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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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Aus der
DD 2 53 850 A1 ist eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader, mit einer ein Schaufelrad tragenden Welle bekannt. Das Schaufelrad weist dabei eine der Welle zugewandte und mehrteilige Buchse auf.
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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. Erfindungsgemäß sind die einzelnen Teile der Buchse miteinander verschweißt. 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.
