DE102014202960A1

DE102014202960A1 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102014202960A1
Application number: DE201410202960
Authority: DE
Inventors: Klaus Walter
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2015-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Verdichter (2), der ein Verdichterrad (3) mit einer Durchgangsausnehmung (4) aufweist; mit einer Turbine (14), die ein Turbinenrad (15) mit einer Durchgangsausnehmung (24) aufweist; und mit einer Welle (5), die einen ersten und zweiten Wellenendbereich (6, 18) aufweist, die in den zugehörigen Durchgangsausnehmungen (4 bzw. 24) angeordnet sind, wobei zwischen der Durchgangsausnehmung (4) des Verdichterrades (3) und dem ersten Wellenendbereich (6) eine Spannhülse (7) auf dem ersten Wellenendbereich (6) angeordnet ist und/oder zwischen der Durchgangsausnehmung (24) des Turbinenrades (15) und dem zweiten Wellenendbereich (18) eine Spannhülse (19) auf dem zweiten Wellenendbereich (18) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Beim gattungsgemäßen Abgasturbolader tritt das Problem auf, dass durch die Durchmessertoleranz der Verdichterrad-Durchgangsausnehmung und des Verdichterradsitzes an der Welle Spielpassungen zwischen der Welle und dem Verdichterrad auftreten können. Diese unerwünschte Spielpassung, die auch beim Turbinenrad auftreten kann, verursacht eine erhöhte Unwucht, was wiederum Nacharbeiten beim Betriebsauswuchten nötig macht und somit für eine geringere Produktivität verantwortlich ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der es möglich macht, eine Spielpassung zwischen dem Radsitz an der Welle und der Verdichterrad-Durchgangsausnehmung zu vermeiden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
Dadurch wird erreicht, dass zwischen dem Verdichterrad und dem Wellenendbereich, der in der Durchgangsausnehmung des Verdichterrades angeordnet ist, ein Presssitz sichergestellt ist. Dies ergibt zum einen den Vorteil, dass die eingangs erläuterten unerwünschten Spielpassungen vermieden werden können und darüber hinaus die Wellen mit höherer Toleranz am Verdichterradsitz hergestellt werden können.
In den Ansprüchen 8 und 9 ist ein erfindungsgemäßer Läufer eines Abgasturboladers als selbständig handelbares Objekt definiert.
In den Ansprüchen 10 bis 17 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Läufers eines Abgasturboladers definiert.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
1 eine schematisch stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,
2 eine Schnittdarstellung in schematisch leicht vereinfachter Darstellung durch ein Verdichterrad des erfindungsgemäßen Abgasturboladers,
3 einen Längsschnitt durch eine Spannhülse des erfindungsgemäßen Abgasturboladers bzw. Läufers, und
4 eine der 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 in schematisch stark vereinfachter Schnittdarstellung dargestellt.
Der Abgasturbolader 1 weist einen Verdichter 2 auf, der ein in einem Verdichtergehäuse 16 angeordnetes Verdichterrad 3 umfasst.
Zu den Basiskomponenten dieses Abgasturboladers 1 zählt ferner ein Lagergehäuse 13 zur Lagerung einer Welle 5, das an einem Ende mit dem Verdichtergehäuse 16 und am anderen Ende mit einem Turbinengehäuse 17 einer Turbine 14 verbunden ist. Im Turbinengehäuse 17 ist ein Turbinenrad 15 angeordnet, das, wie das Verdichterrad 3 auf der Welle 5 befestigt ist.
Wie 1 ferner verdeutlicht, ist das Verdichterrad 3 auf einem Wellenendbereich 6 der Welle 5 fixiert, wozu auf den Wellenendbereich 6 eine Spannhülse 7 aufgeschoben ist, die zwischen der in 2 sichtbaren Durchgangsausnehmung 4 des Verdichterrades 3 und dem Wellenendbereich 6 angeordnet ist, wenn das Verdichterrad 3 im Endmontagezustand auf diesem Wellenendbereich 6 fixiert ist.
Nach dem Aufsetzen in diesem Montageendzustand ist das Verdichterrad 3 ferner über eine Wellenmutter 11, die auf ein Außengewinde 12 des Wellenendbereichs 6 aufgeschraubt ist, fixiert.
Aus einer Zusammenschau der 1 bis 3 wird deutlich, dass bei der in diesen Figuren dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform die Durchgangsausnehmung 4 des Verdichterrades 3 kegelig ausgeführt ist.
Die Spannhülse 7 ist ebenfalls kegelig ausgeführt, wobei die Kegelwinkel der Durchgangsausnehmung 4 und der Spannhülse 7 einander angepasst sind.
Wie eine Zusammenschau der 1 und 3 verdeutlicht, weist die Spannhülse 7 zumindestens einen sich entlang der Längsachse L erstreckenden Schlitz 8 auf, der in einer vorzugsweise kreisrunden Ausnehmung 9 endet. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zwei derartige Schlitze 8 auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Spannhülse 7 vorgesehen.
Die Anordnung, die die Welle 5 mit ihrem Wellenendbereich 6, das Verdichterrad 3 und die Spannhülse 7 umfasst, bilden einen Läufer 10, der im in 1 dargestellten Zustand ferner das Turbinenrad 15 umfasst, das auf einem dem ersten Wellenendbereich 6 gegenüberliegenden zweiten Endbereich 18 angeordnet ist.
Wie 4 ferner verdeutlicht, stellt diese Ausführungsform des Abgasturboladers 1 insofern eine besonders bevorzugte Ausführungsform dar, als auch auf der Turbinenradseite eine Spannhülse 19 vorgesehen ist, die, wie die Spannhülse 7, einen Längsschlitz 20 aufweist, der in einer vorzugsweise kreisrunden Ausnehmung 23 ausläuft. Diese Spannhülse 19 ist auf dem zweiten Wellenendbereich 18 der Welle 5 innerhalb der Durchgangsausnehmung 24 des Turbinenrades 15 angeordnet und mittels einer auf einem Außengewinde 22 des Wellenendbereichs 18 aufgeschraubten Wellenmutter 21 gesichert. Somit ergibt sich bei dieser Ausführungsform auch turbinenseitig ein Presssitz.
Das Vorsehen einer derartigen Spannhülse 7 bzw. 19 auf der Verdichter- und der Turbinenseite ist jedoch nicht zwingend. Erfindungsgemäß kann entweder das Verdichterrad 3 oder das Turbinenrad 14 mit einer derartigen Spannhülse, oder wie in 4 dargestellt, sowohl das Verdichterrad 3 als auch das Turbinenrad 15 mit einer zugeordneten Spannhülse 7 bzw. 19 versehen sein.
Der Läufer 10 stellt ein selbständig handelbares Objekt dar, das als vorzugsweise vormontierte Baugruppe im erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 verbaut werden kann.
Zur Herstellung dieses Läufers 10 umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Verfahrensschritte:
Zunächst wird das Verdichterrad 3 hergestellt bzw. bereitgestellt, das die Durchgangsausnehmung 4 aufweist, wie vorzugsweise mittels einer Kegelreibahle kegelig hergestellt werden kann, wie dies in 2 verdeutlicht ist.
Ferner wird die Welle 5 mit ihrem Wellenendbereich 6 bereitgestellt, der vorzugsweise mit höherer Toleranz zylindrisch ausgebildet wird.
Ferner wird die in 3 im Einzelnen dargestellte Spannhülse 7, vorzugsweise mit der zuvor beschriebenen Anordnung zweier diametral gegenüber angeordneter Schlitze 8 bereitgestellt, die jeweils in der vorzugsweise kreisrunden Ausnehmung 9 enden.
Das Verdichterrad 3 wird ohne Erwärmung auf den Wellenendbereich 6 gefügt und danach wird die Spannhülse 7 in die Durchgangsausnehmung 4 eingesetzt, und dabei auf den Wellenendbereich 6 aufgeschoben. Danach wird die Wellenmutter 11 auf das Außengewinde 12 mit einem jeweils angepassten Drehmoment aufgeschraubt.
Durch diese Montageschritte wird ein spielfreier Sitz zwischen dem Verdichterrad 3 und dem Wellenendbereich 6 geschaffen. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass aufgrund des erwärmungsfreien Aufschiebens des Verdichterrades 3 auf die Welle 5 eine Abkühlzeit des Verdichterrades 3 entfällt und die nach Montieren des Turbinenrades 5 sich bildende Rumpfgruppe sofort ausgewuchtet werden kann.
Sollte der Läufer 10 sowohl auf der Verdichterradseite wie auch der Turbinenradseite mit einer zugeordneten Spannhülse versehen sein, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren neben den zuvor erläuterten Verfahrensschritten dementsprechend auch das Bereitstellen eines Turbinenrades 15, mit einer vorzugsweise kegelig ausgebildeten Durchgangsausnehmung 24 und das Vorsehen einer Spannhülse 19, die wie die Spannhülse 7 ausgebildet und dementsprechend ebenso wie diese montiert werden kann, so dass diesbezüglich auf die vorangehenden Verfahrensschritte verwiesen werden kann.
Ferner ist nachzutragen, dass gemäß der in 3 dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform der Spannhülse 7 bzw. 19 diese mit einem Abziehkragen 25 versehen sein kann, der an dem jeweils aus dem Verdichterrad 3 bzw. der Turbinenrad 14 herausragenden Ende der Spannhülse 7 bzw. 19 vorgesehen ist, also an dem Endbereich 26 mit der größten Wandstärke.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird hiermit zu deren Ergänzung explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasturbolader
2: Verdichter
3: Verdichterrad
4, 24: Durchgangsausnehmung
5: Welle
6: Wellenendbereich
7, 19: Spannhülse
8, 20: Längsschlitz
9, 23: Kreisrunde Ausnehmung
10: Läufer
11, 21: Wellenmutter
12, 22: Außengewinde
13: Lagergehäuse
14: Turbine
15: Turbinenrad
16: Verdichtergehäuse
17: Turbinengehäuse
18: Wellenendbereich
25: Abziehkragen
26: Endbereich
L: Längsachse des Abgasturboladers 1 und der Spannhülse 7

Claims

Abgasturbolader (1) – mit einem Verdichter (2), der ein Verdichterrad (3) mit einer Durchgangsausnehmung (4) aufweist; – mit einer Turbine (14), die ein Turbinenrad (15) aufweist; und – mit einer Welle (5), die einen ersten und zweiten Wellenendbereich (6, 18) aufweist, wobei der erste Wellenendbereich (6) in der Durchgangsausnehmung (4) des Verdichterrades (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass zwischen der Durchgangsausnehmung (4) des Verdichterrades (3) und dem ersten Wellenendbereich (6) eine Spannhülse (7) auf dem ersten Wellenendbereich (6) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (15) eine Durchgangsausnehmung (24) aufweist, in die der zweite Wellenendbereich (18) eingreift und dass zwischen der Durchgangsausnehmung (24) des Turbinenrades (15) und dem zweiten Wellenendbereich (18) eine Spannhülse (19) auf dem zweiten Wellenendbereich (18) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülsen (7, 19) kegelig ausgebildet sind.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülsen (7, 19) zumindestens einen Längsschlitz (8 bzw. 20) aufweisen.
Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschlitze (8, 20) in einer kreisrunden Ausnehmung (9 bzw. 23) auslaufen, wobei vorzugsweise zwei diametral gegenüber angeordnete Längsschlitze (8 bzw. 20) vorgesehen sind.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsausnehmungen (4, 24) kegelig ausgebildet sind.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (7, 19) mit einem Abziehkragen (25) versehen ist.
Läufer (10) – mit einem Verdichterrad (3), das eine Durchgangsausnehmung (4) aufweist; – mit einem Turbinenrad (14), das eine Durchgangsausnehmung (24) aufweist, und – mit einer Welle (5), die einen ersten Wellenendbereich (6) aufweist, der in der Durchgangsausnehmung (4) des Verdichterrades (3) angeordnet ist, und die einen zweiten Wellendbereich (18) aufweist, der in der Durchgangsausnehmung (24) des Turbinenrades (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass zwischen der Durchgangsausnehmung (4) und dem ersten Wellenendbereich (6) eine Spannhülse (7) auf dem ersten Wellenendbereich (6) angeordnet ist, und/oder – dass zwischen der Durchgangsausnehmung (24) und dem zweiten Wellenendbereich (18) eine Spannhülse (19) auf dem zweiten Wellenendbereich (18) angeordnet ist.
Läufer nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen der Ansprüche 2 bis 7.
Verfahren zur Herstellung eines Läufers (10) eines Abgasturboladers (1) mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen eines Verdichterrades (3) mit einer Durchgangsausnehmung (4); – Bereitstellen einer Welle (5) mit einem Wellenendbereich (6); – Bereitstellen einer Spannhülse (7); – Fügen des unerwärmten Verdichterrades (3) auf den Wellenendbereich (6); – Einsetzen der Spannhülse (7) in die Durchgangsausnehmung (4) und auf den Wellenendbereich (6); und – Festziehen einer Wellenmutter (11) auf ein Außengewinde (12) des Wellenendbereichs (6).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsausnehmung (4) kegelig ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (7) kegelig ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (7) zumindestens einfach geschlitzt ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (7) zweifach geschlitzt ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (7) mit einem Abziehkragen (25) versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem zweiten Wellenendbereich (18) der Welle (5) ein unerwärmtes Turbinenrad (15) aufgebracht wird, – dass eine weitere Spannhülse (19) in eine Durchgangsausnehmung (24) des Turbinenrades (15) und auf den zweiten Wellenendbereich (18) eingesetzt wird; und – dass eine Wellenmutter (21) auf ein Außengewinde (22) des zweiten Wellenendbereichs (18) aufgeschraubt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen der Ansprüche 11 bis 15.