DE102011080804A1

DE102011080804A1 - Two-component impeller for e.g. centrifugal compressor used in fuel cell system, has blades in upstream and downstream sides, where trailing edges of upstream blades are offset from leading edges of downstream blades

Info

Publication number: DE102011080804A1
Application number: DE102011080804A
Authority: DE
Inventors: Matthias Stein; Thomas Steidten; Thomas Gerschwitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2012-09-27

Abstract

The impeller (7) has a wheel unit that is formed with blades (18,19) in upstream side (9) and a downstream side (10), where number of blades in the upstream side is greater than number of blades in the downstream side. The upstream side of the wheel unit is provided with an internal thread for screwing on one end of a shaft for fastening the impeller on the shaft. The trailing edges (21) of the upstream blades are offset from leading edges (22) of the downstream blades.

Description

Die Erfindung betrifft ein zweiteiliges Laufrad für eine Verdichterstufe eines Turboverdichters, insbesondere eines Radialverdichters oder Axialverdichters, wobei das Laufrad aus einem anströmseitigen und einem abströmseitigen Radteil gebildet ist, wobei das abströmseitige Radteil eine erste Anzahl Schaufeln und das anströmseitige Radteil eine zweite, insbesondere kleinere Anzahl Schaufeln aufweist.The invention relates to a two-part impeller for a compressor stage of a turbocompressor, in particular a centrifugal compressor or axial compressor, wherein the impeller is formed from an upstream and a downstream side wheel part, wherein the downstream wheel part a first number of blades and the upstream Radteil a second, in particular smaller number of blades having.

Ferner betrifft die Erfindung einen Turboverdichter, insbesondere Radialverdichter oder Axialverdichter, für einen Turbolader, wobei der Turboverdichter wenigstens eine Verdichterstufe mit einem zweiteiligen Laufrad aufweist.Furthermore, the invention relates to a turbocompressor, in particular radial compressor or axial compressor, for a turbocharger, wherein the turbocompressor has at least one compressor stage with a two-part impeller.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Turbolader, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, mit mindestens einem Radialverdichter.Furthermore, the invention relates to a turbocharger, in particular a fuel cell system, with at least one radial compressor.

Stand der TechnikState of the art

Laufräder, Turboverdichter und Turbolader der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Impellers, turbocompressors and turbochargers of the type mentioned are known from the prior art.

Mit reinem Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen gelten heute aufgrund der Tatsache, dass sie nur reinen Wasserdampf emittieren, als der Antrieb der Zukunft. Ähnlich zum Verbrennungsmotor lässt sich auch hier die Leistungsdichte des Aggregats steigern, wenn dieses aufgeladen, also mit Druckluft betrieben wird. Außerdem lässt sich dadurch das Wärmemanagement verbessern. Zur Bereitstellung der Druckluft wird ein Aufladeaggregat benötigt, wobei verschiedene Maschinentypen prinzipiell in Frage kommen. Meist wurden bisher Verdrängermaschinen wie Roots-Gebläse oder Schraubenverdichter eingesetzt. Aufgrund ihrer guten Wirkungsgrade sowie ihres geringen Bauraums werden jedoch vermehrt Turbomaschinen vorgesehen. Diese umfassen häufig einen Turboverdichter mit einem Turboverdichter-Laufrad. Zur Befestigung des Laufrades auf einer Welle wird häufig eine Press- oder Übergangspassung sowie eine Mutter an der Spitze des Laufrades vorgesehen, die auf die Welle aufgeschraubt wird. Ebenso ist es bekannt, das Laufrad direkt auf die Welle aufzuschrauben. Häufig werden derartige Turboverdichter als Radialverdichter mit einem Radialverdichter-Laufrad ausgebildet, wobei auch Axialverdichter mit einem Axialverdichter-Laufrad bekannt sind, die auf die gleiche Art und Weise montiert werden. Pure hydrogen powered fuel cells are now considered the engine of the future due to the fact that they only emit pure water vapor. Similar to the combustion engine, the power density of the unit can also be increased when it is charged, ie operated with compressed air. In addition, this can improve the thermal management. To provide the compressed air, a supercharger is needed, with different machine types in principle come into question. Most have been used displacement machines such as Roots blower or screw compressor. Due to their good efficiencies and their small space but turbo machinery are increasingly provided. These often include a turbocompressor with a turbocompressor impeller. To attach the impeller on a shaft is often a press or transition fit and a nut provided at the top of the impeller, which is screwed onto the shaft. It is also known to screw the impeller directly onto the shaft. Frequently such turbocompressors are designed as radial compressors with a centrifugal compressor impeller, whereby axial compressors with an axial compressor impeller are also known, which are mounted in the same way.

So offenbart beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 055 616 A1 ein zweiteiliges Laufrad für die Verdichterstufe eines Radialverdichters. Der anströmseitige Radteil weist dabei eine kleinere Anzahl von Schaufeln als der abströmseitige Radteil auf, wobei vorgesehen ist, dass die Schaufeln des anströmseitigen Radteils in die Schaufeln des abströmseitigen Radteils übergehen. Unter den Schaufeln des Laufrads sind die mitrotierenden Lauf-Schaufeln zu verstehen.For example, the German Offenlegungsschrift discloses DE 10 2007 055 616 A1 a two-piece impeller for the compressor stage of a centrifugal compressor. In this case, the upstream-side wheel part has a smaller number of blades than the downstream-side wheel part, wherein it is provided that the blades of the upstream wheel part merge into the blades of the downstream wheel part. Under the blades of the impeller are the co-rotating barrel blades to understand.

Damit die Schaufeln der beiden Radteile ineinander übergehen, muss sowohl die Fertigung als auch der Aufschraub- und Anzugsprozess hochpräzise sein, um eine möglichst glatte, durchgehende Schaufeloberfläche zu gewährleisten, insbesondere wenn eines der beiden Radteile auf eine Welle zur Befestigung des Laufrads aufschraubbar ist. Bereits ein kleiner Winkelversatz zwischen vorderem und hinterem Teil des Laufrads führt zu einer Kante beziehungsweise Stufe in der Schaufel, die sich negativ auf die Strömung und damit auf den Wirkungsgrad auswirkt.So that the blades of the two wheel parts merge into one another, both the production and the screwing and tightening process must be highly precise in order to ensure the smoothest, continuous blade surface, in particular if one of the two wheel parts can be screwed onto a shaft for fastening the impeller. Even a small angular offset between the front and rear part of the impeller leads to an edge or step in the blade, which has a negative effect on the flow and thus on the efficiency.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das anströmseitige Radteil ein Innengewinde zum Aufschrauben auf einen Wellenstumpf einer Welle zur Befestigung des Laufrades auf der Welle aufweist, und dass Abströmkanten der Schaufeln des anströmseitigen Radteils versetzt zu Anströmkanten der Schaufeln des abströmseitigen Radteils liegen. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Schaufeln nicht ineinander übergehen, beziehungsweise dass die Oberflächen der Schaufeln an den Stoßpunkten, also an ihren einander zugewandten Enden, nicht miteinander fluchten, sondern dass die Schaufeln absichtlich versetzt zueinander angeordnet sind. Unter einem Versatz ist dabei im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine derartige Anordnung zu verstehen, bei welcher die Schaufeln der Radteile in Umfangsrichtung im Wesentlichen beabstandet zueinander liegen, also keinen oder einen nur sehr kleinen Überschneidungsbereich aufweisen. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Laufrads beziehungsweise des Verdichters oder der Verdichterstufe weniger stark negativ beeinflusst, wie bei einem leichten, eine Stufe bildenden Überstand. Ist der Versatz gewollt, so sind auch kleinere Abweichungen für den Wirkungsgrad weniger schädlich. Dadurch ist es möglich, trotz Vorsehen einer Schraubverbindung mit Bezug auf das anströmseitige Radteil eine eindeutige, zumindest aber eine gewünschte und für den Wirkungsgrad weniger nachteilige Endmontageposition zu erhalten, ohne die hochpräzisen Verfahren wie im Stand der Technik nutzen zu müssen.According to the invention, the inflow-side wheel part has an internal thread for screwing onto a stub shaft of a shaft for fastening the impeller on the shaft, and that outflow edges of the vanes of the inflow-side wheel part are offset from the leading edges of the vanes of the downstream wheel part. According to the invention, it is thus provided that the blades do not merge into one another, or that the surfaces of the blades are not aligned with one another at the points of impact, that is to say at their mutually facing ends, but that the blades are deliberately offset from one another. In the context of the present application, an offset is to be understood as meaning such an arrangement in which the blades of the wheel parts lie substantially at a distance from one another in the circumferential direction, ie have no or only a very small overlap region. As a result, the efficiency of the impeller or the compressor or the compressor stage is less strongly adversely affected, as in a light, forming a stage supernatant. If the offset is intentional, even smaller deviations are less harmful to the efficiency. This makes it possible, despite providing a screw connection with respect to the upstream wheel part to obtain a clear, but at least a desired and less adverse efficiency end mounting position, without having to use the high-precision method as in the prior art.

Besonders bevorzugt liegen die Abströmkanten des anströmseitigen Radteils mittig zu den Anströmkanten zweier benachbarter Schaufeln des abströmseitigen Radteils. Der Winkelversatz ist dabei also derart groß gewählt, dass die Abströmkanten des in Strömungsrichtung vorne liegenden Radteils mittig in einem jeweiligen Strömungskanal, der zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten Schaufeln des abströmseitigen Radteils gebildet ist, liegt. Unter benachbarten Schaufeln sind hierbei in Umfangsrichtung benachbarte Schaufeln zu verstehen. Durch die mittige Anordnung wird die Strömung sauber in die Schaufelkanäle des abströmseitigen Radteils geführt. Dabei kommt es zu keinen unstetigen Strömungsflächen, sodass die Strömung weiterhin verlustarm das Laufrad insgesamt durchströmen kann. Toleranzen von +/–5°, insbesondere +/–3° sind akzeptabel, was den Aufwand bei der Herstellung der Montage deutlich vereinfacht beziehungsweise verringert.Particularly preferably, the outflow edges of the upstream wheel part are located centrally to the leading edges of two adjacent blades of the downstream wheel part. The angular offset is thus chosen so large that the outflow edges of the front wheel in the direction of flow in the middle in a respective flow channel, the is formed between two adjacent blades arranged on the downstream side wheel part is located. Under adjacent blades are to be understood in the circumferential direction adjacent blades. Due to the central arrangement, the flow is guided cleanly into the blade channels of the downstream wheel part. There are no unsteady flow surfaces, so that the flow can continue to flow through the impeller with little loss. Tolerances of +/- 5 °, in particular +/- 3 ° are acceptable, which significantly simplifies or reduces the effort involved in the manufacture of the assembly.

Vorzugsweise sind die Schaufeln des anströmseitigen Radteils und/oder des abströmseitigen Radteils jeweils als angeformte Schaufeln ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Schaufeln jeweils einstückig mit dem jeweiligen Radteil ausgebildet sind.Preferably, the blades of the upstream-side wheel part and / or the downstream-side wheel part are each formed as molded-on blades. This means that the blades are each formed integrally with the respective wheel part.

Bevorzugt ist das abströmseitige Radteil drehfest auf der Welle anordenbar beziehungsweise angeordnet. Die drehfeste Anordnung ist vorteilhaft, um beim Anschrauben des anströmseitigen Radteils auf die Welle die versetzte Ausrichtung der Schaufeln zueinander in der Endmontageposition zu gewährleisten. Vorzugsweise wird die drehfeste Verbindung des abströmseitigen Laufrads mittels eines Reibschlusses, beispielsweise durch eine Presspassung, gebildet.Preferably, the downstream-side wheel part is rotatably arranged on the shaft or arranged. The rotationally fixed arrangement is advantageous in order to ensure the offset alignment of the blades to each other in the final assembly position when screwing the upstream wheel part to the shaft. Preferably, the rotationally fixed connection of the downstream impeller by means of a frictional connection, for example by a press fit, is formed.

Besonders bevorzugt wird die drehfeste Anordnung des abströmseitigen Radteils jedoch durch einen Formschluss vorgesehen beziehungsweise gebildet, der die Ausrichtung des abströmseitigen Radteils im Bezug auf dessen Winkelposition auf der Welle eindeutig bestimmt. Dies vereinfacht die Montage und gewährleistet die versetzte Ausrichtung. Der Formschluss kann beispielsweise durch eine Wellennabelverbindung realisiert sein, bei welcher eine Feder-Nut-Verbindung zwischen dem Radteil und der Welle wirkt beziehungsweise vorgesehen ist. Die Welle bildet vorzugsweise einen Bestandteil des Laufrads.However, the rotationally fixed arrangement of the outflow-side wheel part is particularly preferably provided or formed by a positive connection, which unambiguously determines the orientation of the outflow-side wheel part with respect to its angular position on the shaft. This simplifies assembly and ensures the offset alignment. The positive connection can be realized for example by a wave-cable connection, in which a spring-groove connection between the wheel part and the shaft acts or is provided. The shaft preferably forms part of the impeller.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Welle einen Axialanschlag aufweist, bis zu welchem das abströmseitige Radteil auf die Welle aufschiebbar ist. Der Axialanschlag in Verbindung mit der drehfesten Verbindung des Laufrads auf der Welle definiert die Position und Ausrichtung des abströmseitigen Radteils auf der Welle, die in Verbindung mit dem Außengewinde der Welle und dem Innengewinde des anströmseitigen Radteils die versetzte Ausrichtung der Schaufeln zueinander gewährleisten.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the shaft has an axial stop, to which the downstream-side wheel part can be pushed onto the shaft. The axial stop in conjunction with the rotationally fixed connection of the impeller on the shaft defines the position and orientation of the downstream wheel portion on the shaft which, in conjunction with the external thread of the shaft and the internal thread of the upstream wheel portion, ensure the staggered alignment of the blades with each other.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Anzahl von Schaufeln doppelt so groß ist wie die zweite Anzahl von Schaufeln. Dadurch wird erreicht, dass in jedem zweiten Strömungskanal des abströmseitigen Radteils jeweils eine Schaufel des anströmseitigen Radteils liegt. Hierdurch ergeben sich ein hoher Wirkungsgrad sowie gute Laufeigenschaften.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the first number of blades is twice as large as the second number of blades. It is thereby achieved that in each second flow channel of the downstream wheel part is in each case a blade of the upstream wheel part. This results in a high degree of efficiency and good running properties.

Besonderes bevorzugt ist das Innengewinde des anströmseitigen Radteils in einer Sacklochbohrung dessen vorgesehen. Dadurch lässt sich das Radteil besonders strömungsgünstig formen, beispielsweise durch eine entsprechende aerodynamische Rundung an dem geschlossenen Ende.Particularly preferably, the internal thread of the upstream wheel part is provided in a blind hole bore. As a result, the wheel part can be formed particularly streamlined, for example, by a corresponding aerodynamic rounding at the closed end.

Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sacklochbohrung zumindest in einem zumindest bereichsweise in einer Axialvertiefung des abströmseitigen Radteils einliegenden Axialvorsprung des anströmseitigen Radteils ausgebildet ist. Das anströmseitige Radteil weist somit einen Axialvorsprung auf, der zweckmäßigerweise zylinderförmig ausgebildet und koaxial zur Drehachse ausgerichtet ist. Der Axialvorsprung ist an der dem abströmseitigen Radteil zugewandten Seite des anströmseitigen Radteils angeordnet. Das abströmseitige Radteil weist an seiner dem anströmseitigen Radteil die Axialvertiefung auf, die zweckmäßigerweise ebenfalls zylinderförmig ausgebildet und koaxial zur Drehachse ausgerichtet ist. Vorzugsweise sind die Durchmesser des Axialvorsprungs und der Axialvertiefung derart gewählt, dass der Axialvorsprung sicher in der Axialvertiefung geführt ist, wobei gegebenenfalls eine Presspassung gebildet wird. Vorzugsweise weisen der Axialvorsprung und die Axialvertiefung einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Sacklochbohrung erstreckt sich zumindest innerhalb des Axialvorsprungs und kann sich gegebenenfalls auch bis in das anströmseitige Radteil hinein erstrecken. Das Vorsehen der Sacklochbohrung in dem Axialvorsprung hat den Vorteil, dass die Welle unter Beibehaltung der Stabilität weiter verkürzt wird. Da die Welle üblicherweise aus Stahl gefertigt wird, während das Laufrad in der Regel aus Leichtmetall oder Kunststoff gefertigt ist, wird hierdurch zusätzlich die weit vom Masseschwerpunkt entfernte Masse der Welle verringert und dadurch zusätzlich die Dynamik des Laufrads durch eine höhere Eigenfrequenz verbessert.According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the blind hole is formed at least in an axial projection of the upstream wheel part, which engages at least in regions in an axial recess of the downstream wheel part. The upstream-side wheel part thus has an axial projection, which is expediently cylindrical and aligned coaxially with the axis of rotation. The axial projection is arranged on the side of the inflow-side wheel part facing the outflow-side wheel part. The downstream-side wheel part has on its upstream wheel part on the axial recess, which is expediently likewise cylindrical in shape and is aligned coaxially to the axis of rotation. Preferably, the diameters of the axial projection and the axial recess are chosen such that the axial projection is securely guided in the axial recess, wherein optionally a press fit is formed. Preferably, the axial projection and the axial recess have a circular cross-section. The blind hole extends at least within the axial projection and may optionally also extend into the inflow-side wheel part. The provision of the blind hole in the axial projection has the advantage that the shaft is further shortened while maintaining the stability. Since the shaft is usually made of steel, while the impeller is usually made of light metal or plastic, thereby additionally the far from the center of mass removed mass of the shaft is reduced and thereby additionally improves the dynamics of the impeller by a higher natural frequency.

Der erfindungsgemäße Turboverdichter mit wenigstens einer Verdichterstufe und einem zweiteiligen Laufrad zeichnet sich durch die Ausbildung des Laufrads, wie es oben beschrieben wurde, aus. Der Turboverdichter, der vorzugsweise als Radialverdichter oder Axialverdichter ausgebildet ist, weist zweckmäßigerweise ein Gehäuse auf, in welchem die Welle des zweiteiligen Laufrads drehbar gelagert ist. Das Gehäuse ist dabei derart ausgebildet, dass beide Teile des Laufrads einer Verdichterstufe zugeordnet sind.The turbocompressor according to the invention with at least one compressor stage and a two-part impeller is characterized by the design of the impeller, as described above from. The turbocompressor, which is preferably designed as a radial compressor or axial compressor, expediently has a housing in which the shaft of the two-part impeller is rotatably mounted. The housing is designed such that both parts of the impeller are assigned to a compressor stage.

Der erfindungsgemäße Turbolader mit wenigstens einem Turboverdichter zeichnet sich durch die Ausbildung des Turboverdichters, wie oben beschrieben, aus. Besonders bevorzugt weist der Turbolader als Antriebseinheit einen Elektromotor auf, der mit der Welle des Laufrads wirkverbunden ist. Gemäß einer bevorzugten alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Turbolader als Abgasturbolader ausgebildet ist und vom Abgas des Brennstoffzellensystems oder auch vom Abgas einer Verbrennungskraftmaschine mithilfe einer in dem Abgasstrom liegenden Turbine angetrieben wird. The turbocharger according to the invention with at least one turbocompressor is characterized by the design of the turbocompressor, as described above. Particularly preferably, the turbocharger as a drive unit to an electric motor, which is operatively connected to the shaft of the impeller. According to a preferred alternative embodiment, it is provided that the turbocharger is designed as an exhaust gas turbocharger and is driven by the exhaust gas of the fuel cell system or by the exhaust gas of an internal combustion engine with the aid of a lying in the exhaust gas turbine.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigenIn the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show this

1 einen Abgasturbolader in einer vereinfachten Schnittdarstellung, 1 an exhaust gas turbocharger in a simplified sectional view,

2 ein zweiteiliges Laufrad des Abgasturboladers in einer vereinfachten Längsschnittdarstellung, 2 a two-part impeller of the exhaust gas turbocharger in a simplified longitudinal sectional view,

3 das zweiteilige Laufrad in einer perspektivischen Darstellung und 3 the two-piece impeller in a perspective view and

4 eine vorteilhafte Weiterbildung des zweiteiligen Laufrads in einer Längsschnittdarstellung. 4 an advantageous embodiment of the two-piece impeller in a longitudinal sectional view.

1 ein zeigt in einer vereinfachten Längsschnittdarstellung einen Turbolader 1, der als Abgasturbolader 2 für ein hier nicht näher dargestelltes Brennstoffzellensystem ausgebildet ist. Der Abgasturbolader 2 umfasst eine Turbine 3, die über eine Welle 4 mit einem als Radialverdichter 5 ausgebildeten Turboverdichter wirkverbunden ist. der Turbine 3 wird Abgas zugeführt, sodass diese in eine Drehbewegung versetzt wird, um den Radialverdichter 5 anzutreiben. Die Funktionsweise eines Abgasturboladers ist dem Fachmann prinzipiell bekannt, sodass an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen werden soll. 1 1 shows a simplified longitudinal section of a turbocharger 1 that as an exhaust gas turbocharger 2 is designed for a fuel cell system not shown here in detail. The turbocharger 2 includes a turbine 3 that over a wave 4 with one as a radial compressor 5 trained turbocompressor is operatively connected. the turbine 3 Exhaust gas is supplied, so that it is set in a rotational movement to the centrifugal compressor 5 drive. The mode of operation of an exhaust-gas turbocharger is known in principle to the person skilled in the art, so that it will not be discussed in detail at this point.

Der Radialverdichter 5 weist ein Verdichtergehäuse 6 sowie ein darin angeordnetes Laufrad 7 auf. Das Laufrad 7 ist drehfest mit der Welle 4 verbunden und weist eine Vielzahl von Schaufeln auf, die axial anströmende Frischluft verdichten. Das dargestellte Laufrad 7 ist einteilig ausgebildet und mittels eines Kraftschlusses drehfest auf der Welle 4 gehalten. Dies entspricht einer dem Fachmann bekannten Lösung. Zusätzlich ist häufig vorgesehen, dass das Wellenende 8 der Welle 4, das dem Radialverdichter 5 zugeordnet ist, mit einem Außengewinde versehen wird, auf welches eine Schraubenmutter aufgeschraubt wird, um das Laufrad 7 insbesondere axial auf der Welle 4 zu arretieren. Dadurch ergibt sich insgesamt, wie auch in 1 zu sehen, zum einen eine entsprechende Baulänge des Radialverdichters 5 beziehungsweise des Abgasturboladers 2, und zum anderen ist hierdurch der Anströmbereich des Laufrads 7 strömungstechnisch ungünstig gestaltet.The centrifugal compressor 5 has a compressor housing 6 and an impeller disposed therein 7 on. The impeller 7 is rotatable with the shaft 4 connected and has a plurality of blades that compress axially incoming fresh air. The illustrated impeller 7 is formed in one piece and non-rotatably on the shaft by means of a frictional connection 4 held. This corresponds to a solution known to the person skilled in the art. In addition, it is often provided that the shaft end 8th the wave 4 that the radial compressor 5 is assigned, is provided with an external thread on which a nut is screwed to the impeller 7 in particular axially on the shaft 4 to lock. This results in total, as well as in 1 to see, for a corresponding length of the radial compressor 5 or the exhaust gas turbocharger 2 , and on the other hand, this is the Anströmbereich the impeller 7 aerodynamically unfavorable designed.

2 zeigt in einer vereinfachten Längsschnittdarstellung eine vorteilhafte Weiterbildung des Laufrads 7. Der wesentliche Unterschied besteht hierbei darin, dass das Laufrad 7 zweiteilig ausgebildet ist und einen ersten, anströmseitigen Radteil 9 und einen zweiten, abströmseitigen Radteil 10 umfasst. Die Radteile 9 und 10 liegen axial aneinander an und sind beide auf der Welle 4 gehalten. Während das Radteil 10 auf die Welle 4 axial aufgeschoben ist, vorzugsweise bis zu einem hier nur angedeuteten Axialanschlag 11 der Welle 4, ist das Radteil 9 auf die Welle 4 aufgeschraubt. Dazu weist die Welle an ihrem Wellenende 8 das oben bereits erwähnte Außengewinde 12, auf. Anstatt jedoch eine Schraubenmutter, wie zuvor beschrieben, vorzusehen, ist das Radteil 9 mit einer Sacklochbohrung 13 versehen, in welcher ein Innengewinde 14 ausgebildet ist, das mit dem Außengewinde 12 der Welle 4 zusammenwirkt. Die Sacklochbohrung 13 ist ebenso wie die Durchgangsbohrung 15 des Radteils 10 zentral beziehungsweise mittig ausgebildet, um eine zentrische Anordnung der Radteile 9 und 10 auf der Welle 4 zu gewährleisten. Das freie, anströmseitige Ende 16 des Radialteils 9 ist strömungsgünstig geformt und weist hierzu einen mittig angeordneten, kegelförmigen Axialvorsprung 17 auf. 2 shows in a simplified longitudinal sectional view of an advantageous embodiment of the impeller 7 , The main difference here is that the impeller 7 is formed in two parts and a first, upstream-side wheel part 9 and a second, downstream-side wheel part 10 includes. The wheel parts 9 and 10 lie axially against each other and are both on the shaft 4 held. While the wheel part 10 on the wave 4 is pushed axially, preferably up to an axial stop only indicated here 11 the wave 4 , is the wheel part 9 on the wave 4 screwed. For this purpose, the shaft points at its shaft end 8th the above-mentioned external thread 12 , on. However, instead of providing a nut as described above, the wheel part is 9 with a blind hole 13 provided in which an internal thread 14 is formed, with the external thread 12 the wave 4 interacts. The blind hole 13 is just like the through hole 15 of the wheel part 10 formed centrally or centrally to a centric arrangement of the wheel parts 9 and 10 on the wave 4 to ensure. The free, upstream end 16 of the radial part 9 is aerodynamically shaped and has for this purpose a centrally located, conical axial projection 17 on.

Die in 2 nicht im Einzelnen dargestellten Schaufeln sind in 3, die eine perspektivische Darstellung des zweiteiligen Laufrads 7 zeigt, gut zu erkennen. Das abströmseitige Radteil 10 weist eine erste Anzahl von Schaufeln 18 auf, die sogenannte Splitterschaufeln bilden. Das anströmseitige Radteil 9 weist eine zweite, kleinere Anzahl von Schaufeln 19 auf, die die sogenannten Hauptschaufeln des Laufrads 7 bilden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Schaufeln 19 halb so groß wie die der Schaufeln 18. Die Schaufeln 19 des anströmseitigen Radteils 9 weisen Anströmkanten 20 auf, die in Strömungsrichtung gesehen vorne liegen sowie Abströmkanten 21, die in Strömungsrichtung gesehen hinten liegen. Zur besseren Übersichtlichkeit sind nur einige der Anströmkanten 20 und Abströmkanten 21 mit Bezugszeichen versehen. Ähnlich verhält es sich bei dem Radteil 10, das in Strömungsrichtung vorne liegende Anströmkanten 22 an der jeweiligen Schaufeln 18 aufweist, sowie abströmseitige Abströmkanten 23, die jedoch im Gegensatz zu den Kanten 20, 21 und 22 nicht axial, sondern im Wesentlichen radial ausgerichtet sind.In the 2 not shown in detail blades are in 3 , which is a perspective view of the two-piece wheel 7 shows, to recognize well. The downstream wheel part 10 has a first number of blades 18 on, form the so-called splinter blades. The upstream wheel part 9 has a second, smaller number of blades 19 on, the so-called main blades of the wheel 7 form. According to the present embodiment, the number of blades is 19 half the size of the blades 18 , The shovels 19 the upstream wheel part 9 have leading edges 20 on, which are seen in the flow direction forward and Abströmkanten 21 , which are seen in the flow direction behind. For clarity, only some of the leading edges 20 and trailing edges 21 provided with reference numerals. The situation is similar with the wheel part 10 , the leading edges in the flow direction 22 at the respective blades 18 has, and downstream flow trailing edges 23 , however, in contrast to the edges 20 . 21 and 22 not axially, but are substantially radially aligned.

Wie aus 3 erkennbar, ist vorgesehen, dass die Abströmkanten 21 des Radteils 9 mittig versetzt zu den Anströmkanten 22 zwei benachbarte Schaufeln 18 des Radteils 10 angeordnet sind. Im Unterschied zu bekannten zweiteiligen Laufrädern, bei welchen die Schaufeln derart angeordnet sind, dass die Schaufeln des anströmseitigen Radteils 9 in die Schaufeln des abströmseitigen Radteils 10 übergehen, ist also ein gewünschter Versatz zwischen den Schaufeln 18 und 19 vorgesehen. Dieser Versatz, insbesondere der mittige Versatz, vermeidet Stufen im Verlauf der jeweiligen oder in einer zusammengesetzten Schaufel, wodurch die Strömungsbedingungen des Laufrads 7 verbessert werden. Darüber hinaus wird der Aufwand für die Herstellung und die Montage des Laufrads 7 erheblich verringert, da eine Abweichung von der genau mittigen Position der Abströmkanten 21 zu den benachbarten Anströmkanten 22 des Radteils 10 den Wirkungsgrad des Laufrads nur geringfügig ändern. So sind Toleranzen von +/–3° im Bezug auf die Winkelposition des Radteils 9 zu dem Radteil 10 möglich, ohne dass hierbei der Wirkungsgrad bedeutend verändert wird. Dadurch sind bei der Herstellung sowohl bei der Erzeugung des Innengewindes 14 und des Außengewindes 12 sowie bei der Fertigung des jeweiligen Radteils 9, 10 größere Toleranzen zugelassen, wodurch eine weniger präzise Fertigung notwendig ist, was zu einem geringeren Aufwand und damit zu reduzierten Herstellungskosten führt. Zweckmäßigerweise sind, wie dargestellt, die Schaufeln 18 und 19 jeweils einstückig mit dem jeweiligen Radteil 9 beziehungsweise 10 ausgebildet.How out 3 recognizable, it is provided that the trailing edges 21 of the wheel part 9 centrally offset to the leading edges 22 two adjacent blades 18 of the wheel part 10 are arranged. Unlike known two-piece wheels, in which the blades are arranged such that the blades of the upstream wheel part 9 in the blades of the downstream wheel part 10 So go over, so is a desired offset between the blades 18 and 19 intended. This offset, in particular the central offset, avoids steps in the course of the respective or in a composite blade, whereby the flow conditions of the impeller 7 be improved. In addition, the effort for the manufacture and assembly of the impeller 7 significantly reduced, as a deviation from the exact center position of the trailing edges 21 to the adjacent leading edges 22 of the wheel part 10 only slightly change the efficiency of the impeller. So are tolerances of +/- 3 ° with respect to the angular position of the wheel part 9 to the wheel part 10 possible, without this the efficiency is significantly changed. As a result, in the production both in the production of the internal thread 14 and external thread 12 as well as in the production of the respective wheel part 9 . 10 allowed greater tolerances, whereby a less precise production is necessary, resulting in less effort and thus reduced manufacturing costs. Conveniently, as shown, the blades 18 and 19 each in one piece with the respective wheel part 9 respectively 10 educated.

Dadurch, dass das Radteil 9 darüber hinaus die Schraubenmutter ersetzt, wird die Baulänge des Abgasturboladers 2 beziehungsweise des Laufrads 7 im Vergleich zum Stand der Technik verringert, insbesondere lässt sich hierdurch die Welle 4 verkürzt ausführen. Dadurch wird die Eigenfrequenz des Verdichters zu hohen Drehzahlen hin verschoben, wodurch sich die Dynamik des Radialverdichters 5 beziehungsweise des Laufrads 7 verbessert, was zu einer höheren Lebensdauer und Zuverlässigkeit führt. Die jeweilige Wellennabelverbindung zwischen den Radteilen 9 und 10 und der Welle 4 ist ebenfalls einfacher realisierbar. Um die exakte Ausrichtung zu gewährleisten, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Radteil 10 kraft- und/oder formschlüssig an der Welle 4 gehalten ist, um die Winkelposition bezüglich des Radteils 9 zu gewährleisten. Hierzu kann beispielsweise eine Passfederverbindung oder eine ähnliche Lösung genutzt werden.By doing that, the wheel part 9 in addition, the nut replaced, the overall length of the exhaust gas turbocharger 2 or the impeller 7 reduced in comparison to the prior art, in particular can thereby be the shaft 4 shortened. As a result, the natural frequency of the compressor is shifted to high speeds, resulting in the dynamics of the centrifugal compressor 5 or the impeller 7 improved, resulting in a longer life and reliability. The respective wave-cable connection between the wheel parts 9 and 10 and the wave 4 is also easier to implement. In order to ensure the exact alignment, it is preferably provided that the wheel part 10 positive and / or positive fit on the shaft 4 is held to the angular position with respect to the wheel part 9 to ensure. For this purpose, for example, a keyway or a similar solution can be used.

4 zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine vorteilhafte Weiterbildung des zweiteiligen Laufrads 7, wobei bereits bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass insofern auf die obenstehende Beschreibung, insbesondere bezüglich 2, verwiesen wird. Das in 4 dargestellte Laufrad 7 unterscheidet sich von der obenstehend beschriebenen Ausführung im Wesentlichen dahingehend, dass das anströmseitige Radteil 9 einen Axialvorsprung 24 aufweist, der an der dem anströmseitigen Radteil 10 zugewandten Stirnseite des Radteils 9 angeordnet beziehungsweise ausgebildet ist. Wie dargestellt, ist der Axialvorsprung 24 vorzugsweise einstückig mit dem Radteil 9 ausgebildet. Die Sacklochbohrung 13 erstreckt sich gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur innerhalb des Axialvorsprungs 24. Natürlich ist es aber auch denkbar, dass sich die Sackbohrung 13, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 dargestellt, bis an das Radteil 9 hinein erstreckt. Die in 4 dargestellte Ausbildung der Sacklochbohrung 13 hat jedoch den Vorteil, dass die Welle 4 kürzer ausgebildet ist und insoweit zum einen Material und Gewicht gespart wird, und zum anderen der Masseschwerpunkt in eine günstigere Position verlagert wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Welle 4 aus einem Stahl und die Radteile 9 und 10 aus einem Leichtmetall und/oder aus Kunststoff gefertigt sind. Das freie Wellenende 8 der Welle 4 liegt nunmehr innerhalb des Radteils 10. 4 shows in a longitudinal sectional view of an advantageous development of the two-piece impeller 7 , Wherein already known elements are provided with the same reference numerals, so far as to the above description, in particular with respect 2 , is referenced. This in 4 illustrated impeller 7 differs from the embodiment described above substantially in that the inflow side wheel part 9 an axial projection 24 has, at the the upstream wheel part 10 facing end face of the wheel part 9 arranged or formed. As shown, the axial projection 24 preferably in one piece with the wheel part 9 educated. The blind hole 13 extends according to the present embodiment only within the axial projection 24 , Of course, it is also conceivable that the blind hole 13 as in the embodiment according to 2 shown, up to the wheel part 9 extends into it. In the 4 illustrated embodiment of the blind hole 13 however, has the advantage that the shaft 4 shorter is formed and so far on the one hand material and weight is saved, and on the other hand, the center of gravity is shifted to a more favorable position. This is especially the case when the shaft 4 from a steel and the wheel parts 9 and 10 made of a light metal and / or plastic. The free end of the shaft 8th the wave 4 is now within the wheel part 10 ,

Damit die Außenkontur des Laufrads 7 nicht verändert wird, weist das abströmseitige Radteil 10 eine Axialvertiefung 25 auf, in welcher der Axialvorsprung 24 einliegt. Die Axialvertiefung 25 und der Axialvorsprung 24 weisen dabei konforme Querschnitte auf, insbesondere jeweils einen kreisförmigen Querschnitt, wobei der jeweilige Durchmesser derart gewählt ist, dass das Radteil 9 beim Aufschrauben auf das Wellenende der Welle 4 sicher mit seinem Axialvorsprung 24 in der Axialvertiefung 25 ausgerichtet und geführt wird. Der Axialvorsprung 24 und die Axialvertiefung 25 sind dabei zweckmäßigerweise koaxial zur Drehachse des Laufrads 7 angeordnet beziehungsweise ausgerichtet. Natürlich ist es auch denkbar, den Außendurchmesser des Axialvorsprungs 24 kleiner zu wählen, als den Innendurchmesser der Axialvertiefung 25, um beispielsweise ein leichteres Zusammenführen der Radteile 9 und 10 zu ermöglichen. Zweckmäßigerweise ist die Längserstreckung des Axialvorsprungs 24 kleiner als die Tiefe der Axialvertiefung 25, sodass die aufeinanderzugewandten Stirnseiten der Radteile 9 und 10 beim Verschrauben aufeinandergepresst werden, sodass ein die Luftströmung gegebenenfalls störender Luftspalt zwischen den Radteilen 9 und 10 vermieden wird.So that the outer contour of the impeller 7 is not changed, has the downstream wheel part 10 an axial recess 25 on, in which the axial projection 24 rests. The axial recess 25 and the axial projection 24 have thereby conforming cross sections, in particular in each case a circular cross section, wherein the respective diameter is selected such that the wheel part 9 when screwed onto the shaft end of the shaft 4 safe with its axial projection 24 in the axial recess 25 is aligned and guided. The axial projection 24 and the axial recess 25 are expediently coaxial with the axis of rotation of the impeller 7 arranged or aligned. Of course, it is also conceivable, the outer diameter of the axial projection 24 smaller than the inner diameter of the axial recess 25 For example, easier to merge the wheel parts 9 and 10 to enable. Conveniently, the longitudinal extension of the axial projection 24 smaller than the depth of the axial recess 25 so that the facing faces of the wheel parts 9 and 10 be pressed together during screwing, so that the air flow possibly disturbing air gap between the wheel parts 9 and 10 is avoided.

Prinzipiell ist es auch denkbar, das Laufrad einer Turbine, insbesondere eines Turboladers, den obenstehenden Ausführungen entsprechend auszubilden. In principle, it is also conceivable to design the impeller of a turbine, in particular a turbocharger, according to the above statements.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007055616 A1 [0006]

Claims

Two-piece impeller ( 7 ) for a compressor stage of a turbocompressor ( 5 ), in particular a radial compressor or axial compressor, wherein the impeller ( 7 ) from an upstream wheel part ( 9 ) and a downstream wheel part ( 10 ) is formed, wherein the downstream-side wheel part ( 10 ) a first number of blades ( 18 ) and the inflow side wheel part ( 9 ) a second, in particular smaller number of blades ( 19 ), characterized in that the inflow-side wheel part ( 9 ) an internal thread ( 14 ) for screwing onto a shaft end ( 8th ) of a wave ( 4 ) for fixing the impeller ( 7 ) on the shaft ( 4 ), and that trailing edges ( 21 ) of the blades ( 19 ) of the upstream wheel part ( 9 ) offset to leading edges ( 22 ) of the blades ( 18 ) of the downstream wheel part ( 10 ) lie.

Impeller according to claim 1, characterized in that the trailing edges ( 21 ) of the upstream wheel part ( 9 ) in the middle of the leading edges ( 22 ) two adjacent blades ( 18 ) of the downstream wheel part ( 10 ) lie.

Impeller according to one of the preceding claims, characterized in that the blades ( 18 . 19 ) of the downstream wheel part ( 10 ) and / or the upstream wheel part ( 9 ) are each formed as integrally formed blades.

Impeller according to one of the preceding claims, characterized in that the downstream-side wheel part ( 10 ) rotatably on the shaft ( 4 ) is arranged / can be arranged.

Impeller according to one of the preceding claims, characterized in that the rotationally fixed arrangement of the downstream wheel part ( 10 ) is formed by a positive connection.

Impeller according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 4 ) an axial stop ( 11 ), to which the downstream-side wheel part ( 10 ) on the shaft ( 4 ) can be pushed.

Impeller according to one of the preceding claims, characterized in that the internal thread ( 14 ) in a blind hole ( 13 ) of the upstream wheel part ( 9 ) is provided.

Impeller according to one of the preceding claims, characterized in that the blind hole ( 13 ) at least in one at least partially in an axial recess ( 25 ) of the downstream wheel part ( 10 ) einliegen axial projection ( 24 ) of the upstream wheel part ( 9 ) is trained.

Turbo compressors, in particular radial compressors ( 5 ) or axial compressor, for a turbocharger, wherein the turbo-compressor at least one compressor stage with a two-piece impeller ( 7 ), characterized by the design of the impeller ( 7 ) according to one or more of the preceding claims.

Turbocharger, in particular a fuel cell system, with at least one turbocompressor, characterized by the design of the turbocompressor according to claim 9.