DE102014203840A1

DE102014203840A1 - Rotor for an exhaust gas turbocharger

Info

Publication number: DE102014203840A1
Application number: DE102014203840.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Butscher
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-09-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für einen Abgasturbolader (2) mit einer Welle (3), einem Verdichterrad (4) und einem Turbinenrad (5), die jeweils mittels einer auf die Welle (3) aufgeschraubten Mutter (6) gegen eine ebenfalls auf der Welle (3) angeordnete Anlaufscheibe (7) vorgespannt sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass zumindest eine Anlaufscheibe (7) über einen Kegelsitz (9) auf der Welle (3) angeordnet ist. Hierdurch können ein reduzierter Lagerdurchmesser und damit eine bauraumoptimierte Form gefunden werden.The invention relates to a rotor (1) for an exhaust gas turbocharger (2) having a shaft (3), a compressor wheel (4) and a turbine wheel (5) which are each secured by means of a nut (6) screwed onto the shaft (3) also arranged on the shaft (3) thrust washer (7) are biased. Essential to the invention is that at least one thrust washer (7) via a conical seat (9) on the shaft (3) is arranged. As a result, a reduced bearing diameter and thus a space-optimized shape can be found.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für einen Abgasturbolader mit einer Welle, einem Verdichterrad und einem Turbinenrad, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a rotor for an exhaust gas turbocharger with a shaft, a compressor wheel and a turbine wheel, according to the preamble of claim 1.

Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung bereits mannigfaltig in modernen Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei ein Rotor für einen derartigen Abgasturbolader üblicherweise aus einer ein Verdichterrad und ein Turbinenrad tragenden Welle aufgebaut ist. Sowohl das Verdichterrad als auch das Turbinenrad sind dabei jeweils mittels einer auf die Welle aufgeschraubten Mutter gegen eine ebenfalls auf der Welle angeordnete Anlaufscheibe vorgespannt. Gelagert wird der Rotor dabei üblicherweise über eine Radiallager und Axiallagereinheit, wobei die Anlaufscheibe ein Gegenlager für das Axiallager darstellt. Um das Axiallager in Axialrichtung abstützen zu können, stützt sich die Anlaufscheibe üblicherweise wiederum an einer Wellenstufe ab. Demzufolge wird das Turbinen-/Verdichterrad über das Axiallager und die Anlaufscheibe gegen die Wellenstufe bzw. Wellenschulter mittels der auf die Welle aufgeschraubten Mutter vorgespannt. Generell muss der Schraubverband dabei derart gestaltet werden, dass über alle Betriebspunkte das Verdichterrad bzw. Turbinenrad und die zugehörigen auf der Welle noch aufgefädelten Komponenten, wie beispielsweise die Anlaufscheibe, das Axiallager und eine Dichtungsbuchse, nicht verrutschen. Dadurch müssen somit die Wellenstufe/Wellenschulter sowie die Dimensionierung des Wellenschaftes diesen Anforderungen gerecht werden. Dem Konstruktionsprinzip wiederum sind jedoch ab einem gewissen Radiallagerdurchmesser Grenzen gesetzt, so dass der Vergrößerung des Wellendurchmessers an der Wellenstufe bzw. Wellenschulter Grenzen gesetzt sind. Exhaust gas turbochargers are already widely used to increase performance in modern motor vehicles, a rotor for such an exhaust gas turbocharger is usually constructed of a compressor wheel and a turbine wheel supporting shaft. Both the compressor wheel and the turbine wheel are biased in each case by means of a screwed onto the shaft nut against a likewise arranged on the shaft thrust washer. The rotor is usually mounted via a radial bearing and axial bearing unit, wherein the thrust washer is an abutment for the thrust bearing. In order to support the thrust bearing in the axial direction, the thrust washer is usually again supported at a shaft stage. Consequently, the turbine / compressor wheel is biased via the thrust bearing and the thrust washer against the shaft step or shaft shoulder by means of the nut screwed onto the shaft. In general, the screwed connection must be designed in such a way that the compressor wheel or turbine wheel and the associated components still threaded onto the shaft, such as the thrust washer, the thrust bearing and a sealing bush, do not slip over all operating points. As a result, therefore, the shaft step / shaft shoulder and the dimensioning of the shaft shaft must meet these requirements. However, the design principle, in turn, are limited from a certain radial bearing diameter, so that the enlargement of the shaft diameter at the shaft or shaft shoulder limits are set.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Rotor eines Abgasturboladers der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine Reduzierung des Wellendurchmessers ermöglicht. The present invention therefore deals with the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for a rotor of an exhaust gas turbocharger of the generic type, which in particular enables a reduction of the shaft diameter.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Anlaufscheibe nicht mehr über eine Wellenstufe bzw. Wellenschulter gegenüber einer Welle eines Rotors eines Abgasturboladers abzustützen, sondern erfindungsgemäß diese Anlaufscheibe erstmals über einen Kegelsitz auf der Welle anzuordnen. Der erfindungsgemäße Rotor besitzt dabei die zuvor genannte Welle sowie ein Verdichterrad und ein Turbinenrad, wovon zumindest eines mittels einer auf der Welle aufgeschraubten Mutter gegen die ebenfalls auf der Welle angeordnete Anlaufscheibe vorgespannt ist. Die Anlaufscheibe ihrerseits stützt sich nun erfindungsgemäß über den Kegelsitz gegenüber der Welle ab, so dass die bislang zur Abstützung der Anlaufscheibe erforderliche Wellenstufe nicht mehr erforderlich ist. Durch den Kegelsitz und die damit verbundene Konizität der Welle im Bereich der Anlaufscheibe, wird die Abstützfläche deutlich vergrößert, so dass die Aufweitung der Welle im Bereich des Kegelsitzes deutlich kleiner gehalten werden kann, als dies bei bisherigen Wellenstufen bzw. Wellenschultern der Fall war. Mit der erfindungsgemäß über den Kegelsitz auf der Welle abgestützten Anlaufscheibe lässt sich der maximale Durchmesser der Welle deutlich reduzieren, wodurch auch kleinere Radiallager im Bereich des Ladegehäuses eingesetzt werden können und generell eine kompaktere Bauweise erreicht werden kann. The present invention is based on the general idea, no longer support a thrust washer via a shaft step or shaft shoulder against a shaft of a rotor of an exhaust gas turbocharger, but according to the invention to arrange this thrust washer for the first time via a conical seat on the shaft. The rotor according to the invention has the aforementioned shaft and a compressor wheel and a turbine wheel, of which at least one is biased by means of a screwed onto the shaft nut against the also arranged on the shaft thrust washer. The thrust washer in turn is now supported according to the invention via the conical seat relative to the shaft, so that the previously required to support the thrust washer shaft level is no longer required. Due to the conical seat and the associated conicity of the shaft in the thrust washer, the support surface is significantly increased, so that the expansion of the shaft in the region of the conical seat can be kept significantly smaller than was the case with previous shaft stages or shaft shoulders. With the thrust washer supported on the shaft via the conical seat according to the invention, the maximum diameter of the shaft can be significantly reduced, as a result of which smaller radial bearings in the region of the charging housing can be used and a more compact design can generally be achieved.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung verjüngt sich die Welle im Bereich des Kegelsitzes in Richtung der Mutter. Die Welle wird somit im Bereich des Kegelsitzes in Richtung der Mutter dünner, so dass die Welle im Bereich des Lagergehäuses einen deutlich größeren Durchmesser aufweist als im Bereich des Verdichterrades oder der Mutter. Dies bietet den großen Vorteil, dass das üblicherweise im Lagergehäuse angeordnete Radiallager, nämlich ein Gleitlager, eine vergleichsweise große Lagerfläche zur Lagerung der Welle und damit des Rotors zur Verfügung hat, wogegen die Welle im Bereich des Verdichterrades lediglich einen reduzierten Durchmesser aufweist und dadurch insbesondere auch leichter ist. Die hierdurch erzielbare Gewichtsreduzierung vermindert das Trägheitsmoment der Welle, wodurch ein schnelleres Ansprechen des Abgasturboladers ermöglicht wird. In an advantageous development of the solution according to the invention, the shaft tapers in the region of the conical seat in the direction of the nut. The shaft is thus thinner in the direction of the nut in the region of the conical seat, so that the shaft in the region of the bearing housing has a significantly larger diameter than in the region of the compressor wheel or the nut. This offers the great advantage that the usually arranged in the bearing housing radial bearings, namely a plain bearing, a comparatively large bearing surface for supporting the shaft and thus the rotor has available, whereas the shaft in the region of the compressor wheel has only a reduced diameter and thus in particular is easier. The thereby achievable weight reduction reduces the moment of inertia of the shaft, whereby a faster response of the exhaust gas turbocharger is made possible.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind zwischen dem Verdichter-/Turbinenrad und der Anlaufscheibe eine Dichtungsbuchse sowie eine Axiallagerscheibe angeordnet. Die Dichtungsbuchse verhindert dabei auf der Turbinenseite insbesondere einen Durchtritt von Abgas in das Lagergehäuse und damit einen Schutz der im Lagergehäuse angeordneten Lager vor dem diese negativ beeinflussenden Abgase. Die Axiallagerscheibe hingegen lagert den Rotor in Axialrichtung und ist mittels der Mutter und dem zwischen Verdichter-/Turbinenrad bzw. der Dichtungsbuchse gegen die Anlaufscheibe und über diese gegen die Welle vorgespannt. Das Axiallager ist dabei separat zur Anlaufscheibe und separat zur Dichtungsbuchse ausgebildet. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, a sealing bushing and an axial bearing disk are arranged between the compressor / turbine wheel and the thrust washer. The sealing bushing prevents on the turbine side in particular a passage of exhaust gas into the bearing housing and thus a protection of the bearings arranged in the bearing before the negative impact of these exhaust gases. The axial bearing disc, however, supports the rotor in the axial direction and is biased by means of the nut and between the compressor / turbine wheel or the sealing bush against the thrust washer and via this against the shaft. The thrust bearing is formed separately to the thrust washer and separately to the sealing bushing.

Zweckmäßig weist die Welle einen maximalen Außendurchmesser von 6,0 mm auf. Mit dem erfindungsgemäßen Kegelsitz ist es somit möglich, den Wellendurchmesser insgesamt zu reduzieren, so dass kleinere Gleitlager im Bereich des Lagergehäuses angeordnet und damit eine Bauraumoptimierung erreicht werden kann. Suitably, the shaft has a maximum outer diameter of 6.0 mm. With the conical seat according to the invention, it is thus possible to reduce the shaft diameter as a whole, so that smaller sliding bearings arranged in the region of the bearing housing and thus a space optimization can be achieved.

Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Abgasturbolader mit einem derartigen erfindungsgemäßen Rotor auszustatten und dadurch kompakter bauen zu können. The invention is further based on the general idea to equip an exhaust gas turbocharger with such a rotor according to the invention and thereby be able to build more compact.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

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 is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematischIt show, each schematically

1 eine Schnittdarstellung durch einen Rotor gemäß dem Stand der Technik, 1 a sectional view through a rotor according to the prior art,

2 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Rotor. 2 a sectional view through a rotor according to the invention.

Entsprechend den 1 und 2 weist ein Rotor 1 für einen Abgasturbolader 2 eine Welle 3 sowie ein Verdichterrad 4 auf. Selbstverständlich kann das Verdichterrad 4 alternativ auch als Turbinenrad 5 ausgebildet sein. Das Verdichterrad 4 bzw. Turbinenrad 5 ist dabei mittels einer auf die Welle 3 aufgeschraubten Mutter 6 gegen eine ebenfalls auf der Welle 3 angeordnete Anlaufscheibe 7 vorgespannt. Die Anlaufscheibe 7 ist dabei bei dem Rotor 1 nach dem Stand der Technik über eine Wellenschulter bzw. Wellenstufe 8 gegenüber der Welle 3 abgestützt. Bei dem erfindungsgemäßen Rotor 1 gemäß der 2 ist die Anlaufscheibe 7 jedoch über einen Kegelsitz 9 auf der Welle 3 angeordnet und über diesen Kegelsitz 9 gegenüber der Welle 3 abgestützt. Im Vergleich zur Wellenstufe 8 besitzt der Kegelsitz 9 eine deutlich größere Abstützfläche, wodurch der Wellendurchmesser d insgesamt reduziert werden kann, da die bisher vom Durchmesser erforderliche Wellenstufe 8 nun nicht mehr vorhanden ist.According to the 1 and 2 has a rotor 1 for an exhaust gas turbocharger 2 a wave 3 and a compressor wheel 4 on. Of course, the compressor wheel 4 alternatively also as turbine wheel 5 be educated. The compressor wheel 4 or turbine wheel 5 is by means of one on the shaft 3 screwed nut 6 against a likewise on the wave 3 arranged thrust washer 7 biased. The thrust washer 7 is with the rotor 1 according to the prior art via a shaft shoulder or shaft stage 8th opposite the wave 3 supported. In the rotor according to the invention 1 according to the 2 is the thrust washer 7 however, over a conical seat 9 on the wave 3 arranged and over this conical seat 9 opposite the wave 3 supported. Compared to the wave level 8th owns the conical seat 9 a significantly larger support surface, whereby the shaft diameter d can be reduced in total, since the previously required by the diameter shaft stage 8th now no longer exists.

Betrachtet man den erfindungsgemäßen Rotor 1 gemäß der 2, so kann man erkennen, dass sich die Welle 3 im Bereich des Kegelsitzes 9 in Richtung der Mutter 6 verjüngt, so dass die Welle 3 in einem rechts der Anlaufscheibe 7 gelegen und nicht näher bezeichneten Lagergehäuse einen größeren Durchmesser aufweist als im Bereich des Verdichter-/Turbinenrades 4, 5. Generell steht somit zu einer als Gleitlager ausgebildeten Radiallagerung der Welle 3 bzw. des Rotors 1 im Bereich des Lagergehäuses eine noch ausreichend große Lagerfläche zur Verfügung, die jedoch kleiner ist als die Lagerfläche beim gattungsgemäßen Rotor 1 gemäß der 1. Zwischen dem Verdichter-/Turbinenrad 4, 5 und der Anlaufscheibe 7 sind noch eine Dichtungsbuchse 10 sowie eine Axiallagerscheibe 11 angeordnet. Die Axiallagerscheibe 11 lagert dabei den Rotor 1 in Axialrichtung gegenüber der bezeichneten Lagergehäuse, wogegen die Dichtungsbuchse 10 insbesondere auf der Turbinenseite ein unerwünschtes Eindringen von Abgas in das Lagergehäuse verhindert. Generell kann die Anlaufscheibe 7 eine Axiallagerfläche 14 aufweisen, die mit einer zwischen der Axiallagerscheibe 11 und der Anlaufscheibe 7 angeordneten und feststehenden zweiten Axiallagerscheibe 13 zusammenwirkt. Die zweite Axiallagerscheibe 13 ist dabei fest am Gehäuse 12 des Abgasturboladers 2 angeordnet, insbesondere mit diesem verschraubt.Considering the rotor according to the invention 1 according to the 2 So you can tell that is the wave 3 in the area of the conical seat 9 towards the mother 6 rejuvenated, leaving the shaft 3 in a right of the thrust washer 7 located and unspecified bearing housing has a larger diameter than in the area of the compressor / turbine wheel 4 . 5 , In general, therefore, there is a radial bearing designed as a plain bearing of the shaft 3 or the rotor 1 in the area of the bearing housing still a sufficiently large storage area available, which is smaller than the bearing surface of the generic rotor 1 according to the 1 , Between the compressor / turbine wheel 4 . 5 and the thrust washer 7 are still a sealing bush 10 and a thrust washer 11 arranged. The thrust washer 11 stores the rotor 1 in the axial direction relative to the designated bearing housing, whereas the sealing bushing 10 prevents undesirable penetration of exhaust gas into the bearing housing, in particular on the turbine side. Generally, the thrust washer 7 an axial bearing surface 14 have, with one between the thrust washer 11 and the thrust washer 7 arranged and fixed second thrust washer 13 interacts. The second thrust washer 13 is firmly attached to the case 12 the exhaust gas turbocharger 2 arranged, in particular screwed to this.

Mit dem erfindungsgemäßen Rotor 1 kann die axiale Belastung an der bisher in diesem Bereich angeordneten Wellenschulter 8 durch den nunmehr erfindungsgemäß vorgesehenen Kegelsitz 9 minimiert werden, wodurch letztendlich auch deutlich kleinere Lagerdurchmesser umgesetzt werden können. With the rotor according to the invention 1 can the axial load on the previously arranged in this area shaft shoulder 8th by the now provided according to the invention cone seat 9 be minimized, which ultimately also significantly smaller bearing diameter can be implemented.

Claims

Rotor ( 1 ) for an exhaust gas turbocharger ( 2 ) with a wave ( 3 ), a compressor wheel ( 4 ) and a turbine wheel ( 5 ), of which at least one by means of a shaft ( 3 ) screwed nut ( 6 ) against one also on the wave ( 3 ) arranged thrust washer ( 7 ) is biased, characterized in that at least one thrust washer ( 7 ) via a conical seat ( 9 ) on the shaft ( 3 ) is arranged.

Rotor according to claim 1, characterized in that the shaft ( 3 ) in the region of the conical seat ( 9 ) in the direction of the mother ( 6 ) rejuvenated.

Rotor according to claim 1 or 2, characterized in that between the compressor / turbine wheel ( 4 . 5 ) and the thrust washer ( 7 ) a sealing bush ( 10 ) and an axial bearing washer ( 11 ) are arranged.

Rotor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the shaft ( 3 ) has a maximum outer diameter d <6.0 mm.

Exhaust gas turbocharger ( 2 ) with a rotor ( 1 ) according to one of the preceding claims.

Exhaust gas turbocharger according to claim 5, characterized in that that the thrust washer ( 7 ) an axial bearing surface ( 14 ), which with one between the thrust washer ( 11 ) and the thrust washer ( 7 ) and fixed to a housing ( 12 ) of the exhaust gas turbocharger ( 2 ) connected second thrust washer ( 13 ) cooperates.