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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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Eine
gattungsgemäße Ladeeinrichtung ist beispielsweise
aus der
WO 2008/064868
A2 und aus der
DE 10 2005 037739 A1 bekannt.
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Bei
herkömmlichen Ladeeinrichtungen werden üblicherweise
ein Turbinenrad bzw. ein Verdichterrad stoffschlüssig mit
einer Welle verbunden. Eine derartige stoffschlüssige Verbindung
kann beispielsweise mittels eines Verschweißens realisiert
werden, wobei es hier im Bereich einer Schweißnaht bzw.
einer Schweißzone zu einer Gefügeänderung
aufgrund des Wärmeeintrages kommen kann. Derartige Gefügeänderung
birgt stets die Gefahr einer mechanischen Schwächung, welche
sich unter Umständen negativ auf die Dauerstanzfestigkeit
der Ladeeinrichtung auswirken kann.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung,
eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere durch eine hohe Dauerstandsfestigkeit
eines Rotors auszeichnet.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den unabhängigen
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Turbinenrad bzw.
ein Verdichterrad über eine Schrumpfverbindung drehfest
mit einer Welle zu verbinden und dadurch eine Verbindung zu schaffen,
welche einerseits eine hohe Dauerstandsfestigkeit aufweist und andererseits
keine Gefügestörungen verursacht, welche die Dauerstandsfestigkeit negativ
beeinflussen können. Eine Schrumpfverbindung entsteht üblicherweise
dadurch, dass ein äußeres Teil durch eine Erwärmung
vergrößert wird, wodurch sich ein inneres Teil
einfügen lässt. Nach dem Erkalten ist das äußere
Teil kraftschlüssig auf das innere Teil aufgeschrumpft.
Eine Erwärmung wird dabei meistens mittels Induktion oder
eines Ölbades bewirkt. Selbstverständlich kann
dabei auch eine Abkühlung des inneren Bauteils erfolgen,
so dass sich dieses nach dem Wiederaufwärmen ausdehnt und fest
mit dem äußeren Teil verbindet. Ebenso ist auch ein
Erwärmen des äußeren und ein gleichzeitiges
Abkühlen des inneren Bauteils zur Herstellung einer derartigen
Schrumpfverbindung denkbar. Generell lässt sich mit derartigen
Schrumpfverbindungen eine äußerst zuverlässige
und stabile Verbindung schaffen, welche sich darüber hinaus
durch eine entsprechende einseitige Temperatureinwirkung auch wieder
lösen lässt. Darüber hinaus ist eine
derartige Schrumpfverbindung äußerst kostengünstig
und reproduzierbar herstellbar.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung, ist die Welle über eine geschrumpfte Hinterschnittverbindung
mit dem Turbinen-/Verdichterrad drehfest verbunden. Die mechanische
Verbindung zwischen der Welle und dem Turbinen-/Verdichterrad wird
hierbei zunächst über die Hinterschnittverbindung,
das heißt rein mechanisch, hergestellt, wobei bereits eine
der beiden Komponenten, das heißt die Welle oder das Turbinen-/Verdichterrad
thermisch behandelt, das heißt erwärmt oder gekühlt
worden ist, so dass zusätzlich zur Hinterschnittverbindung
die beiden Komponenten nach einem Temperaturausgleich aufeinander
schrumpfen. Dies ermöglicht eine besonders einfach herzustellende
Verbindung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad und der Welle, welche
darüber hinaus kostengünstig und prozesssicher
herzustellen ist. Ein derartiger Hinterschnitt kann beispielsweise mittels eines
Pulverspritzgussverfahrens (MIM – Metal Injection Molding)
hergestellt werden, insbesondere sogar in einem gemeinsamen Verfahrensschritt
zusammen mit der Welle bzw. dem Turbinen-/Verdichterrad.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung, ist zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad und der
Welle ein Isolierelement angeordnet. Ein derartiges Isolierelement
soll eine unerwünschte Wärmeübertragung zwischen
beispielsweise dem Turbinenrad und der Welle verhindern, wodurch
die Welle insgesamt eine geringere thermische Belastung erfährt.
Die geringere thermische Belastung wirkt sich dabei positiv auf eine
Lagerung der Welle aus. Darüber hinaus wird durch ein derartiges
Isolierelement auch ein unerwünschter Wärmeeintrag
in ein Lagergehäuse, verbunden mit den dadurch einhergehenden
Nachteilen, vermieden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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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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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen
Rotor in einem Verbindungsbereich zwischen einem Turbinen-/Verdichterrad
und einer Welle.
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Entsprechend
der 1, weist ein Rotor 1 ein Turbinen-/Verdichterrad 2 und
eine damit verbundene Welle 3 auf. Erfindungsgemäß sind
dabei das Turbinen-/Verdichterrad 2 und die Welle 3 über
eine Schrumpfverbindung drehfest miteinander verbunden. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel ist dabei die Verbindung sogar als
geschrumpfte Hinterschnittverbindung ausgeführt, wobei
im Turbinen-/Verdichterrad 2 ein Hinterschnitt 4 und
an der Welle 3 zugehörige Pins 5 angeordnet
sind. Dabei kann die Verwendung generell auch als sogenannter Bajonettverschluss
ausgebildet sein.
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Die
Verbindung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der
Welle 3 erfolgt dabei wie folgt: Zunächst wird
das Turbinen-/Verdichterrad 2 erwärmt und in diesem
erwärmten Zustand mit der vergleichsweise dazu kühleren
Welle 3 verbunden. Anschließend erfolgt ein Temperaturausgleich,
welcher bewirkt, dass das Turbinen-/Verdichterrad 2 auf die
Welle 3 aufschrumpft. Selbstverständlich ist hierbei
auch denkbar, dass zum Herstellen der Verbindung die Welle 3 gekühlt
oder aber sowohl die Welle 3 gekühlt als auch
das Turbinen-/Verdichterrad 2 erwärmt werden.
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Generell
ist der Rotor 1 in seinem Einbauzustand in einer nicht
gezeigten Ladeeinrichtung eingebaut, wobei insbesondere ein unerwünschter
Wärmeübertrag vom Turbinenrad 2 auf die
Welle 3 vermieden werden soll. Aus diesem Grund kann zwischen
dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 ein
Isolierelement 6 angeordnet sein, welches insbesondere
aus einem schlecht wärmeleitenden Material hergestellt
ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Schrumpfverbindung lässt
sich eine äußerst einfache Montage bzw. gegebenenfalls
auch wieder eine Demontage realisieren und zugleich ein deutlich
geringerer Wuchtaufwand realisieren. Darüber hinaus ist
es möglich für die Welle 3 beispielsweise
einen verschleißbeständigen, insbesondere einen
gehärteten, Wellenwerkstoff zu wählen oder durch
einen anschließenden Härteprozess verschleißbeständig
auszuführen. Durch die rein mechanische bzw. thermische
Verbindung entstehen keine mechanischen Schwachstellen, beispielsweise
durch eine Aufhärtung oder das Bilden von Warmrissen, wie
dies üblicherweise beim Herstellen von Schweißverbindungen
der Fall war. Insbesondere lassen sich mit dem erfindungsgemäßen
Verbindungsverfahren auch unterschiedliche Materialien prozesssicher
miteinander verbinden. Durch die Hinterschnittverbindung 4,
welche anschließend noch geschrumpft wird, kann auch durch ungelernte
Arbeiter eine Montage des Turbinen-/Verdichterrades 2 auf
der Welle 3 erfolgen, da die Hinterschnittverbindung 4 eine
genaue Relativlage zwischen den beiden Baukomponenten 2 und 3 vorgibt. Das
anschließende Schrumpfen dient dabei lediglich noch der
zusätzlichen Sicherung der Hinterschnittverbindung 4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/064868
A2 [0002]
- - DE 102005037739 A1 [0002]