DE102008058504A1 - Ladeeinrichtung - Google Patents

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English (en)
Inventor
Klaus Czerwinski
Stefan Dr. Münz
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BMTS Technology GmbH and Co KG
Original Assignee
Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/025Fixing blade carrying members on shafts

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug mit einer, ein Verdichterrad (2) und ein Turbinenrad (2) tragenden Welle (3). Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Welle (3) und das Turbinen-/Verdichterrad (2) über eine Schrumpfverbindung drehfest miteinander verbunden sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung ist beispielsweise aus der WO 2008/064868 A2 und aus der DE 10 2005 037739 A1 bekannt.
  • 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.
  • 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.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
  • 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.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Rotor in einem Verbindungsbereich zwischen einem Turbinen-/Verdichterrad und einer Welle.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2008/064868 A2 [0002]
    • - DE 102005037739 A1 [0002]

Claims (3)

  1. Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug mit einer, ein Verdichterrad (2) und ein Turbinenrad (2) tragenden Welle (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) und das Turbinen-/Verdichterrad (2) über eine Schrumpfverbindung drehfest miteinander verbunden sind.
  2. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) über eine geschrumpfte Hinterschnittverbindung (4) mit dem Turbinen-/Verdichterrad (2) drehfest verbunden ist.
  3. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad (2) und der Welle (3) ein Isolierelement (6) angeordnet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3666302A (en) * 1969-11-28 1972-05-30 Cav Ltd Rotor assemblies
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