DE102007062152A1

DE102007062152A1 - Welle

Info

Publication number: DE102007062152A1
Application number: DE102007062152A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Weiss
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Welle (1), insbesondere eine Welle (1) in einem Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, die an zumindest einem axialen Endbereich (3) ein Bauteil (2), insbesondere ein Verdichterrad (4) oder ein Turbinenrad, trägt. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Welle (1) in einem mit dem Bauteil (2) in Verbindung stehenden Bereich (3) einen trochoiden oder hypotrochoiden Querschnitt oder den Querschnitt eines Reuleaux-Mehrecks aufweist und in eine komplementär dazu ausgebildete Nabe (6) am Bauteil (2) eingreift.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Welle, insbesondere eine Welle in einem Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, welche in zumindest einem axialen Endbereich ein Bauteil, insbesondere ein Verdichterrad oder ein Turbinenrad trägt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Welle ausgestattete Ladeeinrichtung.
Aus der DE 102 34 093 A1 ist eine Vorrichtung zur Verdichtung von Verbrennungsluft, insbesondere für eine kraftfahrzeugtechnische Verbrennungsmaschine, bekannt, welche eine Welle mit einem darauf angeordneten Verdichterrad aufweist. Das Verdichterrad ist dabei über ein Nabeneinlegeteil mit der Welle drehfest verbunden, wobei das Nabeneinlegeteil in seiner Umfangsrichtung den funktionalen mathematischen Verlauf einer Hypotrochoiden zeigt. Dies soll zu einer sehr geringen Kerbwirkung zwischen dem Nabeneinlegeteil einerseits und dem Verdichterrad andererseits führen.
Aus der DE 195 22 753 C2 ist eine hydrodynamische Kupplung mit einem ein Turbinenrad und ein Pumpenrad tragenden Welle bekannt. Das Turbinenrad ist dabei über eine Keilwellenverbindung drehfest mit der Welle gekoppelt.
Aus der DE 101 01 165 C2 ist ein radial durchströmtes Verdichterrad bekannt, welches über einen hülsenförmigen Mitnehmer drehfest mit einer Antriebswelle verbunden ist. Der hülsenförmige Mitnehmer soll dabei insbesondere eine besonders exakte Zentrierung des Verdichterrades zur Welle ermöglichen.
Aus der DE 199 38 118 A1 ist eine Ankerverbindungsanordnung zum selektiven Einrücken und Ausrücken einer elektromagnetischen Kopplungseinrichtung bekannt.
Aus der DE 197 36 333 C1 ist die Befestigung eines Laufrades einer Strömungsmaschine an einer Welle bekannt. Hierzu wird ein Presssitz zwischen der Welle und der Nabe des Laufrades mittels einer in der Länge in mindestens drei Bereiche aufgeteilten Hülse hergestellt, welche einerseits auf einem ersten Teil ihrer Länge einen Presssitz für die Nabe bildet, andererseits auf einem zweiten Teil auf ihrer Länge mittels Presssitz von der Welle aufgenommen ist und einen dritten dazwischen liegenden, sowohl bezüglich der Nabe als auch bezüglich der Welle presssitzfreien Teil aufweist, der den Hülsenteil für den Presssitz der Nabe und den Hülsenteil für den Presssitz auf der Welle verbindet.
Schließlich ist aus der DE 27 28 823 eine Gasturbine bekannt, welche ein Turbinenrad aufweist, wobei sich zwischen einer Rückseite einer Nabe des Turbinenrades und einer Stirnseite einer Hohlwelle eine Verzahnung, insbesondere eine Nut- und Federverbindung befindet und hierdurch eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle einerseits und dem Turbinenrad andererseits geschaffen wird.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine verbesserte Verbindung zwischen einer Welle und einem daran befestigten Bauteil zu schaffen, welche sich insbesondere durch eine geringe Kerbwirkung auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine möglichst kerbarme Verbindung zwischen einer Welle und einem daran befestigten Bauteil zu schaffen, indem die Welle in einem mit dem daran befestigten Bauteil in Verbindung stehenden Bereich einen trochoiden oder hypotrochoiden Querschnitt oder den Querschnitt eines Reuleaux-Mehrecks aufweist. Dieser derart ausgestaltete Querschnitt greift dabei direkt in einen komplementär dazu ausgebildeten Nabenquerschnitt des an der Welle zu befestigenden Bauteils ein. Dieser erfindungsgemäß ausgestaltete Querschnitt an der Welle beziehungsweise dem zugehörigen daran zu befestigen Bauteil bewirkt einerseits eine zuverlässige Momentenübertragung zwischen der Welle und dem anzutreibenden Bauteil und andererseits eine sehr geringe Kerbwirkung zwischen der Welle und dem daran befestigten Bauteil. Hierbei kann die Welle beispielsweise die Welle eines Abgasturboladers eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug sein, während das an der Welle befestigte Bauteil beispielsweise als Verdichterrad oder als Turbinenrad ausgebildet ist.
Zweckmäßig sind bei einem als Reuleaux-Mehreck ausgebildeten Verbindungsbereich zwischen einer Welle und beispielsweise einem Verdichterrad die Ecken dieses Reuleaux-Mehrecks abgerundet ausgebildet. Dies hat ebenfalls einen besonders günstigen Einfluss auf die Kerbwirkung, so dass eine zuverlässige Momentenübertragung bei gleichzeitig geringer Kerbwirkung erreicht werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Längsschnittdarstellung einer ein Verdichterrad tragenden Welle,
2 eine Querschnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A durch die Welle und das Verdichterrad.
Entsprechend 1 weist eine in einem nicht gezeigten Gehäuse drehbar gelagerte Welle 1, insbesondere eine Welle 1 in einem Abgasturbolader eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug, an zumindest einem axialen Endbereich 3 ein Bauteil 2 auf, insbesondere ein Verdichterrad 4 oder ein Turbinenrad. Die Welle 1 dreht sich dabei um eine Achse 5. Um eine möglichst gute Momentenübertragung zwischen der Welle 1 einerseits und dem Bauteil 2, insbesondere dem Verdichterrad 4, andererseits zu erhalten und um gleichzeitig eine zwischen diesen beiden Teilen 1, 2 eine geringe Kerbwirkung zu erzielen, weist die Welle 1 in dem mit dem Bauteil 2 in Verbindung stehenden Bereich 3 einen trochoiden oder hypotrochoiden Querschnitt oder den Querschnitt eines Reuleaux-Mehrecks (vergleiche 2) auf. Mit dem derart ausgestalteten Querschnitt greift die Welle 1 in eine komplementär dazu ausgebildete Nabe 6 am Bauteil 2 ein.
Gemäß der 2 ist dabei der als Reuleaux-Mehreck ausgebildete Verbindungsbereich 3 als Reuleaux-Dreieck ausgebildet. Denkbar ist aber auch, dass dieser Bereich 3 als Reuleaux-Fünfeck ausgebildet ist. Gemäß der 2 hat dabei der als Reuleaux-Dreieck ausgebildete Verbindungsbereich 3 abgerundete Ecken, wobei die Flanken des Reuleaux-Dreiecks einen nach außen gekrümmten Verlauf mit einem Radius R₁ aufweisen, während die Ecken mit einem Radius R₂ abgerundet ausgebildet sind.
Generell ist ein gemäß der 2 abgebildetes Reuleaux-Dreieck, welches abgerundete Ecken aufweist, das einfachste nicht triviale Beispiel eines Gleichdicks, das heißt eine Kurve, deren Durchmesser alle die gleiche Länge haben. Um ein derartiges Reuleaux-Dreieck zu konstruieren, fängt man zunächst mit einem gleichseitigen Dreieck an, wobei um jeden Eckpunkt ein Kreis gezeichnet wird, der um die beiden jeweils gegenüberliegenden Eckpunkte geht. Der Durchschnitt, das heißt die gemeinschaftliche Fläche der drei Kreise, bildet dabei das Reuleaux-Dreieck. Generell bietet ein derartig ausgestalteter Verbindungsbereich 3 die Möglichkeit einer zuverlässigen Momentenübertragung bei gleichzeitig geringer Kerbwirkung. Darüber hinaus werden die im Stand der Technik üblichen Verbindungshülsen, zur Kraftübertragung zwischen der Welle 1 und dem Bauteil 2, eingespart, so dass lediglich die Welle 1 entsprechend bearbeitet und das Bauteil 2 in seinem Nabenbereich 6 entsprechend geformt sein muss. Denkbar ist hierbei, dass das Bauteil 2, insbesondere das Verdichterrad 4, aus Kunststoff ausgebildet ist und dadurch einfach mit der Welle 1 verbunden werden kann, indem es auf die Welle 1 aufgesteckt wird. Durch diese direkte Verbindung zwischen der Welle 1 einerseits und dem Bauteil 2 andererseits kann auf dazwischen angeordnete Bauteile, wie beispielsweise eine Hülse, gänzlich verzichtet werden, wodurch nicht nur ein Montageaufwand reduziert werden kann, sondern auch die Teilevielfalt und damit die Herstellungs- beziehungsweise Logistikkosten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10234093 A1 [0002]
- DE 19522753 C2 [0003]
- DE 10101165 C2 [0004]
- DE 19938118 A1 [0005]
- DE 19736333 C1 [0006]
- DE 2728823 [0007]

Claims

In einem Gehäuse drehbar gelagerte Welle (1), insbesondere eine Welle (1) in einem Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, die an zumindest einem axialen Endbereich (3) ein Bauteil (2), insbesondere ein Verdichterrad (4) oder ein Turbinerad, trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) in einem mit dem Bauteil (2) in Verbindung stehenden Bereich (3) einen trochoiden oder hypotrochoiden Querschnitt oder den Querschnitt eines Reuleaux-Mehrecks aufweist und in eine komplementär dazu ausgebildete Nabe (6) am Bauteil (2) eingreift.
Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem als Reuleaux-Mehreck ausgebildeten Verbindungsbereich (3) die Ecken dieses Reuleaux-Mehrecks abgerundet sind.
Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Reuleaux-Mehreck ausgebildete Verbindungsbereich (3) als Reuleaux-Dreick oder als Reuleaux-Fünfeck ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle (1), die einendens ein Verdichterrad (4) und anderenends ein Turbinerad trägt, insbesondere mit einer Welle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) in einem mit dem Verdichterrad (4) oder mit dem Turbinenrad in Verbindung stehenden Bereich (3) einen trochoiden oder hypotrochoiden Querschnitt oder den Querschnitt eines Reuleaux-Mehrecks aufweist und in eine komplementär dazu ausgebildete Nabe (6) am Verdichterrad (4) oder dem Turbinenrad eingreift.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Verdichterrad (4) aus Kunststoff ausgebildet ist.