DE102008058507A1

DE102008058507A1 - Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102008058507A1
Application number: DE102008058507A
Authority: DE
Inventors: Klaus Czerwinski; Stefan Dr. Münz
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-05-27

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 das Turbinen-/Verdichterrad (2) einen der Welle (3) zugewandten stirnseitig offenen Axialfortsatz (4) aufweist, in welchen die Welle (3) mit einem Längsende eingreift, - dass zumindest ein Sicherungselement (5) vorgesehen ist, mit welchem das Turbinen-/Verdichterrad (2) auf der Welle (3) fixiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung ist bspw. aus der DE 10 2005 037 739 A1 und aus der WO 2008/064868 A2 bekannt.
Nachteilig bei dem nachgewiesenen Stand der Technik ist, dass ein Turbinenrad bzw. ein Verdichterrad üblicherweise mittels eines Schweißverfahrens mit einer Welle verbunden wird. Durch eine derartige Schweißverbindung entstehen Naht- bzw. Fügestellen, an welchen eine Werkstoffmischung erfolgt, die üblicherweise schwächere mechanische Belastungswerte als das Turbinenrad bzw. die Welle aufweist. Darüber hinaus ist aus Gewichtsgründen das Turbinen-/Verdichterrad üblicherweise aus einem Leichtmetall ausgebildet, während die Welle aus Stahl, insbesondere aus einer Nickel-Basis-Legierung ausgebildet ist. Die Verbindung von Leichtmetall mit Stahl, insbesondere durch ein Schweißverfahren, stellt eine weitere Schwierigkeit dar.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, mit welcher insbesondere eine Montage bzw. Demontage eines Turbinen-/Verdichterrads auf bzw. von einer zugehörigen Welle erleichtert wird.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Verbindung zwischen einem Turbinen-/Verdichterrad und einer Welle in einer Ladeeinrichtung nicht mehr mittels eines Fügeverfahrens, bspw. mittels eines Schweißverfahrens, zu realisieren, sondern mittels rein mechanischer Verbindungselemente. Hierzu weist das Turbinen-/Verdichterrad einen der Welle zugewandten stirnseitig offenen Axialfortsatz auf, in welchen die Welle mit einem Längsende eingreift, so dass das Turbinen-/Verdichterrad über ein Längsende der Welle übergestülpt wird. Zur Fixierung des Turbinen-/Verdichterrads auf der Welle ist darüber hinaus zumindest ein Sicherungselement vorgesehen, welches bspw. als Splint, Schraube, Stift oder Ring, insbesondere als Wellendichtring, ausgebildet sein kann. Mit einem derartigen rein mechanischen Verbindungsverfahren, lassen sich die bei den Fügeverfahren auftretenden Nachteile gänzlich ausschließen, so dass insbesondere keine Schwächung von Nahtstellen bzw. Verbindungsstellen auftreten. Darüber hinaus kann durch eine derartige rein mechanische Verbindung eine besonders leichte Montage bzw. Demontage des Turbinen-/Verdichterrads auf der bzw. von der Welle erfolgen, wodurch die Herstellungs- bzw. Wartungskosten deutlich abgesenkt werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Turbinen-/Verdichterrad formschlüssig mit seinem stirnseitig offenen Axialfortsatz auf die Welle aufgeschoben. Hierzu weist die Welle bspw. einen rechteckigen Querschnitt im Verbindungsbereich mit dem Turbinen-/Verdichterrad auf, welcher formschlüssig in einen entsprechenden Innenquerschnitt des Axialfortsatzes des Turbinen-/Verdichterrads eingreift und dadurch eine rein mechanische Drehmomentenübertragung zwischen der Welle und dem Turbinen-/Verdichterrad bzw. umgekehrt ermöglicht. Selbstverständlich muss dabei aufgrund des unterschiedlichen Materials des Turbinen-/Verdichterrads und der Welle auf unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten Rücksicht genommen werden, so dass Temperaturspannungen zwischen den beiden Komponenten bei allen denkbaren Betriebszuständen zuverlässig auszuschließen sind.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
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.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Längsschnitt durch einen Rotor einer Ladeeinrichtung im Bereich eines Turbinen-/Verdichterrads,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
Entsprechend der 1, weist ein Rotor 1 einer im Übrigen nicht gezeigten Ladeeinrichtung, bspw. eines Abgasturboladers, ein Turbinenrad 2 auf, welches auf einer Welle 3 fixiert ist. Das gezeichnete Turbinenrad 2 kann dabei selbstverständlich auch als Verdichterrad 2 ausgebildet sein, so dass im nachfolgenden zwar stets von einem Turbinen-/Verdichterrad 2 gesprochen wird, selbstverständlich aber auch ein Verdichterrad gemeint sein kann. Erfindungsgemäß weist nun das Turbinen-/Verdichterrad 2 einen der Welle 3 zugewandten stirnseitig offenen Axialfortsatz 4 auf, in welchen die Welle 3 mit einem Längsende eingreift. Darüber hinaus ist zumindest ein Sicherungselement 5 vorgesehen, mit welchem das Turbinen-/Verdichterrad 2 auf der Welle 3 fixiert ist. Als Sicherungselement 5 kommt dabei bspw. ein Splint, eine Schraube, ein Stift oder ein Ring, insbesondere ein Sicherungsring oder ein Wellendichtring, in Frage. Weitere mögliche Ausführungsformen einer Sicherung des Verbunds zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 sind bspw. ein Bördeln oder ein Rolieren des Turbinen-/Verdichterrads 2 bzw. dessen Axialfortsatzes 4 auf der Welle 3.
Um eine ungehinderte Wärmeübertragung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 zumindest reduzieren zu können, ist zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 wenigstes ein Isolierelement 6 vorgesehen. Dieses kann bspw. als stirnseitig der Welle 3 angeordnetes Isolierblättchen ausgebildet sein.
Um eine möglichst hohe und wirkungsvolle Übertragung von Drehmomenten zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 erreichen zu können, kann das Turbinen-/Verdichterrad 2 bspw. formschlüssig mit seinem stirnseitig offenen Axialfortsatz 4 auf die Welle 3 aufgeschoben werden. Darüber hinaus können das Turbinen-/Verdichterrad 2 und die Welle 3 bspw. durch Aufpressen, Schrumpfen oder entsprechende Riffelungen mit Nuten, Führungen oder Ähnlichem drehfest miteinander verbunden werden.
Die erfindungsgemäße Verbindung kann dabei auf unterschiedliche mechanische Belastungen angepasst bzw. ausgelegt werden, wodurch durch das wenigstens eine Isolierelement 6 eine ausreichende Unterbrechung der Wärmeübertragung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 gesichert werden kann. Darüber hinaus lässt sich das Turbinen-/Verdichterrad 2 äußerst einfach, dass heißt mit geringem Montage- bzw. Demontageaufwand auf die Welle 3 bzw. von dieser montieren bzw. demontieren, wobei darüber hinaus eine exakte Montage in axialer Richtung der Welle 3 erfolgen kann, wodurch ein Luftaufwand reduziert wird. Durch die Verwendung von Wellendichtringen als Sicherungselemente 5 zur Sicherung einer Verbindung zwischen einem Turbinenrad 2 und der Welle 3, kann eine Verkürzung der Welle 3 ermöglicht werden, wodurch sich der Schwerpunkt des Rotors 1 hin zum Verdichterrad verschiebt. Daraus kann resultieren, dass beide Lager zur Lagerung der Welle 3 kleiner ausgelegt werden können.
Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 ein reduzierter Wuchtaufwand sowie eine geringere Gefahr einer Schädigung beim hochtourigen Wuchten erreicht werden. Darüber hinaus kann auch eine verschleißbeständige Lagerung der Welle 3 erreicht werden, da die Welle 3 in vorliegendem Fall aus gehärtetem Wellenwerkstoff ausgebildet werden kann. Etwaige Probleme, wie sie beim Fügen mittels eines Schweißverfahrens durch eine lokale Aufhärtung oder das Entstehen von Warnrissen auftreten konnten, sind bei den erfindungsgemäßen Verbindungsverfahren nicht zu erwarten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005037739 A1 [0002]
- WO 2008/064868 A2 [0002]

Claims

Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug mit einer, ein Verdichterrad (2) und ein Turbinenrad (2) tragenden Welle (3), dadurch gekennzeichnet, – dass das Turbinen-/Verdichterrad (2) einen der Welle (3) zugewandten stirnseitig offenen Axialfortsatz (4) aufweist, in welchen die Welle (3) mit einem Längsende eingreift, – dass zumindest ein Sicherungselement (5) vorgesehen ist, mit welchem das Turbinen-/Verdichterrad (2) auf der Welle (3) fixiert ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sicherungselement (5) als Splint, Schraube, Stift oder Ring, insbesondere als Wellendichtring, ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad (2) und der Welle (3) ein Isolierelement (6) angeordnet ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierelement (6) als stirnseitig der Welle (3) angeordnetes Isolierplättchen ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-/Verdichterrad (2) formschlüssig mit seinem stirnseitig offenen Axialfortsatz (4) auf die Welle (3) geschoben ist.