DE102012106383A1 - Rotor assembly for turbocharger, has internal thread that is provided for securing rotationally fixed connection of fixing element with frustum-shaped outer contour - Google Patents

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Abstract

The rotor assembly (1) hasa shaft (2), a compressor (4) and a turbine wheel (5). The turbine wheel and the compressor are connected for rotation with the shaft. An internal thread (10) is provided for securing the rotationally fixed connection of a fixing element (6). The fixing element is provided with a frustum-shaped outer contour (7). An independent claim is included for a tool for rotor assembly.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufzeug für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Montagewerkzeug für ein Laufzeug gemäß Patentanspruch 3.The invention relates to a power tool for an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of claim 1 and an assembly tool for a running tool according to claim 3.

Der Offenlegungsschrift DE 10 2007 012 641 A1 offenbart ein Laufzeug für einen Abgasturbolader. Das Laufzeug weist eine Welle, ein Verdichterrad und ein Turbinenrad auf, wobei des Turbinenrad und das Verdichterrad drehfest mit der Welle verbunden sind. Zur Fixierung der drehfesten Verbindung ist ein Fixierelement mit einem Innengewinde vorgesehen, in Form einer Mutter. Das Fixierelement in Form einer Mutter auszugestalten entspricht einer allgemein üblichen Ausgestaltung des Fixierelementes, da mit Hilfe der Mutter sowohl eine Herstellung des Laufzeugs als auch ein Lösen des Laufzeugs auf einfache und kostengünstige Art und Weise herbeiführbar ist.The published patent DE 10 2007 012 641 A1 discloses a rotor for an exhaust gas turbocharger. The rotor comprises a shaft, a compressor wheel and a turbine wheel, wherein the turbine wheel and the compressor wheel are non-rotatably connected to the shaft. To fix the rotationally fixed connection, a fixing element is provided with an internal thread, in the form of a nut. To design the fixing element in the form of a nut corresponds to a generally customary embodiment of the fixing element, since with the help of the nut both a production of the running tool and a release of the power tool in a simple and inexpensive manner can be brought about.

Da das Laufzeug als eine sich um ihre Drehachse rotierende Bauteilgruppe anzusehen ist, ist ein unwuchtsfreies Laufzeug herzustellen, da es aufgrund einer Unwucht, bei insbesondere hohen Drehzahlen des Abgasturboladers zu Schäden, insbesondere Lagerschäden von Lagern des Abgasturboladers kommen kann. Daher ist ein Laufzeug vor seinem Einbau in ein Gehäuse des Abgasturboladers zu wuchten. Sofern eine Unwucht nach der Montage auftritt, wird diese Unwucht üblicherweise an der Mutter korrigiert.Since the power tool is to be regarded as a group of components rotating about its axis of rotation, it is necessary to produce a non-impacting power tool, since damage to bearings, in particular bearing damage, from bearings of the exhaust gas turbocharger can occur due to an imbalance, in particular at high rotational speeds of the exhaust gas turbocharger. Therefore, a running gear is to be balanced before its installation in a housing of the exhaust gas turbocharger. If an imbalance occurs after assembly, this imbalance is usually corrected at the mother.

Im Allgemeinen ist diese Mutter in Form einer Außensechskantmutter ausgebildet, so dass eine gleichmäße Materialabtragung und somit ein hochwertiges Auswuchten nur schwer realisierbar ist. Selbst Varianten, bei denen das Fixierelement eine Außenkontur mit einem zylindrischen Anteil und einem Außensechskantanteil aufweist, können nur bedingt zur Lösung des hochwertigen Wuchtens und somit zu einem auch bei hohen Drehzahlen betriebssicheren Laufzeugs beitragen. Da das Fixierelement mit Hilfe des Außensechskantanteils zu befestigten ist, besteht die Gefahr beim Auswuchten diesen Anteil zu beschädigen, da der zylindrische Anteil nicht beliebig lang ausgebildet sein kann, aufgrund eines späteren Einbaus des Laufzeugs in das Gehäuse des Abgasturboladers. Eine Beschädigung selbst wiederum führt zu einer weiteren Unwucht, die wiederum zu einem Schaden an Lager, welche in einem Lagerabschnitt des Abgasturboladers zum Lagern der Welle vorgesehen sind, führt.In general, this nut is designed in the form of an external hex nut, so that a uniform material removal and thus a high-quality balancing is difficult to achieve. Even variants in which the fixing element has an outer contour with a cylindrical portion and an outer hexagonal part, can only conditionally contribute to the solution of the high-quality balancing and thus to a reliable running tool even at high speeds. Since the fixing element is to be fastened with the aid of the hexagon part, there is a risk of damaging this component during balancing, since the cylindrical portion can not be of any desired length due to later installation of the rotor in the housing of the exhaust gas turbocharger. Damage itself, in turn, leads to further unbalance, which in turn leads to damage to bearings which are provided in a bearing section of the exhaust gas turbocharger for supporting the shaft.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laufzeug bereit zu stellen, welches eine hohe Betriebssicherheit bei gleichzeitig günstigen Herstellungskosten aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a running gear, which has a high level of operational reliability at the same time low production costs.

Diese Aufgabe wird durch eine Turbine für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a turbine for an exhaust gas turbocharger having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Erfindungsgemäß weist das Laufzeug für einen Abgasturbolader ein Fixierelement auf, welches eine überwiegend kegelstumpfförmige Außenkontur aufweist. Die kegelstumpfförmige Außenkontur weist aufgrund ihrer Rotationssymmetrie und der somit rotationssymmetrisch ausgebildeten Oberfläche eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Massenabtragung oder Massenanbringung zur Eliminierung einer Unwucht auf. Die Eliminierung einer Unwucht erfolgt üblicherweise durch Aufbringen von zusätzlicher Masse oder durch Abtragen von Masse an dem Fixierelement. Auch kann eine Unwucht durch eine sechskantartig gestaltete Außenkontur üblicher Fixierelemente selbst herbeigeführt werden. Das heißt mit anderen Worten, das sechskantartig ausgestaltete Fixierelement trägt die Möglichkeit aufgrund seiner nicht-rotationssymmetrischen Gestalt zur Erzeugung einer Unwucht des Laufzeugs selbst in sich. Das heißt, dass es selbst eine Unwuchtsquelle sein kann. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Laufzeug mit dem die überwiegend kegelstumpfförmig ausgebildete Außenkontur aufweisenden Fixierelement nicht möglich, da das Fixierelement rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Selbstredend steht der Begriff des Außensechskants bzw. der sechskantartig gestalteten Außenkontur für jegliche übliche Mehrkantaußenkonturgestaltung eines Fixierelements. Somit ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Laufzeugs eine hohe Betriebssicherheit aufgrund der reduzierten bzw. eliminierten Unwuchten sowie Unwuchtsquellen erzielt.According to the invention, the running gear for an exhaust-gas turbocharger has a fixing element which has a predominantly frusto-conical outer contour. Due to its rotational symmetry and thus rotationally symmetrical surface, the frusto-conical outer contour has a particularly advantageous possibility of mass removal or mass attachment for eliminating an imbalance. The elimination of an imbalance is usually carried out by applying additional mass or by removing mass on the fixing. Also, an imbalance can be brought about by a hexagonally shaped outer contour of conventional fixing itself. That is, in other words, the hexagonally shaped fixing carries the possibility due to its non-rotationally symmetrical shape to generate an imbalance of the running tool itself. This means that it can itself be an unbalance source. This is not possible with the inventive running gear with the predominantly frusto-conical outer contour having fixing since the fixing element is rotationally symmetrical. Needless to say, the term of the external hexagon or of the hexagon-shaped outer contour stands for any conventional polygonal outer contour design of a fixing element. Thus, a high reliability due to the reduced or eliminated imbalances and unbalance sources is achieved by the inventive design of the running tool.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Laufzeugs ist, dass aufgrund des eine kegelstumpfförmige Außenkontur aufweisenden Fixierelements die Luftströmung zum Verdichterrad aufgrund des Fixierelementes nicht bzw. nur gering beeinflusst ist. Sofern insbesondere eine Deckfläche des kegelstumpfförmig ausgebildeten Fixierelementes teilkugelförmig ausgebildet ist, liegt eine weitere Reduzierung der Luftströmung vor, so dass eine Steigerung eines Wirkungsgrades eines Abgasturboladers mit dem erfindungsgemäßen Laufzeug realisierbar ist.Another advantage of the invention is that because of the frusto-conical outer contour having fixing element, the air flow to the compressor due to the fixing is not or only slightly influenced. If, in particular, a cover surface of the frustoconical fixing element is formed in a partially spherical shape, there is a further reduction of the air flow, so that an increase in the efficiency of an exhaust gas turbocharger can be achieved with the invention.

Da die Außenkontur des rotationssymmetrischen Fixierelements mit Hilfe einer reinen Drehbearbeitung herstellbar ist, sind die Herstellungskosten des Laufzeugs wesentlich reduziert im Vergleich zu üblichen Fixierelementen.Since the outer contour of the rotationally symmetrical fixing element can be produced by means of a pure turning operation, the production costs of the running tool are substantially reduced in comparison to conventional fixing elements.

Ein wesentlicher Vorteil ist, dass aufgrund der weitestgehend kegelstumpfförmig ausgebildeten Außenkontur des Fixierelementes eine reine, aufgrund von Haftreibung hervorgerufene, kraftschlüssige Verbindung zwischen einem Montagewerkzeug und dem Fixierelement herstellbar ist. Üblicherweise ergeben sich sowohl bei der Montage als auch bei der Demontage aufgrund einer formschlüssigen oder formkraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Fixierelement und dem Montagewerkzeug Deformationen, welche eine Unwucht hervorrufen können. Diese ist bei dem Fixierelement des erfindungsgemäßen Laufzeugs aufgrund einer reinen kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Fixierelement und dem Montagewerkzeug nicht möglich und somit eliminiert.A significant advantage is that due to the largely frusto-conical outer contour of the fixing a pure, due Stiction caused by frictional connection between a mounting tool and the fixing element can be produced. Usually arise both during assembly and during disassembly due to a positive or positive connection between the fixing and the mounting tool deformations, which can cause an imbalance. This is not possible and thus eliminated in the fixing element of the power tool according to the invention due to a pure frictional connection between the fixing element and the mounting tool.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laufzeugs weist das Fixierelement eine über seine gesamte axiale Länge kegelstumpfförmig ausgebildete Außenkontur auf. Dies ist besonders vorteilhaft für einen Wuchtprozeß, da das im Allgemeinen abspanend ausgebildete Werkzeug einen gleichmäßigen Materialabtrag über die gesamte Länge des Fixierelementes realisieren kann.In one embodiment of the power tool according to the invention, the fixing element has a frustum-shaped over its entire axial length outer contour. This is particularly advantageous for a balancing process, since the generally formed chip-removing tool can realize a uniform material removal over the entire length of the fixing.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Montagewerkzeug für des Laufzeug. Das Montagewerkzeug ist zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Fixierelement und dem Montagewerkzeug ausgebildet. Das bedeutet, dass das Montagewerkzeug ein Aufnahmeelement zur Aufnahme des Fixierelementes aufweist, wobei eine Innenkontur des Aufnahmeelementes mindestens teilweise komplementär zur kegelstumpfförmigen Außenkontur ausgebildet ist. Somit ist ein Montagewerkzeug ausgebildet, welches abhängig von der Außenkontur des Fixierelementes eine Kraftschlußverbindung herbeiführen kann, wodurch insbesondere durch die rotationssymmetrische Ausbildung des Fixierelementes und somit auch, da die Innenkontur zumindest teilweise komplementär ausgebildet ist, aufgrund der rotationssymmetrischen Innenkontur eine Deformierung des Fixierelementes, welche wiederrum zu einer Unwucht führen könnte, vermeidbar ist.Another aspect of the invention relates to an assembly tool for the running gear. The assembly tool is designed to produce a frictional connection between the fixing element and the assembly tool. This means that the assembly tool has a receiving element for receiving the fixing element, wherein an inner contour of the receiving element is at least partially complementary to the frusto-conical outer contour. Thus, an assembly tool is formed, which can bring about a frictional connection depending on the outer contour of the fixing, which in particular by the rotationally symmetrical design of the fixing and thus, since the inner contour is at least partially complementary, due to the rotationally symmetric inner contour deformation of the fixing, which in turn could lead to an imbalance, is avoidable.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Es zeigen:Show it:

1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Laufzeug, 1 a section through an inventive Laufzeug,

2 eine perspektivische Ansicht eines Fixierelements und 2 a perspective view of a fixing and

3 einen Längsschnitt des Fixierelements gem. 1. 3 a longitudinal section of the fixing gem. 1 ,

Ein erfindungsgemäßes Laufzeug 1 ist gemäß 1 aufgebaut. Des Laufzeug 1 ist in einem nicht näher dargestellten Abgasturbolader in einem nicht näher dargestellten Gehäuse des Abgasturboladers drehbar gelagert. Das Laufzeug 1 umfasst eine Welle 2 mit einer Drehachse 3, ein Verdichterrad 4 und ein Turbinenrad 5, wobei sowohl des Turbinenrad 5 als auch des Verdichterrad 4 drehfest mit der Welle verbunden sind. Des Turbinenrad 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel einteilig mit der Welle 2 ausgebildet. Ebenso könnten allerdings die Welle 2 und das Turbinenrad 5 auch zweiteilig ausgebildet sein.An inventive Laufzeug 1 is according to 1 built up. The running gear 1 is rotatably mounted in a non-illustrated exhaust gas turbocharger in a housing, not shown, of the exhaust gas turbocharger. The running tool 1 includes a wave 2 with a rotation axis 3 , a compressor wheel 4 and a turbine wheel 5 , where both the turbine wheel 5 as well as the compressor wheel 4 rotatably connected to the shaft. The turbine wheel 5 is in this embodiment, integral with the shaft 2 educated. Likewise, however, the wave could 2 and the turbine wheel 5 also be formed in two parts.

Eine drehfeste Verbindung des Verdichterrades 4 mit der Welle 2 ist mit Hilfe eines Fixierelementes 6 gesichert. Sofern das Turbinenrad 5 und die Welle 2 zweiteilig ausgebildet sind, kann das Turbinenrad 5 ebenfalls mit einem weiteren Fixierelement gesichert sein um somit zur drehfesten Verbindung des Turbinenrades 5 und der Welle beizutragen.A non-rotatable connection of the compressor wheel 4 with the wave 2 is with the help of a fixing element 6 secured. Unless the turbine wheel 5 and the wave 2 are formed in two parts, the turbine wheel 5 also be secured with a further fixing element to thus the rotationally fixed connection of the turbine wheel 5 and contribute to the wave.

Das Fixierelement 6 ist kegelstumpfförmig, rotationssymmetrisch ausgebildet und weist eine kegelstumpfförmige erste Außenkontur 7 auf. Eine Aufnahme der Welle 2 im Fixierelement 6 ist mit Hilfe einer Durchgangsöffnung 8 erreichbar, welche sich entlang einer Längsachse 9 erstreckend ausgebildet ist. Die Längsachse 9 entspricht im zusammengebauten Zustand des Laufzeugs 1 der Drehachse 3 und somit sind die Längsachse 9 und die Drehachse 3 koaxial.The fixing element 6 is frustoconical, rotationally symmetrical and has a frustoconical first outer contour 7 on. A shot of the wave 2 in the fixing element 6 is with the help of a through hole 8th reachable, which along a longitudinal axis 9 is formed extending. The longitudinal axis 9 corresponds in the assembled state of the running gear 1 the axis of rotation 3 and thus the longitudinal axis 9 and the rotation axis 3 coaxial.

Die Durchgangsöffnung 8 weist ein so genanntes Innengewinde 10 auf. Komplementär hierzu weist die Welle 2 ein in 1 nicht näher dargestelltes Außengewinde auf, so dass ein Formkraftschluß zwischen der Welle 2 und dem Fixierelement 6 erreichbar ist. Eine rotationssymmetrische Phase 11 an dem im verbauten Zustand dem Verdichterrad 4 zugewandten Ende des Fixierelementes 6 erleichtert eine Montage des Fixierelementes 6 mit der Welle 2.The passage opening 8th has a so-called internal thread 10 on. Complementary to this is the wave 2 a in 1 not shown in detail external thread, so that a form-fitting connection between the shaft 2 and the fixing element 6 is reachable. A rotationally symmetric phase 11 on the compressor wheel in the installed state 4 facing the end of the fixing 6 facilitates installation of the fixing 6 with the wave 2 ,

Das Fixierelement 6 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und umfasst somit eine Kegelmantelfläche 12, eine ringförmige Grundfläche 13 und eine ringförmige Deckfläche 14. Die Deckfläche 14 ist im Zusammenbau des Laufzeugs 1 dem Verdichterrad 4 gegenüberliegend angeordnet. Das Fixierelement 6 weist eine axiale Länge L auf. Sofern ein äußerer erster Durchmesser D1 der Deckfläche 14 und ein äußerer zweiter Durchmesser D2 der Grundfläche 13 vorgegeben sind, bestimmt sich die Länge L des Fixierelementes 6 als Funktion eines Winkels α, welcher einem Reibbeiwert μ zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Fixierelement 6 und einem Montagewerkzeug entspricht. Die Länge L lässt sich demnach bestimmen aus der Funktion L mit L = (D2 – D1)/2 tan α. The fixing element 6 is frusto-conical and thus comprises a conical surface 12 , an annular base 13 and an annular top surface 14 , The top surface 14 is in the assembly of the power tool 1 the compressor wheel 4 arranged opposite. The fixing element 6 has an axial length L. If an outer first diameter D1 of the top surface 14 and an outer second diameter D2 of the base 13 are predetermined, determines the length L of the fixing 6 as a function of an angle α, which a coefficient of friction μ for generating a frictional connection between the fixing 6 and a mounting tool corresponds. The length L can therefore be determined from the function L with L = (D2 - D1) / 2 tan α.

Diese bedeutet, dass entweder die Länge L den entsprechenden Bedingungen oder der Winkel α, das heißt der erste Durchmesser D1 und/oder der zweite Durchmesser D2 vorteilhafterweise anpassbar ist.This means that either the length L of the corresponding conditions or the angle α, that is, the first diameter D1 and / or the second diameter D2 is advantageously adaptable.

Ein Zusammenbau bzw. eine Montage des Laufzeugs 1 ist mit Hilfe eines nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Montagewerkzeugs herbeizuführen. Das Montagewerkzeug umfasst ein nicht näher dargestelltes Aufnahmeelement mit einer Innenkontur. Diese Innenkontur entspricht einer zweiten Außenkontur einer Öffnung des Aufnahmeelementes zur Aufnahme des Fixierelementes 6. Diese Innenkontur ist mindestens teilweise komplementär zur ersten Außenkontur 7 ausgebildet, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Aufnahmeelement und dem Fixierelement herstellbar ist.An assembly or assembly of the running tool 1 is to bring about with the help of a non-illustrated mounting tool according to the invention. The assembly tool comprises a receiving element not shown in detail with an inner contour. This inner contour corresponds to a second outer contour of an opening of the receiving element for receiving the fixing element 6 , This inner contour is at least partially complementary to the first outer contour 7 formed so that a frictional connection between the receiving element and the fixing element can be produced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007012641 A1 [0002] DE 102007012641 A1 [0002]

Claims (5)

Laufzeug für einen Abgasturbolader, umfassend eine Welle (2), ein Verdichterrad (4) und ein Turbinenrad (5), wobei das Turbinenrad (5) und das Verdichterrad (4) drehfest mit der Welle (2) verbunden sind, und wobei zur Fixierung der drehfesten Verbindung mindestens ein Fixierelement (6) mit einem Innengewinde (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (6) eine überwiegend kegelstumpfförmige Außenkontur (7) aufweist.A rotor for an exhaust gas turbocharger, comprising a shaft ( 2 ), a compressor wheel ( 4 ) and a turbine wheel ( 5 ), wherein the turbine wheel ( 5 ) and the compressor wheel ( 4 ) rotatably with the shaft ( 2 ) are connected, and wherein for fixing the rotationally fixed connection at least one fixing element ( 6 ) with an internal thread ( 10 ), characterized in that the fixing element ( 6 ) a predominantly frustoconical outer contour ( 7 ) having. Laufzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (6) eine über seine gesamte axiale Länge (1) kegelstumpfförmig ausgebildete Außenkontur (7) aufweist.Tool according to claim 1, characterized in that the fixing element ( 6 ) one over its entire axial length ( 1 ) truncated cone-shaped outer contour ( 7 ) having. Laufzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckfläche (14) des Fixierelementes (6) teilkugelförmig ausgebildet ist.Tool according to claim 1 or 2, characterized in that a cover surface ( 14 ) of the fixing element ( 6 ) is formed part spherical. Montagewerkzeug für ein Laufzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fixierelement (6) und dem Montagewerkzeug eine kraftschlüssige Verbindung herstellbar ist.Assembly tool for a running tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the fixing element ( 6 ) And the assembly tool a frictional connection can be produced. Montagewerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Montagewerkzeug ein Aufnahmeelement zur Aufnahme des Fixierelementes aufweist, wobei das Aufnahmeelement eine zur Außenkontur (7) mindestens teilweise komplementäre Innenkontur aufweist.Mounting tool according to claim 4, characterized in that the mounting tool has a receiving element for receiving the fixing element, wherein the receiving element is a to the outer contour ( 7 ) has at least partially complementary inner contour.
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