CN1468351A - 涡轮增压器壳体部分的连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，其连接区域(11、11′)沿轴向方向(14)彼此同轴地叠置，并且其中一个径向的正向装配。所述构件由大体成环形的固定装置(22)固定。连接区域(11、11′)具有彼此相对设置的周向槽(18、20)。在所述槽中可插入有作为固定装置(22)的至少两个环段形固定元件(24、24′)。所述元件同时啮合到两个周向槽(18、20)中以进行轴向固定。固定元件(24、24′)配属于允许径向移动的位移机构(30)。第一构件(10)中第一周向槽(18、18′)的径向高度(h1)至少和固定元件(24、24′)的径向高度(hs)一样大。

Description

涡轮增压器壳体部分的连接装置
技术领域
本发明涉及根据本专利权利要求1前序部分特征的可彼此相连接的涡轮增压器构件，特别是壳体部分，和涉及轴向固定根据权利要求11前序部分特征的涡轮增压器构件的装置。
背景技术
涡轮增压器，特别还有涡轮增压器的壳体，通常由许多独立的构件构成。壳体的三个主要构件例如是压缩机壳体、涡轮机壳体和轴承壳体。涡轮机壳体和压缩机壳体通常还依次包括数个构件，例如排气壳体和进气壳体、插入壁、在涡轮机叶轮后面的后壁和在压缩机叶轮后面的后壁。这些独立构件的连接必需满足严格的要求，因为一方面，在这些连接处作用有很大的力，另一方面，这些连接处中有很多在负载下必需是气密封的。
首先，因为许多涡轮增压器构件还有壳体部分同心地沿着涡轮增压器轴线延伸，所以业已证明通过径向外延的环形凸缘来使这些构件彼此连接是有利的，这些凸缘的轴向端面彼此环形地支承靠在一起。这些凸缘在每种情况下都设置有接纳孔，这些孔均匀地分布在上述整个圆周上，并可以彼此相配合。这样，上述两个构件可以借助于紧固机构，例如栓或螺钉而最终牢固地彼此相连接。DE-C-3642 121就示出了以这种方式彼此相连的涡轮增压器构件，即一方面是轴承壳体的两个壳体部分还有轴承壳体和涡轮机壳体彼此精确相连，另一方面是轴承壳体和压缩机壳体精确相连。上述涡轮增压器构件连接区域的这种结构设置使其能够以非常简单的方式制造，但却需要冒着螺栓在过大径向力下剪断的危险。
为了克服这一危险，如在EP-A-0 248 624中所示，其上述这些构件在它们的连接区域中设置有径向肩部和其匹配槽，这样第一构件中的肩部便与第二构件中的凹槽彼此轴向叠置，并且其中的一个径向正向配合到另一个中。因此这些肩部和凹槽在能够吸收径向力的构件之间形成一种正向的径向固定连接。在肩部和凹槽的区域之间设置接纳孔必将存在泄漏紧密性的严重问题。因此带有凹槽的第一构件具有这样的材料，即在外侧沿着该凹槽径向加厚，并采用环形卷边的形式，该卷边设置有用于紧固装置的接纳孔，所述接纳孔均匀分布在整个圆周上。为了轴向固定正向的径向连接，在环形卷边上轴向布置有环形固定装置，所述固定装置径向向内伸出超过环形卷边并承靠在位于第一构件凹槽中肩部的后侧。该固定装置也具有两个接纳孔，从而它借助于螺栓或螺钉紧固到环形卷边上，这样该固定装置便轴向地将第一构件的肩部牢固地夹紧在第二构件的凹槽中。虽然在涡轮增压器构件的这种结构设置中，可保护紧固装置不被剪断，但是除了螺栓或螺钉之外，还需要附加的固定装置来进行轴向固定。另外，制造肩部和凹槽非常复杂，因为它们需要非常精确地加工，以达到泄漏紧密性的要求。
在这两个实施例中，拆装需要固定或松开数个螺栓或螺钉。在维护工作中，打开壳体是耗费时间的，特别是因为螺栓或螺钉经常由于负载而卡塞和/或仅由于腐蚀而难于松开。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种涡轮增压器构件以及一种固定装置，这些构件能够以一种简单的方式而彼此相连接，并能够有效节约成本地制造，且可以进行简单的安装和拆卸；该固定装置用于轴向固定这些构件，并不易于卡塞和腐蚀。
该目的通过根据专利权利要求1的特征的涡轮增压器构件和通过根据权利要求11的固定装置来实现。
根据本发明的涡轮增压器构件具有连接区域，这些连接区域沿轴向方向彼此同轴地叠置，并且其中的一个正向的径向配合到另一个中，并通过大体成环形的固定装置被轴向固定。该固定装置包括至少两个环段形固定元件。这些构件的连接区域具有彼此相对设置的周向槽，上述至少两个环段形固定元件可插入这些周向槽中。这些固定元件同时啮合入两个周向槽中以进行轴向固定，这些固定元件配属于用于沿径向方向移动的位移机构，第一涡轮增压器构件中的第一周向槽的径向高度至少和固定元件的径向高度一样大。
具有彼此相对设置的周向槽的涡轮增压器构件易于制造，并可能以简单的方式而彼此相连接和借助于环段形固定元件而相对于彼此轴向固定。这些固定元件可由位移机构非常容易地从它们在第一周向槽中的非固定位置中导出而进入第一和第二周向槽之间的固定位置，反之亦然。因此有可能产生一种可被随时释放并再进行的轴向固定。通过将固定装置分成数个布置成分布在涡轮增压器构件整个圆周上的固定元件，就有可能将该固定系统用于具有任何直径尺寸的涡轮增压器构件。涡轮增压器构件的形状不必非得是圆柱形的。这些构件例如也可以具有一个椭圆的或其它轴向对称的横截面。在涡轮增压器构件具有不同直径的情况下，通过适当地利用构件在连接区域中的壁厚，在共同叠置区域中的直径可以制造使得它们中的一个正向配合到另一个中，就可以大大保护固定元件免于在槽中受到腐蚀，并且由于它们是分段的，所以即使在高机械负荷下，也不会卡塞。
有利的是，第二涡轮增压器构件的第二周向槽具有小于固定元件径向高度的径向高度。因此，固定元件能够非常容易地借助于被驱动的位移机构而从第一周向槽中的非固定位置径向移动到上述固定位置，直到固定元件贴靠第二周向槽的槽底。
对于每一个固定元件而言，两个涡轮增压器构件中的至少一个构件设置了一个配属于各自的周向槽的径向孔，以引导通过位移机构。因此，位移机构易于从外部接近和操作。如果该孔被密封，则腐蚀的危险便进一步减小，并以简单的方式确保了连接的泄漏紧密性。
也可以通过使整个周向槽装配有密封机构来实现该连接所需的泄漏紧密性和良好的防腐蚀性。
特别有利的是，将一个螺栓或一个位移销设置成位移机构。螺栓是容易得到的，而且成本合理且易于处理。而当例如不希望一个螺母或一个螺栓头伸出超过涡轮增压器构件时，使用位移销是有利的。
在固定元件在从周向方向上较长的情况下，设置附加的位移机构是有利的，以确保固定元件整个长度上在周向槽之间的固定位置中稳定定位。该附加的位移机构例如可以是一个压力螺钉，其可以通过附加的径向孔而连接到各自的固定元件上。
业已证明非常有利的是，附加的位移机构用于固定元件沿周向方向设置的设计成弹簧端形式的那些端部区域。因此，这些固定元件可以通过一种搭扣的方式作用，该连接还可以通过一个类似位移销的元件释放。
如果这两个周向槽在周向方向上受限于固定元件的长度，则固定元件不仅在轴向方向上固定，还在周向方向固定。
在涡轮增压器构件已经以任何方式固定在它们彼此相对的位置中，例如通过固定在另一个涡轮增压器构件上的情况下，周向槽的侧面可以布置成相对于另一个侧面略微错开，从而当固定元件被推入它们的固定位置中时，这些构件沿轴向方向彼此支撑。在这样的情况下，特别有利的是，至少第二周向槽受夹紧力作用的侧面对于槽底形成一个钝角，因为固定元件可以由此被更容易地推入到第二周向槽中。另外有利的是，固定元件具有相应倾斜的侧面。
根据本发明设计的一种涡轮增压器构件，特别是壳体部分例如出于维护目的，能够以简单的方式安装，也可以以简单的方式拆卸，因此缩短了停机时间。这些涡轮增压器构件包括它们的连接区域，还有固定元件和位移机构，都可以简单和有效节约成本地制造，因此该涡轮增压器是更为有利的。
其它优选的实施例是专利从属权利要求的主题。
附图说明
下面结合附图中所示的优选实施例更为详细的说明本发明的主题，附图仅简要示出：
图1示出了一个根据本发明涡轮增压器的一部分沿其纵轴的截面，其具有两个涡轮增压器构件；
图2a示出了沿图1线II-II的两个根据本发明的涡轮增压器构件的连接区域截面；
图2b示出了图2a的带有一个位移机构的放大细部；
图3a示出了本发明涡轮增压器构件及其相关固定装置通过它们的周向槽截面的第二实施例；
图3b示出了图3a中实施例沿涡轮增压器的纵向轴线的截面；
图4和5类似于图3a示出了涡轮增压器构件及其相关固定装置的其它实施例；和
图6通过周向槽的截面和沿涡轮增压器的纵向轴线的截面，示出了两个根据本发明的涡轮增压器构件，它们彼此形状配合的叠置，并且它们彼此相连接，并沿轴向方向借助于本发明涡轮增压器构件的特定结构而相对彼此支撑。
附图中所使用的参考标号及它们的意义在参考标号表中进行了总结。附图中相同的元件基本上使用了相同的参考标号。所说明的实施例是本发明主题的示例，不具有局限性。
具体实施方式
图1示出了一个涡轮增压器1的压缩机侧部分沿涡轮增压器1的纵向轴线14的截面，其具有一个固定在压缩机壳体5中轴4上的压缩机叶轮3。可通过涡轮增压器1的一个涡轮(未示出)借助于轴4来驱动压缩机叶轮3。插入壁6在外侧径向限定一个进气管7，该进气管经压缩机叶轮3和扩散器8进入排气管9。在所示示例中，根据本发明的排气管9由两个构件10、12限定，即精确地由内壁构件10径向向内限定，由排气壳体12径向向外限定。这两个构件10、12与压缩机壳体5部分整体形成。在它们的连接区域11、11′中，这两个构件10、12沿轴线方向14彼此叠置并且其中的一个径向正向配合到另一个中。连接区域11、11′设置有宽度相等的周向槽18、20，这两个周向槽彼此相对设置，并在彼此相对侧面开口。为了进行轴向固定，在周向槽18、20中设置数个周向均匀分布的环段形固定元件24作为固定装置22。
图2a示出了沿图1线II-II标明的截面，根据本发明的两个涡轮增压器构件10、12的周向部分，其只具有一个在周向分布的固定元件24。所示的固定元件24处于其固定位置，也就是说它和第一构件10的第一周向槽18边缘区域26啮合，并啮合到第二构件12的第二周向槽20中。径向孔28布置在第一构件10中，通过该孔引导有一个作为位移机构30的用于固定元件24的径向移动的位移销56。位移销56借助于一个焊缝25牢固地连接到固定元件24上，这在图2b的放大视图中可更清楚地看出。为了确保该连接的泄漏紧密性，位移销56具有一个销槽16，该销槽设计为一个周向槽，用来接纳一个设计为O形环密封形式的密封元件72。第一周向槽18在第一构件10中的径向高度h1略微大于或等于固定元件24的径向高度hs，从而固定元件24可以在位移机构30的协助下移动到一个非固定位置，在该位置固定元件24作为一个整体定位在第一周向槽18中。相反，第二周向槽20在第二构件12中的径向高度h2小于固定元件24的径向高度。当固定元件24沿径向方向29脱离该非固定位置运动到上述固定位置时，固定元件24便只需简单地贴靠第二周向槽20的槽底32。相反，当固定元件24脱离该固定位置运动到非固定位置中时，固定元件24便只需简单地贴靠第一构件10第一周向槽18的槽底34上。在所示的特定实施例中，固定元件24沿周向方向35设置的端部区域设计为弹簧端54，这些端由在第一周向槽18的槽底34支撑。弹簧端54用作为附加的位移机构46并将固定元件24的中间区域53压入固定位置。然后整个组件以搭扣紧固方式动作，由位移销56的移动径向向内释放。为了实现沿周向方向35固定，在此处所示的示例中第一和第二构件10、12的周向槽18、20在周向方向35大体上根据固定元件24的长度限定。
除了压缩壳体5的内壁构件和排气壳体之外，根据本发明的涡轮增压器1可以彼此连接的其它构件10、12也可以通过与DE-C-3642 121中示例相同的方式设计，例如压缩机壳体与轴承壳体、各种轴承壳体部分以及轴承壳体和涡轮机壳体处于相同侧。上述插入壁、压缩机壳体的内壁和部分或涡轮机叶轮后壁或压缩机叶轮后壁也可以按与EP-A-0 248 624的相同的方式示出，如果它们按本发明设计，则可毫不费事地彼此连接，如果需要，它们还可以再次没有任何困难地拆卸下来。
附图示出了根据本发明的涡轮增压器构件10、12的连接区域，所示的涡轮增压器构件10、12可以是涡轮增压器1的所有那些至少在它们的连接区域中彼此相连且沿涡轮增压器轴线14同轴延伸的构件。这些构件的连接区域在每种情况下都设计成彼此同轴且轴向叠置的、并沿径向方向正向配合。图3a、4和5中所示的内容各相应于图2中所示的内容。在每种情况下，其周向槽具有较大径向高度的涡轮增压器构件被定义为带有第一周向槽18的第一构件10。这也可以是径向内构件，如图1-5，或者是径向外构件，如图6。用于接纳位移机构30的径向孔28可以布置在第一和/或第二涡轮增压器构件中，并优选位于固定元件24沿第二涡轮增压器构件长度的大致中间位置处。
如图1-2b，图3a和3b示出了一个带有弹簧端54的固定元件24，该弹簧端支撑在第一周向槽18的槽底34上，并将固定元件24的中间区域53压入固定位置。与上述示例不同，周向槽18、20在每种情况下都是连续地制成的，并不受限于固定元件24的长度。只要构件10、12通过它们与涡轮增压器1的其它结构性元件(未示出)固定，从而在周向方向35上固定，这样的简化周向槽18、20制造的解决方案都是可行的。因此虽然不对周向槽构成限制，但涡轮增压器构件10、12在周向方向却可以确保彼此相对转动。
在图3a、3b所示的示例中，再次设置有位移机构30，然而在该示例中，位移销56是从外侧通过径向孔28而导入第二构件12中的。位移销56插入孔28中，只是为了释放连接，该位移销也要从所述孔中取出。借助于位移销56，固定元件24的中间区域53可被压入第一周向槽18中的非固定位置，这两个构件10、12可以彼此释放。该实施例的一个优点在于，在该固定位置中，位移销56可以被取出，因此不会有元件伸出超过这两个构件10、12中的一个。与图1-2b中的涡轮增压器构件相反，在该示例中这些构件相互在轴向上沿相反方向叠置，如从图3b中看到的那样。
图4所示的实施例基本上相应于图2a、2b的实施例。这两个涡轮增压器构件10、12的周向槽18、20在周向方向也大体由固定元件24的长度所限定，在所示示例中，这些周向槽通过沿圆周磨削出相应长度的槽段部而制成。然而，也可以设想例如通过在适当的位置将止动元件插入连续的周向槽中而使周向槽18、20具有限定部37。这些止动元件可以是例如双头螺栓、止动螺栓或类似物件。同样，在第一构件10中设置有一个径向孔28，这样，螺栓36作为位移机构30通过该孔而导入在固定元件24的中间部分。螺栓36具有一条单一的右旋螺纹44，该螺纹与固定元件24和孔28中的相应内螺纹配合。可以取代弹簧端54，设置附加的位移机构46，即两个压力螺钉48，它们通过带有相应内螺纹的径向孔50而导入并压在固定元件24上。径向孔50在周向方向35上间隔布置在孔28的两侧。在该示例中，周向槽18、20作为一个整体装配有密封机构72，该密封机构例如以橡胶涂层的形式应用在这些槽的内壁上。槽18、20在周向方向35上的限定部37除了在周向方向35上固定构件10、12之外，还具有其它的优点：如果将螺栓36从固定元件24上拧松，固定元件24就不能在周向槽18、20内沿周向方向35移动，就好象其不存在一样，而且还可以随时再将螺栓36重新拧入固定元件24中。
当然可以使用一个在其底部区域38中具有左旋螺纹40且在其头部区域42中具有左旋螺纹44的螺栓36作为位移机构30来取代上述螺栓36。这些螺纹40、44与固定元件24中的和第一构件10的孔28中的相应内螺纹40′、44′配合，如图5所示。这样，借助于螺栓36的螺纹转数，固定元件24就可以从固定位置进入非固定位置，并再返回。由于在该示例中固定元件长度小，所以不需要任何附加弹簧端或压力螺钉形式的位移机构46。
图6示出了涡轮增压器1的轴58，所述轴设计成一个实心圆柱体，并在内侧径向构成第二涡轮增压器构件12。连接到该轴上的第一构件10通过其连接区域11，构成一个被轴向套在轴58上的管件60。在该连接区域中，第一构件10有两个具有大径向高度h1的第一周向槽18、18′，轴58作为第二构件12有两个与第一周向槽18、18′对置的第二周向槽20、20′，第二周向槽具有较小的径向高度h2但宽度相同。位于轴58端部区域62中的周向槽18、20彼此精确地相对设置，以便轴向固定，并接纳带有螺栓36的固定元件24。相反，在管状连接区域60端部区域64中的周向槽18′、20′却布置成彼此略微错开。轴58中的周向槽20′朝向轴端部62′的侧面66相对于第二槽20′的槽底32设置为一个钝角α。固定元件24′与周向槽20′侧面66配合的侧面68具有一个相应的斜角70。为了固定元件24′的径向位移，设置了螺栓36′，该螺栓的头部区域42伸出超过第一构件10的径向孔28并在其上被拧有一个螺母52。在螺栓36′的底部区域38通过焊接点25牢固连接到固定元件24′上。通过旋拧螺母52，固定元件24能够在固定位置和非固定位置之间沿径向方向29移动。当固定元件24′从管件60的第一周向槽18′移动到固定位置时，固定元件24′侧面68的斜角70沿第二周向槽20′的一个关于槽底32以角α布置的侧面66滑动。固定元件24被压入轴58的第二周向槽20′，在轴向方向14，第一涡轮增压器构件10相对于第二涡轮增压器构件12由轴58支撑。
因此位移机构30可以具有一个压入和/或拉出动作，并都可以布置在涡轮增压器构件中的径向内部和外部。在附图中所示的示例中，固定元件24、24′在所有情况下都设计成圆弧段。然而，固定元件24、24′也可以设计为多边形形式或带有两个支脚的单一角形。对于具有大直径的构件10、12而言，固定元件24、24′即使是条形也可能是有利的。然而，在那种情况下，这些固定元件不应该具有太大的长度，使它们的端部不会从构件10、12内部的表面伸出太远。在应用这种条形固定元件24、24′的情况下，有利的是可以在固定元件24、24′端部区域中设置两个位移机构30来取代在固定元件24、24′中间区域中的一个位移机构30。固定元件24、24′优选由弹簧钢或具有高屈服强度的高强度钢制成。也可以使用回火钢或者其它具有相应特性的材料。
参考标号表h1      第一槽的径向高度            44    右旋螺纹h2      第二槽的径向高度            44′  右旋内螺纹hs      固定元件的径向高度          46    附加的位移机构α                侧面/槽底角                 48    力螺钉10       第一构件                    50    径向孔12       第二构件                    52    螺母14       轴向方向                    53    中间区域16       销槽                        54    弹簧端18、18′ 第一周向槽                  56    位移销20、20′ 第二周向槽                  58    轴22       固定装置                    60    管件24、24′ 固定元件                    62    轴的端部区域25       焊缝                        62′  轴端部26       第一槽的边缘                64    管件的端部区域28       径向孔                      66    第二槽的侧面29       径向孔                      68    固定元件的侧面30       位移机构                    70    侧面的斜角32       第二槽的槽底                72    密封机构34       第一槽的槽底35       周向方向36、36′ 螺栓37       周向槽的限制部38       螺栓的底部区域40       左旋螺纹40′     左旋内螺纹42       螺栓的头部区域

Claims (11)

1.可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，特别是壳体部分，其连接区域(11、11′)沿轴向方向(14)彼此同轴地叠置，并且其中一个径向的正向配合到另一个中，且具有用于轴向固定的大体成环形的固定装置(22)，其特征在于，连接区域(11、11′)具有彼此相对设置的周向槽(18、18′、20、20′)，在这些周向槽中可插入有作为固定装置(22)的至少两个环段形固定元件(24、24′)，这些固定元件同时啮合到两个周向槽(18、18′、20、20′)中以进行轴向固定，固定元件(24、24′)配属于沿径向方向(29)移动的位移机构(30)，第一构件(10)中第一周向槽(18、18′)的径向高度(h1)至少和固定元件(24、24′)的径向高度(hs)一样大。
2.如权利要求1所述的可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，其特征在于，第二构件(12)第二周向槽(20、20′)的径向高度(h2)小于固定元件(24、24′)的径向高度(hs)。
3.如权利要求1或2所述的可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，其特征在于，对于每一个固定元件(24、24′)而言，涡轮增压器构件(10、12)中的一个具有一个配属于各自周向槽(18、18′、20、20′)的径向孔(28)，以引导通过位移机构(30)，孔(28)优选是密封的。
4.如权利要求1-3中任一项所述的可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，其特征在于，可以设置一个位移销(56)和/或一个螺栓(36、36′)作为固定元件(24、24′)的位移机构(30)。
5.如上述权利要求中任一项所述的可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，其特征在于，设置有附加的位移机构(46)，其优选为形成在固定元件(24、24′)上的弹簧端(54)形式。
6.如上述权利要求中任一项所述的可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，其特征在于，固定元件(24、24′)具有一个特定的长度，周向槽(18、18′、20、20′)在周向方向(35)由固定元件(24、24′)的长度所限定。
7.如上述权利要求中任一项所述的可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，其特征在于，在彼此连接的状态中，第一周向槽(18、18′)的至少一个侧面布置成相对于第二周向槽(20、20′)的侧面(66)轴向错开，从而固定元件(24、24′)在其固定位置相对于第一构件(10)沿轴向方向(14)支撑第二构件(12)。
8.如权利要求7所述的可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，其特征在于，第二周向槽(20、20′)受夹紧力作用的侧面(66)和槽底(34)形成一个钝角α，优选的是，固定元件(24、24′)的相应侧面(68)具有一个相应的斜角(70)。
9.如上述权利要求中任一项所述的可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)，其特征在于，周向槽(18、18′、20、20′)具有密封机构。
10.一个具有如上述权利要求中任一项所述的可彼此连接的涡轮增压器构件(10、12)的涡轮增压器。
11.一个用于轴向固定涡轮增压器构件(10、12)的固定装置(22)，特别是壳体部分，其连接区域(11、11′)沿轴向方向(14)彼此同轴地叠置，并且其中一个径向的正向配合到另一个中，其特征在于，上述固定装置(22)至少具有两个环段形固定元件(24、24′)，其可插入涡轮增压器构件(10、12)连接区域(11、11′)的周向槽(18、18′、20、20′)中以进行轴向固定，同时啮合入两个周向槽(18、18′、20、20′)中，固定元件(24、24′)沿周向方向(35)布置的那些端部区域被设计成弹簧端(54)。
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