DE102008053222A1

DE102008053222A1 - Turbolader

Info

Publication number: DE102008053222A1
Application number: DE102008053222A
Authority: DE
Inventors: Guido Daimer; Stefan Dr. Münz
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-25
Filing date: 2008-10-25
Publication date: 2010-04-29
Also published as: US20100104457A1; US9631634B2

Abstract

Der erfindungsgemäße Turbolader besitzt einen Rotor mit einem Verdichterrad sowie einem Turbinenrad, welches mit dem Verdichterrad über eine gemeinsame Welle drehfest verbunden ist. Dabei sind das Verdichterrad und die Welle miteinander kraftschlüssig verspannt, wobei jeweils zumindest eine von zwei aufeinander liegenden drehmomentübertragenden Kontaktflächen zwischen miteinander kraftschlüssig verspannten Bauteilen mit einer reibungserhöhenden Beschichtung versehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader mit einem Rotor mit Turbinen- und Verdichterrad sowie einer das Turbinen- und das Verdichterrad drehfest verbindenden Rotorwelle mit kraftschlüssiger Verbindung von Verdichterrad und Rotorwelle.
Ein derartiger Turbolader wird in der US 7,010,917 B2 dargestellt.
Gemäß dieser Druckschrift ist vorgesehen, zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen Welle und Verdichterrad das Verdichterrad zwischen einer Mutter, die auf ein Schraubgewinde am freien Ende der Welle aufgedreht ist, und einer Ringstufe an der Welle axial zu verspannen. Um das zwischen Welle und Verdichterrad übertragbare Drehmoment zu erhöhen, sind die aufeinander aufliegenden Kontaktflächen von Mutter und Verdichterrad reibungserhöhend ausgestaltet. Um die reibungserhöhend ausgebildeten Kontaktflächen wirksam werden zu lassen, müssen hohe axiale Spannkräfte vorgesehen sein. Deshalb muss im Verbindungsbereich zwischen Welle und Verdichterrad mit plastischen Verformungen, die das übertragbare Drehmoment begrenzen, gerechnet werden, weil das von heißen Abgasen beaufschlagte Turbinenrad einen hohen Wärmestrom über die Welle zum Verdichterrad verursacht und deshalb im Verbindungsbereich zwischen Welle und Verdichterrad hohe Temperaturen auftreten können.
In der EP 0 961 038 A1 wird ein Verbindungselement zur reibungserhöhenden Verbindung von zu fügenden Werkstücken beschrieben. Dieses Verbindungselement besteht aus einer dünnen federelastischen Folie, die an ihrer Oberfläche Partikel definierter Größe trägt, wobei diese Partikel aus einem Material mit einer Druck- und Scherfestigkeit bestehen, welche jene der zu fügenden Werkstücke übertrifft. Bei der kraftschlüssigen Verbindung der zu fügenden Werkstücke werden diese Partikel in die einander gegenüberliegenden Werkstückoberflächen eingedrückt und stellen damit eine formschlüssige Verbindung zwischen den Werkstücken her.
Hier ist nachteilig, dass bei der Montage der kraftschlüssigen Verbindung vergleichsweise viele Teile gehandhabt und zugeführt werden müssen. Darüber hinaus ist eine Falschmontage ohne Verbindungselement nicht ohne weiteres erkennbar, so dass bei der Montage ein hoher Überwachungsaufwand notwendig wird.
Im Übrigen wird durch eine erhöhte Anzahl der Teile auch die Anzahl der Maße in der Toleranzkette der zu montierenden Teile erhöht, mit der Folge, dass auf der Turbinen- und/oder Verdichterseite des Turboladers vergrößerte Luftspalte, die für den Wirkungsgrad nachteilig sind, auftreten können.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, für einen Turbolader der eingangs angegebenen Art eine besonders hoch belastbare Kraftschlussverbindung zwischen Verdichterrad und Rotorwelle zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass drehmomentübertragende Fügeflächen der kraftschlüssigen Verbindung ganz oder teilweise mit einer reibungserhöhenden Beschichtung versehen sind.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Zahl der zu montierenden Teile nach Möglichkeit zu begrenzen, in dem an den miteinander kraftschlüssig zu verbindenden Teilen besondere Maßnahmen zur Erhöhung der Belastbarkeit der Verbindung vorgenommen werden. Die in diesem Zusammenhang vorgesehene Beschichtung von Werkstücken ist eine für vielfältige Zwecke übliche Maßnahme, so dass für die Herstellung der zu verbindenden Werkstücke nur ein geringer Aufwand mit geläufigen Verfahrensschritten notwendig wird.
Vorzugsweise besteht die Beschichtung aus einer Schicht, in die Partikel bzw. Granulate eingebettet sind, welche eine im Vergleich zu den Werkstücken überaus hohe Härte aufweisen. Wenn die Werkstücke zur Verbindung miteinander verspannt werden, graben sich die Partikel bzw. Granulate in die aufeinander liegenden Kontaktflächen der zu verbindenden Werkstücke ein, mit der Folge, dass ein Mikroformschluss zwischen den Bauteilen erreicht wird, und zwar auch dann, wenn die Verspannung der Werkstücke mit vergleichsweise geringer Verspannkraft erfolgt. Durch die bei der Erfindung mögliche geringe Verspannkraft wird sichergestellt, dass bei hohen Temperaturen keine plastischen Verformungen der gegeneinander verspannten Bauteile auftreten.
Wenn gemäß einer konstruktiv bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Verspannung des Verdichterrads mit der Rotorwelle eine auf einen Gewindeabschnitt der Rotorwelle aufgedrehte Wellenmutter dient, kann diese also mit verminderter Kraft angezogen werden, so dass sich eine kürzere Prozesszeit und entsprechend verminderte Kosten bei der Herstellung ergeben.
Außerdem kann eine Kostensenkung dadurch erreicht werden, dass an die Festigkeit der miteinander verspannten Bauteile nur vergleichsweise geringe Ansprüche gestellt werden müssen.
Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.
Schutz wird nicht nur für ausdrücklich angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen, sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine schematisierte Seitenansicht eines Rotors eines Abgasturboladers.
In grundsätzlich bekannter Weise besitzt ein Rotor 1 eines nicht näher dargestellten Abgasturobladers ein Verdichterrad 2 sowie ein Turbinenrad 3, welches über eine Welle 4 mit dem Verdichterrad 2 drehfest verbunden ist. Dabei ist das Turbinenrad 3 mit der Welle 4 in grundsätzlich bekannter Weise verschweißt, während das Verdichterrad 2 mit der Welle 4 mittels einer Wellenmutter 5 kraftschlüssig verspannt ist, die auf einen Gewindeabschnitt eines verjüngten Teiles 4' der Welle 4 aufgedreht ist. Im dargestellten Beispiel wird das Verdichterrad 2 mittels der Wellenmutter 5 unter Zwischenschaltung einer zur Lagerung des Rotors 1 dienenden Lagerbuchse 6 sowie einer Lagerscheibe 7 axial gegen eine Anschlagfläche gespannt, die den Übergang zwischen dem verjüngten Wellenteil 4' und dem dickeren Wellenteil 4'' bildet. Um hohe Drehmomente zwischen Welle 4 und Verdichterrad 2 übertragen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeweils eine von zwei aufeinander liegenden drehmomentübertragenden Kontaktflächen gegeneinander verspannter Bauteile mit einer reibungserhöhenden Beschichtung versehen ist. Beispielsweise können das Verdichterrad 2 und die Lagerscheibe 7 eine entsprechende vollständige oder teilweise Beschichtung aufweisen, so dass bereits bei geringer Spannkraft der Wellenmutter 5 hohe Drehmomente zwischen den axial aneinander anschließenden Bauteilen 5, 2, 6, 7 und 4 und dementsprechend hohe Drehmomente zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Turbinenrad 3 übertragen werden können.
Grundsätzlich genügt es, jeweils eine von zwei aufeinanderliegenden Kontaktflächen zu beschichten, so dass die Beschichtungen nur an wenigen Bauteilen angebracht werden müssen.
Die Beschichtung besteht jeweils aus einem Trägermaterial und darin eingebetteten Partikeln oder Granulaten, welche neben einer hohen thermischen Belastbarkeit eine sehr hohe Festigkeit aufweisen, dass heißt die Härte dieser Partikel bzw. Granulate ist höher als die Härte der gegeneinander verspannten Kontaktflächen. Damit wird gewährleistet, dass sich die Partikel bzw. Granulate in die gegeneinander verspannten Kontaktflächen der Bauteile eingraben und einen Mikroformschluss zwischen den gegeneinander verspannten Bauteilen bewirken.
Die oben für das Verdichterrad 2 beschriebene kraftschlüssige Fixierung an der Welle 4 kann auch für das Turbinenrad 3 vorgesehen sein, so dass aufwändige Schweißprozesse zur Verbindung von Welle 4 und Turbinenrad 3 erübrigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7010917 B2 [0002]
- EP 0961038 A1 [0004]

Claims

Turbolader mit Turbinenrad (3) sowie damit über eine gemeinsame Welle (4) drehfest verbundenem Verdichterrad (2), wobei das Verdichterrad (2) mit der Welle (4) kraftschlüssig verspannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der kraftschlüssig gegeneinander verspannten Kontaktflächen der Welle (4), des Verdichterrads (2) und/oder eines dazwischen eingespannten Teils (6, 7) mit einer reibungserhöhenden Beschichtung versehen ist.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtung enthaltene Hartpartikel in die der Beschichtung zugewandten Kontaktflächen eingedrückt bzw. eingesenkt sind.
Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung im Wesentlichen aus einer Trägerschicht sowie darin eingelagerten Partikeln oder Granulaten besteht, deren Material im Vergleich zu dem Material der Kontaktflächen eine höhere Härte bei hoher thermischer Belastbarkeit aufweist.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad wie das Verdichterrad mit der Welle (4) kraftschlüssig verspannt ist.