DE102009035629A1 - Charging device, in particular exhaust gas turbocharger for a motor vehicle - Google Patents

Charging device, in particular exhaust gas turbocharger for a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (1), insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer ein Verdichterrad (2) tragenden Welle (3), mit einer Fixiereinrichtung (4) zum Fixieren des Verdichterrades (2) auf der Welle (3), mit zumindest einem auf der Welle (3) und durch die Fixiereinrichtung (4) zusammen mit dem Verdichterrad (2) fixierten Bauelement (5, 6, 7). Durch geschickte Auswahl von Materialien lässt sich erreichen, dass eine Wärmeausdehnung des Verdichterrades (2) durch den Ausdehnungskoeffizienten (α) zumindest eines Bauelementes (5, 6, 7) zumindest teilweise kompensiert werden kann. Dadurch ist es möglich, die anfängliche Spannkraft, mit der die Bauelemente (5, 6, 7) auf der Welle (3) positioniert bzw. verspannt werden, zu erhöhen, ohne dass die für die verspannten Bauelemente (5, 6, 7) zulässige Flächenpressung überschritten wird.The invention relates to a charging device (1), in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, with a shaft (3) carrying a compressor wheel (2), with a fixing device (4) for fixing the compressor wheel (2) on the shaft (3) at least one component (5, 6, 7) fixed on the shaft (3) and by the fixing device (4) together with the compressor wheel (2). By carefully selecting materials, it is possible to at least partially compensate for thermal expansion of the compressor wheel (2) by means of the expansion coefficient (α) of at least one component (5, 6, 7). This makes it possible to increase the initial clamping force with which the components (5, 6, 7) are positioned or clamped on the shaft (3) without the permissible for the clamped components (5, 6, 7) Surface pressure is exceeded.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The present invention relates to a loading device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle with the features of the preamble of claim 1.

Aus der DE 196 53 210 C2 ist ein Turbolader für Verbrennungsmotoren bekannt. Dabei wird bei Temperaturschwankungen auf der Verdichterseite sowohl eine Wärmeausdehnung der Welle sowie eines auf der Welle angeordneten Bauelementes, wie z. B. eines Verdichterrades, als auch eine Wärmeausdehnung von Teilbereichen des umgebenden Gehäuses berücksichtigt. Durch zumindest die Ausbildung eines an dem Verdichtergehäuse angeordneten und dem Verdichterrad zugewandten Wandelementes aus Werkstoff, der weicher als der Werkstoff des Verdichterrads ist, kann im Falle einer Wärmeausdehnung das Verdichterrad bei Kontakt mit dem Wandelement dieses soweit abraspeln, bis zwischen Verdichterrad und Wandelement gerade kein Kontakt mehr auftritt. Dadurch ist zusätzlich der Spalt zwischen einer Gehäuseinnenwand und dem Verdichterrad minimiert und der Verdichterwirkungsgrad verbessert.From the DE 196 53 210 C2 a turbocharger for internal combustion engines is known. In this case, both thermal expansion of the shaft and a arranged on the shaft component, such. As a compressor wheel, as well as a thermal expansion of portions of the surrounding housing considered. By at least the formation of a arranged on the compressor housing and the compressor wheel facing wall element of material that is softer than the material of the compressor, in the case of thermal expansion the compressor in contact with the wall element this far abraspeln until between compressor wheel and wall element just no contact more occurs. As a result, the gap between a housing inner wall and the compressor wheel is additionally minimized and the compressor efficiency is improved.

Auch Bauelemente, die verdichterseitig auf der Welle angeordnet sind, unterliegen, wie die Welle selbst, im Falle einer Temperaturerhöhung einer Wärmeausdehnung. Dabei ist es derzeit üblich, zumindest einige auf der Welle angeordnete Bauelemente aus einer mit der Welle einheitlichen Stahlsorte herzustellen. Für das Verdichterrad kann zur Gewichtsreduzierung üblicherweise ein Aluminium- oder Titanwerkstoff eingesetzt werden. Um einer Unwuchtbildung des Verdichterrads vorzubeugen, werden die auf der Welle angeordneten Bauelemente durch eine Fixiereinrichtung mit einer dementsprechenden, anfänglichen Spannkraft auf der Welle fixiert. Im Falle einer Temperaturerhöhung dehnt sich jedoch aufgrund des höheren Ausdehnungskoeffizienten das Verdichterrad aus z. B. einem Aluminium- oder Titanwerkstoff stärker aus, als die Welle, auf der das Verdichterrad angeordnet ist. Dadurch erhöht sich die Spannkraft mit der die Bauelemente auf der Welle fixiert werden zusätzlich um eine durch die stärkere Wärmeausdehnung des Verdichterrades hervorgerufene Ausdehnungskraft. Dementsprechend ist diese durch die Wärmeausdehnung auftretende Ausdehnungskraft bei der anfänglichen Spannkraft zu berücksichtigen, da sonst die zulässige Flächenpressung der verspannten Bauelemente überschritten werden kann und es im schlimmsten Fall zu einem Abreißen der Welle kommen kann. Es ist allerdings denkbar, dass die maximal zulässige anfängliche Spannkraft nicht immer für alle Einsatzbereiche der auf der Welle angeordneten Bauelemente ausreichend ist. Aufgrund einer zu geringen anfänglichen Spannkraft, die im Falle einer absinkenden Temperatur, z. B. im Winter, durch den großen Ausdehnungskoeffizienten des Verdichterrades zusätzlich noch abgeschwächt werden kann, kann es zu einem Verrutschen, Verdrehen oder Verkippen des Verdichterrades kommen. Daraus kann wiederum eine negative Unwuchtänderung des Verdichterrades resultieren, die als akustische Störung vom Kunden beanstandet werden könnte.Also Components which are arranged on the compressor side on the shaft, subject, like the wave itself, in case of a temperature increase a thermal expansion. It is currently common practice at least some arranged on the shaft components of a to produce uniform steel grade with the shaft. For the compressor wheel can be used for weight reduction usually an aluminum or titanium material can be used. To an imbalance prevent the compressor wheel, which are arranged on the shaft Components by a fixing device with a corresponding, fixed initial tension on the shaft. In the event of However, a temperature increase expands due to the higher expansion coefficient of the compressor wheel z. B. an aluminum or titanium material stronger, as the shaft on which the compressor wheel is arranged. Thereby the clamping force increases with the components The wave will be additionally fixed by one through the stronger one Thermal expansion of the compressor wheel caused expansion force. Accordingly, this is due to the thermal expansion To consider expansion force at the initial tension otherwise the permissible surface pressure of the strained Components can be exceeded and in the worst case can lead to a tearing off of the wave. It is, however conceivable that the maximum allowed initial Tension does not always apply to all uses the wave arranged components is sufficient. Because of a too little initial tension, which in case of a falling temperature, z. B. in winter, by the large expansion coefficient the compressor wheel additionally attenuated can cause slipping, twisting or tilting of the Compressor wheel come. This in turn can cause a negative imbalance change of the compressor wheel resulting as an acoustic disturbance could be objected to by the customer.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladevorrichtung eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine mögliche Erhöhung der anfänglichen Spannkraft, mit der die Bauelemente auf der Welle fixiert werden, auszeichnet, ohne dass in dem gesamten Einsatzbereich die zulässige Flächenpressung der auf der Welle verspannten Bauelemente überschritten wird.The The present invention addresses the problem of improved or at least for a loading device specify another embodiment, in particular by a possible increase in the initial one Clamping force with which the components are fixed on the shaft, without that in the entire field of application the permissible Surface pressure of the braced on the shaft components exceeded becomes.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this problem by the subject-matter of the independent claim solved. Advantageous embodiments are the subject the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Materialpaarung von verdichterseitig auf einer Welle angeordneten Bauelementen sowie der Welle selbst so vorzunehmen, dass in einem vorbestimmten Temperaturbereich ein Ausdehnungskoeffizient zumindest eines Bauelementes kleiner ist als ein Ausdehnungskoeffizient des Verdichterrades. Durch eine solche Materialpaarung kann teilweise eine temperaturbedingte Ausdehnung des Verdichterrades durch eine geringere Ausdehnung des zumindest einen Bauelementes so kompensiert werden, dass die durch die Ausdehnung des Verdichterrades resultierende und auf die Welle wirkende Ausdehnungskraft verringert ist. Da sich das Verdichterrad in Kombination mit dem zumindest einen Bauelement prozentual gegenüber der Welle weniger stark ausdehnt, als das Verdichterrad allein, ist auch die dadurch resultierende Spannkraft reduziert. Dies ermöglicht eine Erhöhung der anfänglichen Spannkraft, mit der die Bauelemente durch eine Fixiereinrichtung auf der Welle positioniert werden, da aufgrund der reduzierten, bei einer Temperaturerhöhung eintretenden Ausdehnungskraft, die maximale Flächenpressung der auf der Welle angeordneten und durch die Fixiereinrichtung positionierten Bauelemente nicht überschritten wird. Aufgrund einer dementsprechend erhöhten anfänglichen Spannkraft ist eine ausreichend stabile Positionierung des Verdichterrades zumindest bzgl. seiner Unwucht auf der Welle sichergestellt.The Invention is based on the general idea, a material pairing of compressor side arranged on a shaft components and the Wave yourself to make that in a predetermined temperature range an expansion coefficient of at least one component smaller is as an expansion coefficient of the compressor wheel. By a Such material pairing can be partially due to a temperature-related expansion the compressor wheel by a smaller extent of at least a component can be compensated so that by the expansion the compressor wheel resulting and acting on the shaft expansion force is reduced. Since the compressor wheel in combination with the at least one component percentage with respect to the shaft is less strong than the compressor wheel alone, is also the result resulting clamping force reduced. This allows a Increase the initial tension, with the the components positioned by a fixing device on the shaft because of the reduced, at a temperature increase entering expansive force, the maximum surface pressure which is arranged on the shaft and positioned by the fixing device Components is not exceeded. Due to a correspondingly increased initial clamping force is a sufficiently stable positioning the compressor wheel at least with respect to its imbalance on the shaft ensured.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem vorbestimmten Temperaturbereich der Ausdehnungskoeffizient des zumindest einen Bauelementes nicht nur kleiner als der Ausdehnungskoeffizient des Turbinenrades sondern sogar kleiner als der Ausdehnungskoeffizient der Welle. Dadurch lässt sich oben beschriebener Effekt vergrößern und demgemäß kann auch die anfängliche Spannkraft weiter erhöht werden.In a preferred embodiment, in the predetermined temperature range, the expansion coefficient of the at least one component is not only smaller than the expansion coefficient of the turbine wheel but even smaller than the extension coefficient of the wave. As a result, the effect described above can be increased, and accordingly, the initial clamping force can be further increased.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawing and from the associated Description of the figures with reference to the drawing.

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.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.One preferred embodiment of the invention is in the Drawing and shown in the following description explained in more detail.

Es zeigt, schematisch, die einzige 1 ein auf einer Welle fixiertes Verdichterrad.It shows, schematically, the only one 1 a compressor wheel fixed on a shaft.

Wie in 1 dargestellt, kann bei einer Ladevorrichtung 1 ein Verdichterrad 2 auf einer Welle 3 mittels einer Fixiereinrichtung 4 fixiert werden. Zusätzlich zu dem Verdichterrad 2 kann des Weiteren auch zumindest ein weiteres Bauelement, wie z. B. eine Dichtungsbuchse 5, ein vorgelagerter, zwischen Dichtungsbuchse 5 und Verdichterrad 2, angeordneter Teilbereich 6 der Dichtungsbuchse 5 und/oder eine Anlaufscheibe 7 durch die Fixiereinrichtung 4 zusammen mit dem Verdichterrad 2 auf der Welle 3 positioniert werden. Um in einem vorbestimmten Temperaturbereich eine Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2, das bevorzugt aufgrund des geringen Gewichts aus einem Aluminium- und/oder Titanwerkstoff hergestellt ist, zumindest teilweise zu kompensieren, wird zumindest ein ebenfalls auf der Welle 3 angeordnetes und zusammen mit dem Verdichterrad 2 durch die Fixiereinrichtung 4 positioniertes Bauelement 5, 6, 7 aus einem Material hergestellt, dessen Ausdehnungskoeffizient α3 kleiner ist als der Ausdehnungskoeffizient α1 des Verdichterrades 2. Aufgrund einer solchen Materialpaarung dehnt sich eine Kombination aus Verdichterrad 2 mit einem Ausdehnungskoeffizienten α1 und zumindest einem Bauelement 5, 6, 7 mit einem kleineren Ausdehnungskoeffizienten α3 (α1 > α3) relativ gesehen zur Welle 3 weniger stark aus als das Verdichterrad 2 für sich allein genommen. Dies hat zur Folge, dass die aus der Wärmeausdehnung resultierende und auf die Welle 3 wirkende Ausdehnungskraft geringer ist, als im Fall eines Verdichterrades 2 aus einem Aluminium- und/oder Titanwerkstoff und ebenfalls auf der Welle angeordneten Bauelementen 4, 5, 6, 7, die aus einem gleichen Material wie die Welle 3 hergestellt sind oder einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten α2 wie die Welle 3 aufweisen.As in 1 shown in a loader 1 a compressor wheel 2 on a wave 3 by means of a fixing device 4 be fixed. In addition to the compressor wheel 2 Furthermore, at least one further component, such. B. a sealing bushing 5 , an upstream, between sealing bush 5 and compressor wheel 2 , arranged subarea 6 the sealing bush 5 and / or a thrust washer 7 through the fixing device 4 together with the compressor wheel 2 on the wave 3 be positioned. In a predetermined temperature range, a thermal expansion of the compressor wheel 2 , which is preferably made due to the low weight of an aluminum and / or titanium material, at least partially compensate, at least one is also on the shaft 3 arranged and together with the compressor wheel 2 through the fixing device 4 positioned component 5 . 6 . 7 made of a material whose coefficient of expansion α 3 is smaller than the coefficient of expansion α 1 of the compressor wheel 2 , Due to such a combination of materials, a combination of compressor wheel expands 2 with an expansion coefficient α 1 and at least one component 5 . 6 . 7 with a smaller coefficient of expansion α 3 (α 1 > α 3 ) relative to the shaft 3 less strong than the compressor wheel 2 taken alone. As a result, that resulting from the thermal expansion and to the shaft 3 acting expansion force is lower than in the case of a compressor wheel 2 made of an aluminum and / or titanium material and also arranged on the shaft components 4 . 5 . 6 . 7 made of a same material as the shaft 3 are made or a similar coefficient of expansion α 2 as the shaft 3 exhibit.

Üblicherweise werden durch die Fixiereinrichtung 4 das Verdichterrad 2 sowie weitere Bauelemente 5, 6, 7 auf der Welle durch Verspannung fixiert. Dabei ist eine anfängliche Spannkraft so zu wählen, dass im Falle einer durch eine Temperaturerhöhung eintretenden Wärmeausdehnung aller Komponenten durch die entstehende und auf die Welle wirkende Ausdehnungskraft die zulässige Flächenpressung der verspannten Bauteile 2, 4, 6, 5, 7 nicht überschritten wird. Wären sowohl die Fixiereinrichtung 4 als auch die Bauelemente 5, 6, 7 aus einem gleichen Material hergestellt, wie die Welle 3, so würde ausschließlich die Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 zu einer zusätzlich zur Spannkraft auftretenden und auf die Welle 3 wirkenden Ausdehnungskraft im Falle einer Temperaturerhöhung führen. Dies kommt deshalb zustande, da der Ausdehnungskoeffizient α2 der Welle aufgrund der üblichen Materialpaarung kleiner ist, als der Ausdehnungskoeffizient α1 des Verdichterrades 2. Im Falle einer Temperaturerhöhung ist somit unter anderem die entlang der Welle eintretende Ausdehnung des Verdichterrades 2 größer als die Längenausdehnung der Welle 3. Dadurch kommt es, da der axiale Platz des Verdichterrades 2 auf der Welle 3 durch die Fixiereinrichtung 4 beschränkt ist, zu einer aufgrund der Wärmeausdehnung resultierenden Ausdehnungskraftwirkung auf die Welle 3. Deshalb muss die anfängliche Spannkraft, mit der die Bauteile 2, 5, 6, 7 auf der Welle positioniert werden, so gewählt werden, dass auch im Falle einer Wärmeausdehnung die maximal zulässige Flächenpressung der miteinander verspannten Bauteile 2, 4, 5, 6, 7 nicht überschritten wird.Usually by the fixing device 4 the compressor wheel 2 as well as other components 5 . 6 . 7 fixed on the shaft by tension. In this case, an initial clamping force is to be selected such that, in the case of a thermal expansion of all components occurring as a result of a temperature increase, the permissible surface pressure of the clamped components due to the resulting expansion force acting on the shaft 2 . 4 . 6 . 5 . 7 is not exceeded. Would be both the fixer 4 as well as the components 5 . 6 . 7 made of the same material as the shaft 3 , so only the thermal expansion of the compressor wheel 2 in addition to the clamping force and on the shaft 3 acting expansion force in the event of a temperature increase. This is due to the fact that the expansion coefficient α 2 of the shaft due to the usual material pairing is smaller than the expansion coefficient α 1 of the compressor wheel 2 , In the case of a temperature increase, among other things, the expansion of the compressor wheel occurring along the shaft is 2 greater than the length of the shaft 3 , This is because the axial space of the compressor wheel 2 on the wave 3 through the fixing device 4 is limited, resulting in a due to the thermal expansion expansive force effect on the shaft 3 , Therefore, the initial clamping force with which the components must 2 . 5 . 6 . 7 be positioned on the shaft to be chosen so that even in the case of thermal expansion, the maximum allowable surface pressure of the braced components 2 . 4 . 5 . 6 . 7 is not exceeded.

Nun ist es möglich, diese anfängliche Spannkraft zu erhöhen, wenn zumindest eines der Bauelemente 5, 6, 7 mit einem Ausdehnungskoeffizienten α3 ausgestattet wird, der zumindest kleiner ist als der Ausdehnungskoeffizient α1 des Verdichterrades 2. Durch eine solche Maßnahme lässt sich die aufgrund der Temperaturerhöhung einstellende Ausdehnungskraft verringern, wodurch es möglich wird, die anfängliche Spannkraft zu erhöhen. Dies hat wiederum den Vorteil, dass im gesamten, vorbestimmten und betrachteten Temperaturbereich, bzw. dem Betriebsbereich der Ladevorrichtung 1, die auf die Bauteile 2, 4, 6, 5, 7 wirkende Spannkraft in einem Bereich bleibt, in dem weder die zulässige Flächenpressung der verspannten Bauteile 2, 4, 5, 6, 7 überschritten wird, noch die auf die Bauteile 2, 5, 6, 7 wirkende Spannkraft, z. B. aufgrund einer Temperaturerniedrigung, soweit abfällt, dass es zu einem Verrutschen, Verdrehen oder Verkippen zumindest des Verdichterrades 2 kommt.Now it is possible to increase this initial clamping force, if at least one of the components 5 . 6 . 7 is provided with an expansion coefficient α 3, which is at least smaller than the expansion coefficient α 1 of the compressor wheel 2 , By such a measure, the expansion force due to the temperature increase can be reduced, thereby making it possible to increase the initial clamping force. This in turn has the advantage that in the entire, predetermined and considered temperature range, or the operating range of the charging device 1 on the components 2 . 4 . 6 . 5 . 7 acting clamping force remains in a range in which neither the permissible surface pressure of the strained components 2 . 4 . 5 . 6 . 7 is exceeded, still on the components 2 . 5 . 6 . 7 acting clamping force, z. B. due to a decrease in temperature, if it drops, that it to slipping, twisting or tilting at least the compressor wheel 2 comes.

Dabei folgt die Wärmeausdehnung folgender Formel lx = (l0 +Δl)x = l0 x(1 + α·ΔT) wobei:

α
Längenausdehnungskoeffizient
l
Länge
x
Dimension von 1 bis 3
und die aufgrund der Längenausdehnung resultierenden Kräfte dem Hookschen Gesetz gemäß der Formel:
Figure 00070001
mit
E
Elastizitätsmodul
A
Querschnittsfläche.
The thermal expansion follows the following formula l x = (l 0 + Δl) x = l 0 x (1 + α · ΔT) in which:
α
Coefficient of linear expansion
l
length
x
Dimension from 1 to 3
and the forces resulting from the length expansion according to Hooke's law according to the formula:
Figure 00070001
With
e
modulus of elasticity
A
Cross sectional area.

Somit tritt aufgrund der Längenausdehnung Δl des Verdichterrades 2, die sich aufgrund des geringeren Ausdehnungskoeffizienten α2 der Welle 3 nur unvollständig ausbilden kann, eine Dehnung der Welle 3 und eine Stauchung der auf der Welle 3 angeordneten Bauteile 2, 4, 5, 6, 7 auf.Thus, due to the linear expansion .DELTA.l of the compressor wheel 2 due to the lower coefficient of expansion α 2 of the shaft 3 can form only incomplete, an elongation of the shaft 3 and a compression of the shaft 3 arranged components 2 . 4 . 5 . 6 . 7 on.

Bevorzugt kann der Ausdehnungskoeffizient α3 in einem vorbestimmten Temperaturbereich des zumindest einen Bauelements 5, 6, 7 so gewählt werden, dass er sogar kleiner als der Ausdehnungskoeffizient α2 der Welle 3 ist. In diesem Fall würde sich die Welle 3 gegenüber dem zumindest einen Bauelement 5, 6, 7 stärker ausdehnen als das zumindest eine Bauelement 5, 6, 7. Dadurch kommt es zu einem Platzgewinn im Falle einer Wärmeausdehnung bei einer Temperaturerhöhung, der der Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 zur Verfügung steht. Durch diese Materialverpaarung kann die aufgrund einer mit einer Temperaturerhöhung einhergehenden Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 stärker oder sogar bei dementsprechender Ausbildung, nahezu vollständig kompensiert werden. Dadurch ist eine weitere Verminderung der durch Temperaturerhöhung eintretenden Ausdehnungskraft ermöglicht. Dies ist im Prinzip bei allen Ladevorrichtungen 1 durchführbar, bei denen z. B. die Welle aus Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt ist und das Verdichterrad aus Aluminium oder Titan oder einer Aluminiumlegierung und/oder einer Titanlegierung hergestellt ist. In diesem Fall ist der Ausdehnungskoeffizient α2 der Welle 3 in jedem Fall kleiner als der Ausdehnungskoeffizient α1 des Verdichterrades 2.Preferably, the expansion coefficient α 3 in a predetermined temperature range of the at least one component 5 . 6 . 7 be chosen so that it is even smaller than the coefficient of expansion α 2 of the shaft 3 is. In this case, the wave would be 3 opposite to the at least one component 5 . 6 . 7 expand more than the at least one component 5 . 6 . 7 , This results in a gain in space in the case of thermal expansion at a temperature increase, the thermal expansion of the compressor wheel 2 is available. Due to this material mating the thermal expansion of the compressor wheel, which accompanies a temperature increase, can occur 2 stronger or even with corresponding training, are almost completely compensated. As a result, a further reduction of the temperature increase occurring by the expansion force is made possible. This is in principle with all charging devices 1 feasible, in which z. B. the shaft is made of steel or a steel alloy and the compressor wheel made of aluminum or titanium or an aluminum alloy and / or a titanium alloy. In this case, the coefficient of expansion α 2 of the shaft 3 in any case smaller than the coefficient of expansion α 1 of the compressor wheel 2 ,

Bevorzugt wird für zumindest ein solches Bauelement 5, 6, 7 eine Legierung verwendet, die aufgrund des Invar-Effektes der Legierung einen Ausdehnungskoeffizienten α3 aufweist, der anomal niedrig ist. Solche Legierungen, die eine derartige Invarianz der Dehnung bzgl. einer Temperaturänderung aufweisen (Invar-Effekt) können sogar in bestimmten Temperaturbereichen negative Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dadurch lassen sich Ausdehnungskoeffizienten α3 von zumindest einem Bauteil 5, 6, 7 ausbilden, die nahezu null bzgl. negativ sind.It is preferred for at least one such component 5 . 6 . 7 used an alloy which due to the Invar effect of the alloy has an expansion coefficient α 3 , which is abnormally low. Such alloys, which have such an invariance of the elongation with respect to a change in temperature (Invar effect) can even have negative coefficients of thermal expansion in certain temperature ranges. As a result, expansion coefficients α 3 of at least one component can be achieved 5 . 6 . 7 train that are almost zero in terms of negative.

Das Prinzip, die Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 durch zumindest ein Bauelement 5, 6, 7 mit einem geringeren Ausdehnungskoeffizienten zu kompensieren, kann für jedes zusammen mit dem Verdichterrad 2 auf der Welle angeordneten und durch die Fixiereinrichtung 4 positionierten bzw. verspannten Bauteil angewendet werden. So lassen sich z. B. die Bauelemente 5, 6, 7 mit einem im Vergleich zu dem Ausdehnungskoeffizienten α1 des Verdichterrades 2 geringeren Ausdehnungskoeffizienten α3 ausbilden. Ebenso ist es möglich, zumindest ein Fixierelement der Fixiereinrichtung 4 so auszubilden, dass das zumindest eine Fixierelement einen Ausdehnungskoeffizienten αf aufweist, der kleiner ist als der Ausdehnungskoeffizient α1 des Verdichterrades 2. Ebenso lässt sich zumindest ein solches Fixierelement mit einem Ausdehnungskoeffizienten αf ausstatten, der auch kleiner als der Ausdehnungskoeffizient α2 des Wellenabschnittes sein kann. Dies lässt sich, ebenso wie bei den Bauelementen 5, 6, 7 durch eine Legierung erreichen, die einen Invar-Effekt aufweist. Dadurch ist der Ausdehnungskoeffizient αf der Legierung eines solchen Fixierelementes anomal niedrig und durch eine solche Ausbildung des Ausdehnungskoeffizienten αf lässt sich die oben beschriebene Kompensation der Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 bewerkstelligen. Dabei ist es möglich, dass ein solches Fixierelement z. B. als Wellenmutter ausgebildet ist.The principle, the thermal expansion of the compressor wheel 2 by at least one component 5 . 6 . 7 Compensate with a lower coefficient of expansion, for each together with the compressor wheel 2 arranged on the shaft and by the fixing device 4 be positioned or clamped component applied. So can be z. B. the components 5 . 6 . 7 with a comparison with the expansion coefficient α 1 of the compressor wheel 2 form a smaller coefficient of expansion α 3 . It is also possible, at least one fixing element of the fixing device 4 in such a way that the at least one fixing element has an expansion coefficient α f which is smaller than the expansion coefficient α 1 of the compressor wheel 2 , Likewise, at least one such fixing element can be equipped with an expansion coefficient α f , which can also be smaller than the expansion coefficient α 2 of the shaft section. This can be done, as well as with the components 5 . 6 . 7 reach through an alloy that has an Invar effect. As a result, the expansion coefficient α f of the alloy of such a fixing element is abnormally low, and by such a configuration of the expansion coefficient α f can be the above-described compensation of the thermal expansion of the compressor wheel 2 accomplish. It is possible that such a fixing z. B. is designed as a shaft nut.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (12)

Ladevorrichtung (1), insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, – mit einer ein Verdichterrad (2) tragenden Welle (3), – mit einer Fixiereinrichtung (4) zum Fixieren des Verdichterrades (2) auf der Welle (3), – mit zumindest einem auf der Welle (3) und durch die Fixiereinrichtung (4) zusammen mit dem Verdichterrad (2) fixierten Bauelement (5, 6, 7), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem vorbestimmten Temperaturbereich ein Ausdehnungskoeffizient (α3) des zumindest einen Bauelements (5, 6, 7) kleiner ist, als ein Ausdehnungskoeffizient (α1) des Verdichterrades (2).Loading device ( 1 ), in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, - with a compressor wheel ( 2 ) carrying wave ( 3 ), - with a fixing device ( 4 ) for fixing the compressor wheel ( 2 ) on the shaft ( 3 ), - with at least one on the shaft ( 3 ) and by the fixing device ( 4 ) together with the compressor wheel ( 2 ) fixed component ( 5 . 6 . 7 ), characterized in that at least in a predetermined temperature range, an expansion coefficient (α 3 ) of the at least one component ( 5 . 6 . 7 ) is smaller than an expansion coefficient (α 1 ) of the compressor wheel ( 2 ). Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass in dem vorbestimmten Temperaturbereich ein Ausdehnungskoeffizient (α2) der Welle (3) kleiner ist, als der Ausdehnungskoeffizient (α1) des Verdichterrades (2).Loading device ( 1 ) according to claim 1, characterized. in that in the predetermined temperature range an expansion coefficient (α 2 ) of the shaft ( 3 Is smaller) than the coefficient of expansion (α 1) of the compressor wheel ( 2 ). Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass in dem vorbestimmten Temperaturbereich der Ausdehnungskoeffizient (α3) des zumindest einen Bauelements (5, 6, 7) kleiner ist, als der Ausdehnungskoeffizient (α2) der Welle (3).Loading device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized. in the predetermined temperature range, the expansion coefficient (α 3 ) of the at least one component ( 5 . 6 . 7 ) is smaller than the coefficient of expansion (α 2 ) of the shaft ( 3 ). Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass die Welle (3) aus Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt ist.Loading device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized. that the wave ( 3 ) is made of steel or a steel alloy. Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass das Verdichterrad (2) aus Aluminium oder Titan oder einer Aluminiumlegierung und/oder Titanlegierung hergestellt ist.Loading device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized. that the compressor wheel ( 2 ) is made of aluminum or titanium or an aluminum alloy and / or titanium alloy. Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass zumindest ein solches Bauelement (5, 6, 7) aus einer Legierung ausgebildet ist, wobei aufgrund des INVAR-Effektes der Legierung der Ausdehnungskoeffizient (α3) des zumindest einen Bauelements (5, 6, 7) anomal niedrig ist.Loading device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized. that at least one such component ( 5 . 6 . 7 ) is formed of an alloy, wherein due to the INVAR effect of the alloy, the coefficient of expansion (α 3 ) of the at least one component ( 5 . 6 . 7 ) is abnormally low. Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass der Ausdehnungskoeffizient (α3) des zumindest einen Bauelements (5, 6, 7) nahezu null oder negativ ist.Loading device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized. in that the expansion coefficient (α 3 ) of the at least one component ( 5 . 6 . 7 ) is nearly zero or negative. Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass zumindest ein Fixierelement der Fixiereinrichtung (4) einen Ausdehnungskoeffizienten (αf) aufweist, der kleiner als der Ausdehnungskoeffizient (α1) des Verdichterrades (2) ist.Loading device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized. in that at least one fixing element of the fixing device ( 4 ) has an expansion coefficient (α f ) which is smaller than the expansion coefficient (α 1 ) of the compressor wheel ( 2 ). Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet. dass zumindest ein solches Fixierelement einen Ausdehnungskoeffizienten (αf) aufweist, der kleiner als der Ausdehnungskoeffizient (α2) des Wellenabschnittes ist.Loading device ( 1 ) according to claim 8, characterized. in that at least one such fixing element has an expansion coefficient (α f ) which is smaller than the expansion coefficient (α 2 ) of the shaft section. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet. dass zumindest ein solches Fixierelement aus einer Legierung ausgebildet ist, wobei aufgrund des INVAR-Effektes der Legierung der Ausdehnungskoeffizient (αf) des zumindest einen Fixierelements anomal niedrig ist.Loading device ( 1 ) according to claim 8 or 9, characterized. that at least one such fixing element is formed of an alloy, wherein due to the INVAR effect of the alloy, the expansion coefficient (α f ) of the at least one fixing element is abnormally low. Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass zumindest ein solches Fixierelement als Wellenmutter ausgebildet ist.Loading device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized. that at least one such fixing element is designed as a shaft nut. Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass zumindest ein solches Bauelement (5, 6, 7) als eine Dichtungsbuchse (5), als ein Teil (6) der Dichtungsbuchse (5) oder als eine Anlaufscheibe (7) ausgebildet ist.Loading device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized. that at least one such component ( 5 . 6 . 7 ) as a sealing bushing ( 5 ), as a part ( 6 ) of the sealing bush ( 5 ) or as a thrust washer ( 7 ) is trained.
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