DE102016012658A1

DE102016012658A1 - Rotor for a turbomachine, in particular of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102016012658A1
Application number: DE102016012658.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Mueller; Jens Gregory; Juergen Orlich; Stephan Kraetschmer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-10-22
Filing date: 2016-10-22
Publication date: 2018-04-26
Also published as: WO2018072866A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (12) für eine Strömungsmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Der Rotor (12) weist wenigstens eine Welle (14), wenigstens ein auf der Welle (14) angeordnetes und drehfest mit der Welle (14) verbundenes Laufrad (16) sowie wenigstens ein Befestigungselement (18, 34) auf, das sich über jeweilige, sich berührende Kontaktflächen (26, 30, 36, 38) an dem Laufrad (16) abstützt, um das Laufrad (16) in einer axialen Richtung auf der Welle (14) festzulegen. Dabei überdeckt zumindest ein Teilbereich der Kontaktfläche (30, 36) des Befestigungselements (18, 34) in radialer Richtung nach außen zumindest einen Teilbereich der Kontaktfläche (26, 38) des Laufrades (16).The invention relates to a rotor (12) for a turbomachine, in particular a motor vehicle. The rotor (12) has at least one shaft (14), at least one on the shaft (14) arranged and non-rotatably connected to the shaft (14) impeller (16) and at least one fastening element (18, 34) which extends over respective contacting contact surfaces (26, 30, 36, 38) on the impeller (16) to fix the impeller (16) in an axial direction on the shaft (14). In this case, at least a portion of the contact surface (30, 36) of the fastening element (18, 34) covers at least a portion of the contact surface (26, 38) of the impeller (16) in the radially outward direction.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a rotor for a turbomachine, in particular of a motor vehicle, in the preamble of the claim 1 specified type.

Um einen besonders effizienten Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine zu erreichen, wird Luft für die Verbrennungskraftmaschine üblicherweise durch eine Strömungsmaschine, die z. B. als Abgasturbolader ausgebildet sein kann, verdichtet, bevor die Luft einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Dabei kommt in dem Abgasturbolader ein solcher Rotor zum Einsatz.In order to achieve a particularly efficient operation of an internal combustion engine, air for the internal combustion engine usually by a turbomachine, the z. B. may be formed as exhaust gas turbocharger, compressed before the air is supplied to a combustion chamber of the internal combustion engine. In this case, such a rotor is used in the exhaust gas turbocharger.

Zum Beispiel offenbart die DE 10 2014 203 840 A1 einen herkömmlichen Rotor für einen Abgasturbolader, mit wenigstens einer Welle, mit wenigstens einem auf der Welle angeordneten und drehfest mit der Welle verbundenen Laufrad, welches als Turbinenrad oder Verdichterrad ausgebildet sein kann. Weiter weist der Abgasturbolader wenigstens eine über jeweilige, sich berührende Kontaktflächen an dem Laufrad abgestützten Befestigungselement zum axialen Festlegen des Laufrades auf der Welle auf. Dabei ist das Befestigungselement an der Welle über einen Kegelsitz abgestützt.For example, the DE 10 2014 203 840 A1 a conventional rotor for an exhaust gas turbocharger, having at least one shaft, with at least one disposed on the shaft and rotatably connected to the shaft impeller, which may be formed as a turbine or compressor wheel. Furthermore, the exhaust-gas turbocharger has at least one fastening element, which is supported on the impeller via respective contacting surfaces, for axially fixing the impeller on the shaft. The fastening element is supported on the shaft via a conical seat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders lange Lebensdauer des Rotors erreicht wird.Object of the present invention is to develop a rotor of the type mentioned in such a way that a particularly long life of the rotor is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a rotor having the features of the claim 1 solved. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the other claims.

Um einen Rotor derart weiterzuentwickeln, dass der Rotor eine besonders lange Lebensdauer hat, wird erfindungsgemäß ein Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, mit wenigstens einer Welle, mit wenigstens einem auf der Welle angeordneten und drehfest mit der Welle verbundenen Laufrad, und mit wenigstens einem über jeweilige, sich berührende Kontaktflächen an dem Laufrad abgestützten Befestigungselement zum axialen Festlegen des Laufrades auf der Welle, wobei zumindest ein Teilbereich der Kontaktfläche des Laufrades in radialer Richtung nach außen von zumindest einem Teilbereich der Kontaktfläche des Befestigungselements überdeckt ist.In order to develop a rotor such that the rotor has a particularly long life, according to the invention a rotor for a turbomachine, in particular a motor vehicle is provided with at least one shaft, with at least one arranged on the shaft and rotatably connected to the shaft impeller, and with at least one on respective, contacting contact surfaces on the impeller supported fastener for axially fixing the impeller on the shaft, wherein at least a portion of the contact surface of the impeller is covered in the radial outward direction of at least a portion of the contact surface of the fastener.

Beispielsweise ist an dem Befestigungselement eine Aufnahme, insbesondere eine trichterförmige Lagerschale vorgesehen. Eine an dem Laufrad ausgebildete Hervorstehung, die eine zu der trichterförmigen Lagerschale korrespondierende Form hat, ist in die Lagerschale in axialer Richtung eingeführt, sodass die Lagerschale zumindest einen Teil der Hervorstehung umschließt. Dabei berühren sich die Kontaktfläche des Laufrades und die Kontaktfläche des Befestigungselements und liegen idealerweise bündig aneinander an. Zwischen den Kontaktflächen ist also eine Passform vorhanden. Mittels dieser Passform sind das Befestigungselement und das Laufrad durch bei einem Betrieb auftretende Fliehkräfte bzw. Zentrifugalkräfte miteinander verklemmt. Da die Kontaktfläche des Laufrades erfindungsgemäß zumindest teilweise von der Kontaktfläche des Befestigungselements umschlossen ist, wird die Kontaktfläche des Laufrades bei einer radialen Dehnung und der damit einhergehenden Aufweitung des Durchmessers des Laufrades gehalten.For example, a receptacle, in particular a funnel-shaped bearing shell, is provided on the fastening element. A protrusion formed on the impeller, which has a shape corresponding to the funnel-shaped bearing shell, is inserted into the bearing shell in the axial direction, so that the bearing shell encloses at least a part of the protrusion. In this case, the contact surface of the impeller and the contact surface of the fastener touch and ideally lie flush against each other. So there is a fit between the contact surfaces. By means of this fit, the fastener and the impeller are jammed together by centrifugal forces or centrifugal forces occurring during operation. Since the contact surface of the impeller according to the invention is at least partially enclosed by the contact surface of the fastener, the contact surface of the impeller is held at a radial expansion and the associated widening of the diameter of the impeller.

Der Erfindung liegen insbesondere folgende Erkenntnisse zugrunde: Während eines Betriebs der Strömungsmaschine, insbesondere des Abgasturboladers, ist ein solcher Rotor hohen thermischen und/oder mechanischen Belastungen unterworfen. Beispielsweise kann ein bei einer besonders hohen Drehzahl betriebener Rotor durch darauf einwirkende Zentrifugalkräfte wachsen. Dies bedeutet, dass ein Materialgefüge des Rotors in radialer Richtung einer elastischen Verformung unterworfen ist, also nach außen hin gedehnt und Spannungen ausgesetzt wird. Bei gleicher Drehzahl wachsen das Befestigungselement und die Welle weniger bzw. werden das Befestigungselement und die Welle in einem geringeren Maße gedehnt als das Laufrad, da sie geringeren Zentrifugalkräften unterworfen sind bzw. da sie einen geringeren Durchmesser als das Laufrad haben. Da ein Durchmesser eines Durchgangslochs des Laufrades während des Betriebs aufgeweitet wird, sich aber der Durchmesser der Welle nicht in einem gleichen Maße ebenfalls aufgeweitet wird, kann aufgrund der Zentrifugalkräfte eine Relativbewegung zwischen dem auf der Welle sitzenden Laufrad und der Welle entstehen. Durch diese Relativbewegung tritt zwischen dem Laufrad und der Welle eine unerwünschte Gleitreibung auf, welche auf Dauer zu einem erheblichen Schaden des Rotors führt, welcher in ein Versagen des Rotors mündet.The invention is based in particular on the following findings: During operation of the turbomachine, in particular of the exhaust-gas turbocharger, such a rotor is subject to high thermal and / or mechanical stresses. For example, a rotor operated at a particularly high speed may grow by centrifugal forces acting thereon. This means that a material structure of the rotor in the radial direction is subjected to elastic deformation, that is to say it is stretched outwards and exposed to stresses. At the same speed, the fastener and the shaft grow less or the fastener and the shaft are stretched to a lesser extent than the impeller because they are subjected to lower centrifugal forces or because they have a smaller diameter than the impeller. Since a diameter of a through hole of the impeller is widened during operation, but the diameter of the shaft is not expanded to an equal extent, due to the centrifugal forces, a relative movement between the impeller seated on the shaft and the shaft can arise. By this relative movement occurs between the impeller and the shaft undesirable sliding friction, which permanently leads to significant damage to the rotor, which leads to failure of the rotor.

Untersuchungen haben ferner gezeigt, dass mit einer Dehnung in radialer Richtung des Laufrades eine axiale Stauchung des Laufrades einhergehen kann, d. h. ein Maß des Laufrades in axialer Richtung ist während des Betriebs geringer als während eines Stillstands des Rotors. Einem Entfernen der im Stillstand bzw. bei niedriger Drehzahl aneinander anliegenden Kontaktflächen wird üblicherweise durch ein Vorspannen mittels des Befestigungselements der Welle in axialer Richtung entgegengewirkt. Verringert sich also während des Betriebs das Maß des Laufrades in axialer Richtung, kann sich die vorgespannte Welle zusammenziehen und die axiale Stauchung des Laufrades so ausgleichen, dass die Kontaktflächen während des Betriebs weiter aneinander anliegen.Investigations have further shown that with an expansion in the radial direction of the impeller an axial compression of the impeller can go hand in hand, ie a measure of the impeller in the axial direction during operation is less than during a standstill of the rotor. Removal of the abutting at a standstill or at low speed contact surfaces is usually counteracted by biasing means of the fastener of the shaft in the axial direction. Reduces so during operation, the dimension of the impeller in the axial direction, the biased shaft can contract and compensate for the axial compression of the impeller so that the Contact surfaces continue to rest during operation.

Unter anderem der zuvor genannte Grund führt dazu, dass eine gewünschte, besonders lange Lebensdauer des Rotors, insbesondere eine Dauerstandfestigkeit des Rotors, nicht erreicht wird. Das heißt, ein herkömmlicher Rotor hat lediglich eine Zeitstandfestigkeit bezogen auf eine vorgegebene Laufradtemperatur.Among other things, the aforementioned reason leads to a desired, particularly long life of the rotor, in particular a creep rupture strength of the rotor, is not achieved. That is, a conventional rotor has only a creep rupture strength with respect to a given impeller temperature.

Dadurch dass zumindest ein Teilbereich des Laufrades in radialer Richtung nach außen von zumindest einem Teilbereich der Kontaktfläche des Befestigungselements überdeckt ist, kann in das Laufrad eine radiale Druckspannung induziert werden, welche den betriebsbelastenden Zentrifugalkräften genau entgegenwirkt. Es können also durch die geometrischen Ausführungen nach Anspruch 1 die Belastung und auftretende Spannungen für das in Betrieb befindliche Laufrad verringert werden, sodass eine, z. B. in einem Lastenheft geforderte Lebensdauer des Rotors erreicht wird. Insbesondere nimmt eine Zeitstandfestigkeit des Rotors, insbesondere des wenigstens einen Laufrades, bei einer vorgegebenen Laufradtemperatur einen besonders hohen Wert an. Idealerweise strebt der Wert gegen unendlich, d. h. der Rotor hat bei der vorgegebenen Laufradtemperatur eine Dauerstandfestigkeit.Because at least one subregion of the impeller is covered in the radial outward direction by at least one subregion of the contact surface of the fastening element, a radial compressive stress can be induced in the impeller, which exactly counteracts the operating-loading centrifugal forces. It can therefore by the geometric embodiments according to claim 1 the load and voltages occurring for the operating impeller are reduced, so that one, z. B. in a specification booklet required life of the rotor is achieved. In particular, a creep rupture strength of the rotor, in particular of the at least one impeller, assumes a particularly high value at a given impeller temperature. Ideally, the value tends towards infinity, ie the rotor has a creep rupture strength at the given impeller temperature.

In einer weiteren Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Kontaktflächen schräg zur axialen Richtung verlaufen. Beispielsweise hat die jeweilige Kontaktfläche des Laufrades einen ersten radialen Durchmesser und einen zweiten radialen Durchmesser, welche jeweils senkrecht zu der axialen Richtung, also in radialer Richtung liegen, wobei der erste radiale Durchmesser, der nahe am Laufrad ist, größer ist als der zweite radiale Durchmesser, der entfernt vom Laufrad ist. Das hat den Vorteil, dass, im Falle der radialen Dehnung des Laufrades, die beiden schräg zueinander verlaufenden Kontaktflächen miteinander in Berührung stehen, sodass das Laufrad auf der Welle radial zentriert, axial gehalten und sich das Laufrad und die Welle miteinander verspannen, wodurch das Laufrad drehfest mit der Welle verbunden bleibt. Hierdurch kann eine radiale Druckspannung besonders gut in das Laufrad induziert werden, welche den betriebsbelastenden Zentrifugalkräften genau entgegenwirkt.In a further embodiment, it has proved to be advantageous that the contact surfaces extend obliquely to the axial direction. For example, the respective contact surface of the impeller has a first radial diameter and a second radial diameter, which are each perpendicular to the axial direction, ie in the radial direction, wherein the first radial diameter, which is close to the impeller, is greater than the second radial diameter which is away from the wheel. This has the advantage that, in the case of radial expansion of the impeller, the two obliquely extending contact surfaces are in contact with each other, so that the impeller radially centered on the shaft, axially held and the impeller and the shaft clamp together, whereby the impeller rotatably connected to the shaft remains connected. In this way, a radial compressive stress can be particularly well induced in the impeller, which counteracts the operating centrifugal forces exactly.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es von Vorteil, dass die Kontaktflächen jeweils konusförmig ausgebildet sind. Das bedeutet, dass, in einer Schnittebene, in der eine Längsmittenachse der Welle liegt, jeweilige von den Kontaktflächen und der Schnittebene gebildete Schnittgeraden mit der Längsmittenachse jeweils einen Winkel bilden, der größer 0° und kleiner 90° ist. Das hat den Vorteil, dass, im Falle der radialen Dehnung des Laufrades, die beiden konus- bzw. kegelartig verlaufenden Kontaktflächen weiterhin miteinander in Berührung stehen, sodass das Laufrad auf der Welle radial zentriert, axial gehalten und drehfest mit der Welle verbunden bleibt. Des Weiteren ist ein konusartiger Verlauf der Kontaktflächen in einer Fertigung des Laufrades und des Befestigungselements besonders einfach zu realisieren.In a further advantageous embodiment of the present invention, it is advantageous that the contact surfaces are each cone-shaped. This means that, in a sectional plane in which a longitudinal center axis of the shaft is located, respective cutting lines formed by the contact surfaces and the cutting plane form an angle with the longitudinal center axis that is greater than 0 ° and less than 90 °. This has the advantage that, in the case of radial expansion of the impeller, the two conical or conical contact surfaces continue to be in contact, so that the impeller radially centered on the shaft, axially held and rotatably connected to the shaft remains. Furthermore, a conical course of the contact surfaces in a production of the impeller and the fastener is particularly easy to implement.

Ferner ist es von Vorteil, dass das Laufrad mit dem Befestigungselement in axialer Richtung verspannt ist. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche des Befestigungselements mit der Kontaktfläche des Laufrades untereinander derart in Berührung stehen, dass zwischen dem Laufrad und dem Befestigungselement eine reibschlüssige Verbindung hergestellt ist, sodass eine Rotationsbewegung des Laufrades bezogen auf das Befestigungselement verhindert ist.Furthermore, it is advantageous that the impeller is braced with the fastening element in the axial direction. This means that the contact surface of the fastener with the contact surface of the impeller are in contact with each other such that between the impeller and the fastener a frictional connection is made, so that a rotational movement of the impeller is prevented relative to the fastener.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Befestigungselement auf einer ersten Seite des Laufrades angeordnet ist, wobei der Rotor ein auf einer der ersten Seite in axialer Richtung abgewandten zweiten Seite des Laufrades auf der Welle angeordnetes, über jeweilige weitere, sich berührende Kontaktflächen an dem Laufrad abgestütztes zweites Befestigungselement zum axialen Festlegen des Laufrades auf der Welle umfasst, und wobei zumindest ein Teilbereich der weiteren Kontaktfläche des Laufrades in radialer Richtung nach außen von zumindest einem Teilbereich der weiteren Kontaktfläche des zweiten Befestigungselements überdeckt ist.A further embodiment of the present invention provides that the fastening element is arranged on a first side of the impeller, wherein the rotor arranged on one of the first side in the axial direction facing away from the second side of the impeller on the shaft, via respective further, contacting contact surfaces supported on the impeller second fastening element for axially fixing the impeller on the shaft, and wherein at least a portion of the further contact surface of the impeller is covered in the radial outward direction of at least a portion of the further contact surface of the second fastening element.

Mit anderen Worten ist das Befestigungselement auf einer ersten Seite des Laufrades angeordnet, wobei der Rotor ein zweites Befestigungselement aufweist, welches auf einer zweiten Seite des Laufrades auf der Welle angeordnet ist. Die zweite Seite des Laufrades ist der ersten Seite in axialer Richtung abgewandt ist und liegt ihr gegenüber. Ferner umfassen die zweite Seite des Laufrades und das zweite Befestigungselement jeweils eine Kontaktfläche. Über diese sich berührenden Kontaktflächen stützt sich das zweite Befestigungselement an dem Laufrad ab, um das Laufrad axial auf der Welle festzulegen.In other words, the fastening element is arranged on a first side of the impeller, wherein the rotor has a second fastening element, which is arranged on a second side of the impeller on the shaft. The second side of the impeller is the first side facing away in the axial direction and is opposite her. Furthermore, the second side of the impeller and the second fastening element each comprise a contact surface. About this touching contact surfaces, the second fastener is supported on the impeller to set the impeller axially on the shaft.

Mit wieder anderen Worten weist das zweite Befestigungselement z. B. einen Aufnahmebereich, insbesondere eine trichterförmige Lagerschale auf. An dem Laufrad ist eine Hervorstehung ausgebildet, die eine zu der trichterförmigen Lagerschale korrespondierende Form hat. Die Hervorstehung ist in die Lagerschale in axialer Richtung eingeführt, sodass die Lagerschale zumindest einen Teil der Hervorstehung umschließt. Dabei berühren sich die Kontaktfläche des Laufrades und die Kontaktfläche des zweiten Befestigungselements und liegen idealerweise bündig aneinander an. Dabei sind das zweite Befestigungselement und das Laufrad durch bei einem Betrieb auftretende Fliehkräfte bzw. Zentrifugalkräfte miteinander verklemmt, wodurch eine Relativbewegung des Laufrades auf der Welle verhindert wird.In yet other words, the second fastener z. B. a receiving area, in particular a funnel-shaped bearing shell. On the impeller protrusion is formed, which has a shape corresponding to the funnel-shaped bearing shell. The protrusion is introduced into the bearing shell in the axial direction, so that the bearing shell encloses at least a portion of the protrusion. In this case, the contact surface of the impeller and the contact surface of the second fastener touch and ideally lie flush against each other. Here are the second Fastener and the impeller jammed together by centrifugal forces or centrifugal forces occurring during operation, whereby a relative movement of the impeller is prevented on the shaft.

Vorteilhafterweise ist das erste Befestigungselement eine Anlaufscheibe, welche auf die Welle aufgesteckt ist. Die Anlaufscheibe weist ein gewindeloses Durchgangsloch auf, durch welches die Welle hindurchgeführt werden kann, und das eingerichtet ist, einen Teil der Welle aufzunehmen und zu umschließen. Die Anlaufscheibe sitzt fest auf der Welle, sodass eine Wellenoberfläche und ein Fläche des Durchgangsloches miteinander in Kontakt stehen und idealerweise einen reibschlüssigen Kontakt herstellen, wodurch die Anlaufscheibe drehfest auf der Welle angeordnet ist. Ferner weist die Anlaufscheibe mindestens eine Nut auf, in die jeweils ein an einem Laufradgehäuse fest verspannter Kolbendichtring eingreift, wodurch eine sogenannte Labyrinthdichtung gebildet wird. Durch einen Einsatz der Anlaufscheibe als Befestigungselement wird einerseits das Laufrad auf der Welle axial festgelegt, und andererseits wird das Laufradgehäuse durch die Labyrinthdichtung abgedichtet, sodass ein Gas, das das Laufrad umströmt nicht unerwünschter Weise aus dem Laufradgehäuse austreten kann.Advantageously, the first fastening element is a thrust washer, which is attached to the shaft. The thrust washer has a non-threaded through-hole through which the shaft can pass, and which is adapted to receive and enclose a portion of the shaft. The thrust washer is seated firmly on the shaft so that a shaft surface and a surface of the through hole are in contact with each other and ideally make a frictional contact, whereby the thrust washer is rotatably mounted on the shaft. Furthermore, the thrust washer has at least one groove, in each of which engages a firmly clamped piston ring on an impeller housing, whereby a so-called labyrinth seal is formed. By using the thrust washer as a fastener on the one hand, the impeller is axially fixed on the shaft, and on the other hand, the impeller housing is sealed by the labyrinth seal, so that a gas flowing around the impeller can not escape undesirably from the impeller housing.

Als vorteilhaft hat es sich weiter erwiesen, dass das zweite Befestigungselement als eine auf die Welle aufgeschraubte Mutter ausgebildet ist, mittels welcher unter axialem Verspannen des Laufrades mit der Mutter das Laufrad gegen das erste Befestigungselement in axialer Richtung gespannt ist. Das bedeutet, dass die Welle an einem freien Ende mit einem Außengewinde versehen ist, und die Mutter, welche als Laufradmutter bezeichnet werden kann, ein zu dem Außengewinde passendes Innengewinde aufweist. Die Laufradmutter kann so auf die Welle aufgeschraubt werden, dass das Laufrad auf der Welle gehalten wird. Nach einem vollständigen Aufschrauben der Mutter auf die Welle berühren sich die Kontaktfläche der Laufradmutter und die Kontaktfläche des Laufrades und stellen einen reibschlüssigen Kontakt her, sodass die Laufradmutter eine Rotationsbewegung des Laufrades verhindert, wodurch eine Rotationsbewegung des Laufrades bezogen auf die Welle verhindert ist. Des Weiteren verhindert die Laufradmutter durch das Verspannen mit dem Laufrad, dass das Laufrad in axialer Richtung gegenüber der Welle lose bzw. verschiebbar ist.It has also proven to be advantageous that the second fastening element is designed as a nut screwed onto the shaft, by means of which the impeller is tensioned against the first fastening element in the axial direction with axial clamping of the impeller with the nut. This means that the shaft is provided with a male thread at a free end, and the nut, which may be referred to as an impeller nut, has an internal thread matching the male thread. The impeller nut can be screwed onto the shaft so that the impeller is held on the shaft. After a complete screwing of the nut on the shaft, the contact surface of the impeller nut and the contact surface of the impeller touch and make a frictional contact ago, so that the impeller nut prevents rotation of the impeller, whereby a rotational movement of the impeller is prevented relative to the shaft. Furthermore, the impeller nut prevented by the bracing with the impeller that the impeller in the axial direction relative to the shaft is loose or displaceable.

Des Weiteren kann das Laufrad als ein Verdichterrad zum Verdichten von Luft ausgebildet sein. Ein solches rotierendes Verdichterrad wird von der Luft umströmt und verdichtet diese durch eine Rotation des Verdichterrades. Hierfür umfasst das Verdichterrad eine Mehrzahl an Schaufeln, die entlang eines Umfanges angeordnet sind. Eine Geometrie jener Schaufeln führt während des Betriebs der Strömungsmaschine dazu, dass Luft verdichtet wird und an einen Verdichterausgang geführt wird. Das Verdichterrad kann, z. B. im Falle des Abgasturboladers, über eine auf einer gemeinsamen Welle sitzenden und vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Turbinenrad angetrieben sein, oder, anstatt des Turbinenrades, kann die Welle von einem Elektromotor angetrieben sein.Furthermore, the impeller may be configured as a compressor wheel for compressing air. Such a rotating compressor wheel is flowed around by the air and compresses it by a rotation of the compressor wheel. For this purpose, the compressor wheel comprises a plurality of blades, which are arranged along a circumference. A geometry of those blades during operation of the turbomachine causes air to be compressed and fed to a compressor outlet. The compressor can, for. Example, in the case of the exhaust gas turbocharger, via a seated on a common shaft and driven by the exhaust gas of the internal combustion engine turbine wheel, or, instead of the turbine wheel, the shaft may be driven by an electric motor.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Rotor, welcher wenigstens eine Welle, wenigstens ein auf der Welle angeordnetes und drehfest mit der Welle verbundenes Laufrad, und wenigstens ein über jeweilige, sich berührende Kontaktflächen an dem Laufrad abgestütztes Befestigungselement zum axialen Festlegen des Laufrades auf der Welle aufweist, wobei zumindest ein Teilbereich der Kontaktfläche des Laufrades in radialer Richtung nach außen von zumindest einem Teilbereich der Kontaktfläche des Befestigungselements überdeckt ist.In addition, the invention relates to a turbomachine for a motor vehicle, comprising at least one rotor, which at least one shaft, at least one arranged on the shaft and rotatably connected to the shaft impeller, and at least one via respective, contacting contact surfaces on the impeller supported fastener to the axial Determining the impeller on the shaft has, wherein at least a portion of the contact surface of the impeller is covered in the radial direction to the outside of at least a portion of the contact surface of the fastener.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur 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 a preferred embodiment 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 figure description and / or shown alone in the figure can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigt die einzige Figur in einer Querschnittsdarstellung einen Teil eines Rotors einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.The single figure in a cross-sectional representation shows a part of a rotor of a turbomachine, in particular of a motor vehicle.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

In der Figur ist in einer Querschnittsdarstellung ein Teil 10 eines Rotors 12 der Strömungsmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, abgebildet.In the figure, in a cross-sectional view is a part 10 a rotor 12 the turbomachine, in particular a motor vehicle, shown.

Das Kraftfahrzeug kann von einer Verbrennungskraftmaschine antreibbar sein, welche wenigstens einen Brennraum aufweist, welcher beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist. Während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine werden dem Brennraum Luft und Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Dadurch bildet sich im Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches verbrannt wird. Daraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst weiter einen Ansaugtrakt, der von der Luft durchströmbar ist bzw. durchströmt wird. Durch den Ansaugtrakt wird die Luft zu dem und insbesondere in den Brennraum geführt. Die Verbrennungskraftmaschine weist außerdem einen von Abgas durchströmbaren Abgastrakt auf, durch welchen das Abgas aus dem Brennraum abgeführt wird.The motor vehicle can be driven by an internal combustion engine, which has at least one combustion chamber, which is designed, for example, as a cylinder. During a fired operation of the internal combustion engine, air and fuel are supplied to the combustion chamber for operating the internal combustion engine. As a result, a fuel-air mixture is formed in the combustion chamber, which is burned. This results in exhaust gas of the internal combustion engine. The Internal combustion engine further comprises an intake tract, which is traversed by the air or is flowed through. Through the intake tract, the air is guided to the and in particular into the combustion chamber. The internal combustion engine also has an exhaust tract through which exhaust gas can flow, through which the exhaust gas is discharged from the combustion chamber.

Ferner kann die Verbrennungskraftmaschine die Strömungsmaschine aufweisen, welche eine besonders dichte Füllung des Brennraums der Verbrennungskraftmaschine mit Luft gewährleistet. Die Strömungsmaschine kann z. B. als Abgasturbolader ausgebildet sein, welcher einen in dem Ansaugtrakt angeordneten Verdichter und eine in dem Abgastrakt angeordnete Turbine aufweist. Die Turbine wird durch das Abgas der Verbrennungskraftmaschine angetrieben und treibt ihrerseits den Verdichter an, welcher die Luft ansaugt, verdichtet und dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuführt. Alternativ kann die Strömungsmaschine z. B. als elektrisch antreibbarer Verdichter ausgebildet sein, dessen in dem Ansaugtrakt angeordneter Verdichter von einem Elektromotor angetrieben wird.Furthermore, the internal combustion engine may have the turbomachine, which ensures a particularly dense filling of the combustion chamber of the internal combustion engine with air. The turbomachine can z. B. may be formed as an exhaust gas turbocharger having a compressor arranged in the intake and a turbine disposed in the exhaust tract turbine. The turbine is driven by the exhaust gas of the internal combustion engine and in turn drives the compressor, which sucks the air, compressed and fed to the combustion chamber of the internal combustion engine. Alternatively, the turbomachine z. B. be designed as an electrically drivable compressor whose arranged in the intake compressor is driven by an electric motor.

In der Strömungsmaschine befindet sich der in der Figur teilweise gezeigte Rotor 12, der eine Welle 14 mit wenigstens einem Laufrad 16 und wenigstens einem Befestigungselement 18 aufweist.In the turbomachine is the rotor partially shown in the figure 12 that a wave 14 with at least one impeller 16 and at least one fastener 18 having.

Die Welle 14 ist ein rotationssymmetrisch um eine Längsmittenachse 1 ausgebildetes rotierbares Element, wobei die Längsmittenachse 1 entlang einer Längserstreckung der Welle 14 verläuft. Ausgehend von der Längsmittenachse 1 verläuft in radialer Richtung ein Wellenradius, welcher einen Abstand einer Wellenoberfläche 22 von der Längsmittenachse 1 definiert.The wave 14 is a rotationally symmetric about a longitudinal center axis 1 formed rotatable element, wherein the longitudinal center axis 1 along a longitudinal extent of the shaft 14 runs. Starting from the longitudinal center axis 1 extends in the radial direction of a wave radius, which is a distance from a shaft surface 22 from the longitudinal center axis 1 Are defined.

Auf der Wellenoberfläche 22 ist das wenigstens eine Laufrad 16, mit einem Laufraddurchmesser und einer Laufradlänge angeordnet, durch welches hindurch ein rotationssymmetrisches, axiales Durchgangsloch gebildet ist. Das Durchgangsloch hat einen Durchmesser hat und weist eine Oberfläche 24 auf, die in montiertem Zustand die Wellenoberfläche 22 berührt. Bevorzugt herrscht zwischen der Oberfläche 24 des Laufrades 16 und der Wellenoberfläche 22 eine reibschlüssige Verbindung, sodass eine Rotation des Laufrades 16 relativ zur Welle 14 verhindert wird. Zumindest auf einer Seite des Laufrades 16 weist das Laufrad 16 eine Kontaktfläche 26 auf.On the wave surface 22 this is at least an impeller 16 , arranged with an impeller diameter and an impeller length, through which a rotationally symmetrical, axial through hole is formed. The through hole has a diameter and has a surface 24 on, in the assembled state, the shaft surface 22 touched. Preferably prevails between the surface 24 of the impeller 16 and the wave surface 22 a frictional connection, causing a rotation of the impeller 16 relative to the wave 14 is prevented. At least on one side of the wheel 16 shows the impeller 16 a contact surface 26 on.

Weiter weist der Rotor 12 auf der einen Seite des Laufrades das Befestigungselement 18 auf, durch welches ein weiteres rotationssymmetrisches, axiales Durchgangsloch verläuft. Das weitere Durchgangsloch weist eine Oberfläche 28 auf, die in montiertem Zustand die Wellenoberfläche 22 berührt, sodass eine Rotation des Befestigungselements 18 relativ zur Welle 14 verhindert wird, z. B. mittels einer reibschlüssigen Verbindung. Weiter weist das Befestigungselement 18 eine Kontaktfläche 30 auf, die der Kontaktfläche 26 des Laufrades zugewandt ist und diese in montiertem Zustand berührt, sodass das Befestigungselement 18 eine axiale Bewegung des Laufrades verhindert.Next points the rotor 12 on one side of the impeller the fastener 18 through which passes another rotationally symmetrical, axial through hole. The further through hole has a surface 28 on, in the assembled state, the shaft surface 22 touched, causing a rotation of the fastener 18 relative to the wave 14 is prevented, for. B. by means of a frictional connection. Next, the fastener 18 a contact surface 30 on, the contact surface 26 the impeller faces and this touches in the assembled state, so that the fastener 18 prevents axial movement of the impeller.

Bei bestimmten Betriebszuständen der Strömungsmaschine, z. B. bei einer hohen bis hin zu einer überhöhten Drehzahl des Laufrades 16, ist der Rotor 12 besonders hohen thermischen und/oder mechanischen Belastungen ausgesetzt, welche z. B. zu einem von Zentrifugalkräften verursachten, reversiblen sogenannten Wachsen des Rotors 12 führen können, wodurch ein Materialgefüge im Betrieb der Strömungsmaschine einer radial gerichteten, elastischen Verformung unterworfen wird. Hierdurch entstehen insbesondere in dem Material des Laufrades 16 hohe und ungünstig verlaufende Spannungen, die sich nachteilig auf die Lebensdauer des Laufrades 16 auswirken.In certain operating conditions of the turbomachine, z. B. at a high up to an excessive speed of the impeller 16 , is the rotor 12 exposed to particularly high thermal and / or mechanical stresses, which z. B. to a centrifugal forces caused, reversible so-called waxing of the rotor 12 can lead, whereby a material structure in the operation of the turbomachine is subjected to a radially directed, elastic deformation. This results in particular in the material of the impeller 16 high and unfavorable stresses that adversely affect the life of the impeller 16 impact.

Da das Befestigungselement 18 und die Welle 14 im Vergleich zu dem Laufrad 16 einen besonders geringen Durchmesser haben, greifen an der Welle 14 und dem Befestigungselement 22 geringere Zentrifugalkräfte als an dem Laufrad 16 an, wodurch die Welle 14 und das Befestigungselement 18 im Vergleich zu dem Laufrad 16 in einem geringeren Maße wachsen bzw. gedehnt werden. Es wird der also Durchmesser des Durchgangsloches des Laufrades 16 während des Betriebs aufgeweitet, während der Durchmesser der Welle 14 nicht in gleichem Maße aufgeweitet wird, weshalb aufgrund der Zentrifugalkräfte eine Relativbewegung zwischen dem auf der Welle 14 sitzenden Laufrad 16 und der Welle 14 entstehen.As the fastener 18 and the wave 14 compared to the impeller 16 have a particularly small diameter, engage the shaft 14 and the fastener 22 lower centrifugal forces than at the impeller 16 on, causing the wave 14 and the fastener 18 compared to the impeller 16 grow or stretch to a lesser extent. It will be the diameter of the through hole of the impeller 16 widened during operation while the diameter of the shaft 14 is not widened to the same extent, which is why due to the centrifugal forces, a relative movement between the on the shaft 14 seated impeller 16 and the wave 14 arise.

Die an dem Laufrad 16 angreifenden Zentrifugalkräfte bewirken also schließlich, dass das Laufrad 16 relativ zu der Welle 14 rotieren kann. Hierdurch kann zwischen dem Laufrad 16 und der Welle 14 eine ungewollte Gleitreibung auftreten, wodurch sich die Leistung des Laufrades 16 verringern kann. Des Weiteren kann die ungewollte Gleitreibung zu Schäden an der Welle 14, dem Laufrad 16 und/oder dem Befestigungselement 18 kommen, was sich nachteilig auf die Lebensdauer des Rotors auswirkt.The on the impeller 16 Thus, centrifugal forces finally cause the impeller 16 relative to the wave 14 can rotate. This allows between the impeller 16 and the wave 14 an unwanted sliding friction occur, which increases the performance of the impeller 16 can reduce. Furthermore, the unwanted sliding friction can damage the shaft 14 , the impeller 16 and / or the fastener 18 come, which adversely affects the life of the rotor.

Bei einem Herunterfahren des Rotors 12 der Strömungsmaschine - also bei sinkender Drehzahl - verringern sich die an dem Rotor 12 angreifenden Zentrifugalkräfte, sodass sich das Material elastisch wieder zusammenzieht, wodurch die ungewollte Gleitreibung nicht mehr auftritt und die im Material des Laufrades ungünstig verlaufenden Spannungen abgebaut werden.At a shutdown of the rotor 12 the turbomachine - so with decreasing speed - reduce the on the rotor 12 attacking centrifugal forces, so that the material contracts elastically again, whereby the unwanted sliding friction no longer occurs and the unfavorable in the material of the impeller running stresses are reduced.

Um nun eine besonders lange Lebensdauer des Rotors 12 zu erreichen, ist die Kontaktfläche 26 des Laufrades 16 derart ausgeformt, dass sie eine Hervorstehung 32 bildet, welche einen dem Laufrad 16 nahen radialen Durchmesser und einen dem Laufrad 16 in axialer Richtung entfernten radialen Durchmesser aufweist, welcher kleiner ist als der dem Laufrad 16 nahen radiale Durchmesser. Weiter ist die Kontaktfläche 30 des Befestigungselements 18 derart ausgeformt, dass sie eine Aufnahme, z. B. eine trichterförmige Lagerschale ausbildet, die eine der Hervorstehung 32 entsprechende Form hat, sodass die Hervorstehung 32 in die Lagerschale eingeführt werden kann. Dadurch stehen die Kontaktfläche 26 und die Kontaktfläche 30 miteinander in Berührung und haben idealerweise eine reibschlüssige Verbindung. Hierdurch ist zumindest ein Teilbereich der Kontaktfläche 26 des Laufrades 16 in radialer Richtung nach außen von zumindest einem Teilbereich der Kontaktfläche 30 des Befestigungselements 18 überdeckt, sodass dem Wachsen des Laufrades 16 zumindest in dem überdeckten Bereich des Laufrades 16 entgegengewirkt wird. Anders ausgedrückt ergibt sich ein günstigerer Verlauf der Spannungen im Material des Laufrades 16 im Vergleich zu einem herkömmlichen Rotor, da durch das das Laufrad 16 teilweise überdeckende Befestigungselement 18 in das Laufrad 16 eine radiale Druckspannung induziert wird, welche den betriebsbelastenden Zentrifugalkräften genau entgegenwirkt. So wird eine besonders lange Lebensdauer des Rotors 12 erreicht, d. h. eine Zeitstandfestigkeit des Rotors 12 wird erhöht und idealerweise erhält der Rotor 12 eine Dauerstandfestigkeit. To have a particularly long life of the rotor 12 to reach is the contact surface 26 of the impeller 16 formed so that it is an emergence 32 forms, which one the impeller 16 near radial diameter and one impeller 16 in the axial direction remote radial diameter which is smaller than that of the impeller 16 near radial diameter. Next is the contact surface 30 of the fastener 18 formed such that it has a receptacle, for. B. forms a funnel-shaped bearing shell, which is one of the Hervorstehung 32 appropriate shape, so that the emergence 32 can be introduced into the bearing shell. This is the contact surface 26 and the contact area 30 in contact with each other and ideally have a frictional connection. As a result, at least a portion of the contact surface 26 of the impeller 16 in the radial outward direction of at least a portion of the contact surface 30 of the fastener 18 covered, so that the growth of the impeller 16 at least in the covered area of the impeller 16 counteracted. In other words, a more favorable course of the stresses in the material of the impeller results 16 compared to a conventional rotor, because of that the impeller 16 partially overlapping fastener 18 in the wheel 16 a radial compressive stress is induced, which counteracts the operating centrifugal forces exactly. This is how a particularly long life of the rotor 12 achieved, ie a creep rupture strength of the rotor 12 is increased and ideally receives the rotor 12 a creep resistance.

Ferner ist in der Figur erkennbar, dass die in der Querschnittdarstellung dargestellten, von der Schnittebene und der Kontaktfläche 26 und 30 gebildeten Schnittgeraden schräg zu der Längsmittenachse 1 der Welle 14 verlaufen, was bedeutet, dass die Kontaktflächen im Allgemeinen schräg zu der Welle 14 verlaufen. Dies führt dazu, dass die Kontaktfläche 26 des Laufrades 16 während des Betriebs bei einer hohen Drehzahl, insbesondere bei einer Maximaldrehzahl an der Kontaktfläche 30 des Befestigungselements 18 anliegt. Mit anderen Worten sind die Kontaktfläche 26 und die Kontaktfläche 30 durch die Zentrifugalkräfte miteinander verklemmt, wodurch das Laufrad 16 an einer bestimmungsgemäßen axialen Position und zentriert um die Längsmittenachse 1 gehalten wird.Furthermore, it can be seen in the figure that the sectional plane shown in the cross-sectional representation, and the contact surface 26 and 30 formed cutting line obliquely to the longitudinal center axis 1 the wave 14 run, which means that the contact surfaces generally oblique to the shaft 14 run. This causes the contact surface 26 of the impeller 16 during operation at a high speed, in particular at a maximum speed at the contact surface 30 of the fastener 18 is applied. In other words, the contact surface 26 and the contact area 30 jammed together by the centrifugal forces, causing the impeller 16 at an intended axial position and centered about the longitudinal center axis 1 is held.

Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Hervorstehung 32 des Laufrades 16 und die Lagerschale des Befestigungselements 18 mit der jeweils zugehörigen Kontaktfläche 26 und 30 eine konusförmige Form aufweisen. Hierdurch kann das Laufrad 16 zentrisch in die Lagerschale aufgenommen und, bezogen auf die Längsmittenachse 1, zentriert werden.Furthermore, it has been found to be advantageous that the emergence 32 of the impeller 16 and the bearing shell of the fastener 18 with the respective associated contact surface 26 and 30 have a cone-shaped shape. This allows the impeller 16 centrally received in the bearing shell and, based on the longitudinal center axis 1 to be centered.

Außerdem kann das Laufrad 16 mit dem Befestigungselement 18 in axialer Richtung verspannt sein, d. h. eine axiale Bewegung des Laufrades 16 relativ zur Welle 14 wird verhindert.In addition, the impeller can 16 with the fastener 18 be braced in the axial direction, ie an axial movement of the impeller 16 relative to the wave 14 will be prevented.

In der Figur ist ferner zu erkennen, dass der Rotor 12 ein zweites Befestigungselement 34 aufweist, welches auf einer zweiten Seite des Laufrades 16 auf der Welle 14 angeordnet ist. Die zweite Seite des Laufrades 16 ist der ersten Seite in axialer Richtung abgewandt ist und liegt ihr gegenüber. Ferner umfasst die zweite Seite des Laufrades 16 eine Kontaktfläche 38 und das zweite Befestigungselement 34 eine Kontaktfläche 36. Kontaktfläche 36 und Kontaktfläche 38 stehen miteinander in Berührung, wodurch sich das zweite Befestigungselement 34 an dem Laufrad 16 abstützt, um das Laufrad 16 axial auf der Welle 14 festzulegen. Hierbei wird zumindest ein Teilbereich der weiteren Kontaktfläche 38 des Laufrades 16 in radialer Richtung nach außen von zumindest einem Teilbereich der weiteren Kontaktfläche 38 des zweiten Befestigungselements 34 überdeckt. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche 38 des Laufrades 16 derart ausgeformt ist, dass sie eine Hervorstehung 39 bildet, welche einen dem Laufrad 16 nahen radialen Durchmesser und einen dem Laufrad 16 in axialer Richtung entfernten radialen Durchmesser aufweist, welcher kleiner ist als der dem Laufrad 16 nahen radiale Durchmesser. Weiter ist die Kontaktfläche 36 des Befestigungselements 34 derart ausgeformt, dass sie eine Aufnahme, z. B. eine trichterförmige Lagerschale, ausbildet, der eine der Hervorstehung 39 entsprechende Form hat, sodass die Hervorstehung 39 in die Lagerschale eingeführt werden kann, damit die Kontaktfläche 38 und die Kontaktfläche 36 miteinander in Berührung stehen und idealerweise eine reibschlüssige Verbindung haben. Dies bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie bei einer Konfiguration der Kontaktfläche 26 des Laufrades 16 und der Kontaktfläche 30 des ersten Befestigungselements 18.It can also be seen in the figure that the rotor 12 a second fastening element 34 which is on a second side of the impeller 16 on the wave 14 is arranged. The second side of the wheel 16 is the first side facing away in the axial direction and is opposite her. Furthermore, the second side of the impeller includes 16 a contact surface 38 and the second fastening element 34 a contact surface 36 , contact area 36 and contact area 38 are in contact with each other, resulting in the second fastener 34 on the impeller 16 supports the impeller 16 axially on the shaft 14 set. In this case, at least a portion of the further contact surface 38 of the impeller 16 in the radial direction to the outside of at least a portion of the further contact surface 38 of the second fastening element 34 covered. That means the contact surface 38 of the impeller 16 is shaped so that it is an emergence 39 forms, which one the impeller 16 near radial diameter and one impeller 16 in the axial direction remote radial diameter which is smaller than that of the impeller 16 near radial diameter. Next is the contact surface 36 of the fastener 34 formed such that it has a receptacle, for. B. a funnel-shaped bearing shell, forming, one of the Hervorstehung 39 appropriate shape, so that the emergence 39 can be inserted into the bearing shell, so that the contact surface 38 and the contact area 36 in contact with each other and ideally have a frictional connection. This has the same advantages as a contact surface configuration 26 of the impeller 16 and the contact surface 30 of the first fastener 18 ,

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das erste Befestigungselement 18 als eine Anlaufscheibe ausgebildet sein, welche alternativ als Dichtungsbuchse bezeichnet werden kann und auf die Welle aufgesteckt ist. Die Anlaufscheibe umfasst ein rotationssymmetrisches, axiales, gewindeloses Durchgangsloch mit einer Oberfläche 28, die in montiertem Zustand die Wellenoberfläche 22 berührt, wobei die Oberfläche 28 glatt ist, sodass bei einer Montage die Welle 14 durch das Durchgangsloch hindurch geführt werden kann. Die Anlaufscheibe selbst ist gegen einen nicht gezeigte Wellenschulter abgestützt und weist mehrere entlang einem Umfang der Anlaufscheibe verlaufende Nuten 42 auf, in welche eine Mehrzahl von fest mit dem Laufradgehäuse 40 verspannte Kolbendichtringe 44 eingreifen, um eine sogenannte Labyrinthdichtung zu realisieren, welche ein unerwünschtes Austreten von einem Gas, das das Laufrad 16 umströmt, aus dem Laufradgehäuse 40 bestmöglich unterbindet.In a further advantageous embodiment, the first fastening element 18 be designed as a thrust washer, which may alternatively be referred to as a sealing bushing and is attached to the shaft. The thrust washer comprises a rotationally symmetrical, axial, unthreaded through hole with a surface 28 in the assembled state, the shaft surface 22 touches the surface 28 is smooth, so during assembly the shaft 14 can be passed through the through hole. The thrust washer itself is supported against a shaft shoulder, not shown, and has a plurality of grooves extending along a circumference of the thrust washer 42 in which a plurality of fixed to the impeller housing 40 Tense piston seals 44 engage to realize a so-called labyrinth seal, which is an undesirable escape of a gas, the the impeller 16 flows around, out of the impeller housing 40 best possible prevented.

Wie in der Figur gezeigt, kann das zweite Befestigungselement 34 als eine auf die Welle aufgeschraubte Mutter ausgebildet sein, welche auch als Laufradmutter bezeichnet wird. Ferner ist die Laufradmutter mit einem Innengewinde 46 versehen. Die Welle 14 weist ein zu dem Innengewinde 46 der Mutter passendes Außengewinde 48 auf, das an dem freien Ende 20 der Welle 14 ausgeformt ist. Um das Laufrad 16 in axialer Richtung gegen das erste Befestigungselement 18 bzw. die Anlaufscheibe zu spannen, wird die Mutter mit dem Innengewinde 46 auf das Außengewinde 48 aufgedreht. Durch das Aufdrehen der Laufradmutter auf die Welle 14 wird das Laufrad 16 mit der Laufradmutter in axialer Richtung verspannt.As shown in the figure, the second fastening element 34 be designed as a screwed onto the shaft nut, which is also referred to as impeller nut. Furthermore, the impeller nut with an internal thread 46 Mistake. The wave 14 indicates an internal thread 46 the nut matching external thread 48 on, at the free end 20 the wave 14 is formed. To the wheel 16 in the axial direction against the first fastening element 18 or to tension the thrust washer, the nut with the internal thread 46 on the external thread 48 psyched. By turning the impeller nut onto the shaft 14 becomes the wheel 16 braced with the impeller nut in the axial direction.

Ferner kann das in der Figur abgebildete Laufrad 16 als ein Verdichterrad ausgebildet sein, mittels welchem die Luft, die dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, verdichtet wird. Mit anderen Worten ist eine Beschaffenheit und eine Geometrie des Laufrades 16 derart ausgelegt, dass die Luft, die das Laufrad 16 umströmt, bei einer bestimmungsgemäßen Rotation des Laufrades komprimiert und an einen Verdichterausgang geleitet wird, der im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angerordnet ist. Durch das Verdichten bzw. Komprimieren der Luft wird ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erreicht.Further, the impeller shown in the figure 16 be formed as a compressor wheel, by means of which the air which is supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine, is compressed. In other words, a texture and a geometry of the impeller 16 designed so that the air that the impeller 16 flows around, is compressed at a proper rotation of the impeller and passed to a compressor outlet, which is ordered in the intake of the internal combustion engine. By compressing or compressing the air, a particularly efficient operation of the internal combustion engine is achieved.

Durch die zumindest teilweise Überdeckung der Kontaktfläche 26 bzw. 38 durch das erste bzw. das zweite Befestigungselement 18 bzw. 34 wird erreicht, dass das Laufrad 16 im Betrieb auch bei hohen Drehzahlen des Rotors 12 in seiner gewünschten axialen Position zentriert und drehfest um die Längsmittenachse 1 gehalten bleibt, wodurch eine Relativbewegung des Laufrades 16 bezogen auf die Welle 14 verhindert wird. Durch ein Ausbleiben der Relativbewegung wird die zwischen der Welle 14 und dem Laufrad 16 auftretende, unerwünschte Gleitreibung verhindert. Weiterhin können in dem Laufrad 16 während des Betriebs auftretende Spannungen im Vergleich zu einem herkömmlichen Rotor verringert werden, da durch das das Laufrad 16 teilweise überdeckende Befestigungselement 18 in das Laufrad 16 eine radiale Druckspannung induziert wird, welche den betriebsbelastenden Zentrifugalkräften, genau entgegenwirkt. Durch die ausbleibende Relativbewegung des Laufrades 16 und die im Vergleich zu einem herkömmlichen Rotor günstigeren Spannungsverläufe im Laufrad 16, wird eine besonders hohe Lebensdauer des Rotors, idealerweise eine Dauerstandfestigkeit, erreicht.Due to the at least partial overlap of the contact surface 26 respectively. 38 through the first and the second fastening element 18 respectively. 34 is achieved that the impeller 16 during operation even at high speeds of the rotor 12 centered in its desired axial position and rotationally fixed about the longitudinal center axis 1 kept, resulting in a relative movement of the impeller 16 related to the wave 14 is prevented. By a lack of relative movement is between the shaft 14 and the impeller 16 occurring, undesirable sliding friction prevented. Furthermore, in the impeller 16 can be reduced during operation voltages compared to a conventional rotor, since by the impeller 16 partially overlapping fastener 18 in the wheel 16 a radial compressive stress is induced, which counteracts the operating centrifugal forces, exactly counteracts. Due to the lack of relative movement of the impeller 16 and the favorable in comparison to a conventional rotor voltage waveforms in the impeller 16 , a particularly long life of the rotor, ideally a creep rupture strength is achieved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: LängsmittenachseLongitudinal central axis
1010: Teil der StrömungsmaschinePart of the turbomachine
1212: Rotorrotor
1414: Wellewave
1616: LaufradWheel
1818: (erstes) Befestigungselement(first) fastening element
2020: freies Endefree end
2222: Wellenoberflächeshaft surface
2424: Oberflächesurface
2626: Kontaktflächecontact area
2828: Oberflächesurface
3030: Kontaktflächecontact area
3232: Hervorstehungprotrusion
3434: zweites Befestigungselementsecond fastening element
3636: Kontaktflächecontact area
3838: Kontaktflächecontact area
3939: Hervorstehungprotrusion
4040: Laufradgehäuseimpeller housing
4242: Nutengroove
4444: Kolbenringepiston rings
4646: Innengewindeinner thread
4848: Außengewindeexternal thread

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014203840 A1 [0003]

Claims

Rotor (12) for a turbomachine, in particular of a motor vehicle, with at least one shaft (14), with at least one arranged on the shaft (14) and rotatably connected to the shaft (14) connected to the impeller (16), and at least one of respective contacting contact surfaces (26, 30, 36, 38) on the impeller (16) supported fastener (18, 34) for axially fixing the impeller (16) on the shaft (14), characterized in that at least a portion of the contact surface (26, 38) of the impeller (16) in the radial outward direction of at least a portion of the contact surface (30, 36) of the fastener (18, 34) is covered.

Rotor after Claim 1 , characterized in that the contact surfaces (26, 30, 36, 38) extend obliquely to the axial direction.

Rotor after Claim 1 or 2 , characterized in that the contact surfaces (26, 30, 36, 38) are each cone-shaped.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the impeller (16) with the fastening element (18, 34) is clamped in the axial direction.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening element (18) on a first side of the impeller (16) is arranged, wherein the rotor (12) on one of the first side in the axial direction facing away from the second side of the impeller (16 ) on the shaft (14) arranged on respective further, contacting contact surfaces (36, 38) on the impeller (16) supported second fastener (34) for axially fixing the impeller (16) on the shaft (14), and wherein at least a portion of the further contact surface (38) of the impeller (16) in the radial outward direction of at least a portion of the further contact surface (36) of the second fastening element (34) is covered.

Rotor after Claim 5 , characterized in that the first fastening element (18) is a thrust washer, which is mounted on the shaft (14).

Rotor after Claim 5 or 6 , characterized in that the second fastening element (34) is designed as a screwed onto the shaft (14) nut, by means of which under axial clamping of the impeller (16) with the nut, the impeller (16) against the first fastening element (18) in axial direction is stretched.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the impeller (16) is designed as a compressor wheel for compressing air.

Turbomachine for a motor vehicle, comprising at least one rotor (12), which comprises at least one shaft (14), at least one impeller (16) arranged on the shaft (14) and non-rotatably connected to the shaft (14), and at least one over respective characterized contact surfaces (26, 30, 36, 38) on the impeller (16) supported fastener (18, 34) for axially fixing the impeller (16) on the shaft (14), characterized in that at least a portion of the contact surface (26, 38) of the impeller (16) in the radial outward direction of at least a portion of the contact surface (30, 36) of the fastener (18, 34) is covered.