的20％。由于叶片末端16仍稍微突出在整个叶轮背6的径向方向上，因此端面15以及各个区域8至11的径向伸长一起产生大约压缩机叶轮1的半径R的97％。
观察公知于现有技术的压缩机叶轮的叶轮背的轮廓12与根据本发明的压缩机叶轮1的叶轮背6的根据本发明的轮廓13，可见的是，由于应力加载，叶轮背6尤其在两个凸形区域9和11中被加厚，因此破裂趋势在所述区域最大。依靠在两个凸形区域9、11中局部加厚叶轮背6，因此加强的叶轮背6能够在需要的应力加载区域专门获得，结果，能够实现最小化破裂趋势，同时具有最小额外重量。此外，当然，毂4还能够在端面15的区域中被加厚大约0.9<H<1.2mm。此处，毂4的区域中加厚的或者阶梯的高度H对应于
H≈0.016×D。
因而能够更好地吸收该区域中的高应力。特别有利的是，通过用于接收轴的通孔19直接延伸至端面15而无需任何加宽通孔。仅设置了小的锥度。
利用根据本发明的叶轮背6的轮廓13，相比于先前压缩机轮，期望寿命能够增加50％至100％。

Claims (9)

1.一种增压设备(2)的压缩机叶轮(1)，所述压缩机叶轮(1)具有毂(4)和叶片(5)以及还具有叶轮背(6)，
其特征在于，所述叶轮背(6)具有：波浪形轮廓(13)，其从所述毂(4)在径向方向(7)上运行；区域(8、9、10、11)，它们从所述毂(4)在所述径向方向(7)上运行并且彼此毗连，即
第一凹形区域(8)，
第二凸形区域(9)，其毗连所述第一凹形区域(8)，
第三凹形区域(10)，其毗连所述第二凸形区域(9)，
第四凸形区域(11)，其毗连所述第三凹形区域(10)。
2.根据权利要求1所述的压缩机叶轮，其特征在于，
所述第四凸形区域(11)中的凸出具有的轴向高度h大约为0.15mm。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机叶轮，其特征在于，
所述毂(4)从旋转轴线(14)达到远至所述第一凹形区域(8)并且具有扁平端面(15)。
4.根据权利要求3所述的压缩机叶轮，其特征在于，
所述端面(15)具有的径向伸长大约为所述压缩机叶轮(1)的半径(R)的15％。
5.根据前述任一权利要求所述的压缩机叶轮，其特征在于，
所述第一凹形区域(8)具有的径向伸长大约为所述压缩机叶轮(1)的半径(R)的7％。
6.根据前述任一权利要求所述的压缩机叶轮，其特征在于，
所述第二凸形区域(9)具有的径向伸长大约为所述压缩机叶轮(1)的半径(R)的25％。
7.根据前述任一权利要求所述的压缩机叶轮，其特征在于，
所述第三凹形区域(10)具有的径向伸长大约为所述压缩机叶轮(1)的半径(R)的30％。
8.根据前述任一权利要求所述的压缩机叶轮，其特征在于，
所述第四凸形区域(11)具有的径向伸长大约为所述压缩机叶轮(1)的半径(R)的20％。
9.一种排气涡轮增压器(3)，其具有根据前述任一权利要求所述的压缩机叶轮(1)。
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