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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere
einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße
Ladeeinrichtungen sind bspw. aus der
DE 10 2005 037 739 A1 und
aus der
WO 2008/064868
A2 bekannt.
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Nachteilig
bei den bekannten Ladeeinrichtungen ist, dass ein Turbinenrad und
ein Verdichterrad üblicherweise mittels eines Fügeverfahrens,
insbesondere durch eine Verschweißung, mit einer Welle
verbunden sind. Eine derartige Verschweißung bewirkt jedoch
eine Gefügeveränderung im Bereich der Einflusszone,
wodurch es in diesem Bereich zu mechanischen Schwächungen
kommen kann. Darüber hinaus besteht die Welle oftmals aus
einem anderen Werkstoff als das Turbinen-/Verdichterrad, wodurch der
thermische Fügevorgang, also bspw. das Schweißen,
zusätzlich erschwert wird.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung,
eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform
anzugeben, bei welcher ein Turbinenrad bzw. ein Verdichterrad auf
gänzlich andere Weise an einer zugehörigen Welle
befestigt werden.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einem Turbinen-/Verdichterrad
eine mehrteilige, insbesondere eine zweiteilige Buchse vorzusehen.
Diese Buchse umgreift eine zugehörige Welle bzw. einen
zugehörigen Wellenabschnitt drehfest, sofern das Turbinen-/Verdichterrad
auf der Welle montiert ist. Die zumindest zwei Teile der mehrteiligen
Buchse werden dabei zunächst in voneinander getrenntem
Zustand auf ein Längsende der Welle aufgebracht, wobei
sie zwischen sich einen entsprechend geformten Wellenkopf drehfest
halten. Eine Trennebene der Buchse kann dabei sowohl in deren Axialrichtung
als auch quer dazu verlaufen.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung, ist zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad und der
Welle ein Isolierelement angeordnet. Ein derartiges Isolierelement
vermindert eine Wärmeübertragung zwischen insbesondere dem
Turbinenrad und der Welle und reduziert dadurch einen Temperatureintrag
in die Welle und damit in das Lagergehäuse und entsprechende
Lager der Welle. Hierdurch wird die thermische Belastung für die
Lager reduziert, was zu einer längeren Lebensdauer derselben
führt. Ein derartiges Isolierelement ist üblicherweise
aus einem schlecht wärmeleitenden Werkstoff hergestellt,
wobei dieser Werkstoff jedoch selbstverständlich in der
Lage ist, die beim Betrieb der Ladeeinrichtung auftretenden Temperaturen
problemlos zu ertragen.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung, bildet die Buchse einen integralen Bestandteil
des Turbinen-/Verdichterrads, so dass auch dieses mehrteilig, insbesondere
zweiteilig ausgebildet ist. Denkbar sind dabei prinzipiell zwei
unterschiedliche Alternativen. Bei der ersten Alternative ist die
Buchse in Axialrichtung, das heißt beispielsweise als Axialfortsatz
des Turbinen-/Verdichterrads angeordnet, wobei ausschließlich
die Buchse mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet ist,
während das Turbinen-/Verdichterrad einstückig
ausgeführt ist. Bei der zweiten Alternative bildet die
Buchse einen integralen Bestandteil des Turbinen-/Verdichterrads,
so dass in diesem Fall das Turbinen-/Verdichterrad selbst mehrteilig
ausgeführt ist. Generell ist es dabei bei beiden alternativen
möglich, die Trennebene sowohl in Axialrichtung als auch
quer dazu vorzusehen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung, sind/ist die Buchse und/oder das Turbinen-/Verdichterrad
im Pulverspritzgussverfahren hergestellt. Unter Pulverspritzgießen
(PIM, Powder-Injection-Molding) versteht man generell die Anwendung
des weit verbreiteten Verfahrens des Spritzgießens als
neuen Formgebungsprozess. Mit dem Pulverspritzgussverfahren ist
es möglich, hohe Stückzahlen und/oder technisch anspruchsvolle
und komplexe Bauteile (auch im Mikrobereich) mit geringen Toleranzen
herzustellen. Generell wird dabei das Pulverspritzgussverfahren
in zwei Fertigungsmethoden, nämlich in das Metallpulverspritzgießen
(MIM, Metall-Injection-Molding) und dem Keramikpulverspritzgießen
(CIM, Ceramic-Injection-Molding) unterschieden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
Längsschnittdarstellung durch einen Rotor im Bereich einer
Verbindung zwischen einem Turbinen-/Verdichterrad und einer Welle
bei einer axialen Trennebene,
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2 eine
im Wesentlichen ähnliche Darstellung wie in 1,
jedoch bei einer anderen Ausbildung einer Buchse und einer orthogonal
zur Achse der Welle liegenden Trennebene,
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3 ein
Turbinen-/Verdichterrad mit einer integrierten Buchse und einer
axialen Trennebene.
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Entsprechend
der 1, weist ein erfindungsgemäßer
Rotor 1, ein Turbinen-/Verdichterrad 2 sowie eine
zugehörige Welle 3 auf. Der Rotor 1 ist dabei
beispielsweise als Bestandteil einer Ladeeinrichtung, insbesondere
eines Abgasturboladers in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Betrachtet
man die 1, so erkennt man, dass das Turbinen-/Verdichterrad 2 eine
der Welle 3 zugewandte und mehrteilige, insbesondere zweiteilige,
Buchse 4 aufweist, welche im montierten Zustand die Welle 3 drehfest
umgreift. Bei der gemäß der 1 gezeigten
Darstellung, liegt dabei eine Trennebene 5 der Buchse 4 parallel
zur Achse der Welle 3. Darüber hinaus ist die Buchse 4 hinterschnittartig
ausgebildet und umgreift einen Wellenkopf 6 formschlüssig.
Hierzu sind an dem Wellenkopf 6 entsprechende Pins 7 und
an der Buchse 4 entsprechende Ausnehmungen 8 vorgesehen.
Bei der gemäß der 1 dargestellten
Ausführungsform kann das Turbinen-/Verdichterrad 2 selbst einteilig
oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet sein.
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Betrachtet
man im Vergleich zur 1 die 2, so ist
in diesem Beispiel die Buchse 4 ebenfalls zweiteilig ausgebildet,
wobei die Trennebene 5 orthogonal zu einer Achse der Welle 3 angeordnet ist.
Auch in diesem Fall kann die Buchse 4 separat zum Turbinen-/Verdichterrad 2 hergestellt
und anschließend mit diesem verbunden werden oder zumindest
ein Teil, hier der links der Trennebene 5 liegende Teil,
einstückig mit dem Turbinen-/Verdichterrad 2 ausgeführt
sein.
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Gemäß der 3 bildet
die Buchse 4 einen integralen Bestandteil des Turbinen-/Verdichterrads 2,
so dass dieses in diesem Fall mehrteilig, insbesondere zweiteilig,
ausgebildet sein muss. Allen gezeigten Ausführungsformen
ist dabei gemein, dass die Buchse 4 mit dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und
mit der Welle 3 drehfest verbunden, insbesondere verschweißt
ist.
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Um
einen übermäßigen Wärmeeintrag
in die Welle 3 verhindern zu können, ist bspw.
gemäß der 1 zwischen
dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 ein
Isolierelement 9 vorgesehen, welches aus einem schlecht
wärmeleitenden Werkstoff hergestellt ist. Eine Schweißverbindung
der einzelnen Komponenten der Buchse 4 bzw. der einzelnen
Teile des Turbinen-/Verdichterrads 2 kann bspw. mittels
eines Reibschweißverfahrens erfolgen.
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Generell
ist es in der erfindungsgemäßen Verbindungstechnik
möglich, eine leichte, insbesondere prozesssicher und reproduzierbar
herstellbare Verbindung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und
der Welle 3 zu realisieren, wobei darüber hinaus ein
geringerer Wuchtaufwand zu erwarten ist. Von besonderem Vorteil
dürfte auch sein, dass das Turbinen-/Verdichterrad 2 eine
direkte stoffschlüssige Verbindung mit der Welle 3 eingeht,
so dass letztere bspw. aus einem gehärteten Wellenwerkstoff
hergestellt werden kann. Von besonderem Vorteil ist darüber
hinaus, dass das Turbinen-/Verdichterrad 2 und/oder die Buchse 4 im
Pulverspritzgussverfahren hergestellt werden können, wodurch
insbesondere auch ein Umspritzen der Welle 3 möglich
ist. Darüber hinaus bietet das Pulverspritzgussverfahren
ein kostengünstiges und äußerst toleranzgenaues
Herstellungsverfahren, welches darüber hinaus eine hohe Prozesssicherheit
und damit Reproduzierbarkeit aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005037739
A1 [0002]
- - WO 2008/064868 A2 [0002]