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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ladeeinrichtung mit einem derartigen Rotor.
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Aus der
DE 10 2015 202 558 A1 ist ein gattungsgemäßer Rotor einer Ladeeinrichtung mit einem Verdichterrad und einem daran befestigten Turbinenrad bekannt, wobei zwischen dem Verdichterrad und dem Turbinenrad eine Dichtscheibe angeordnet ist. An der Dichtscheibe sind dabei zwei Axialfortsätze angeordnet, die jeweils ein Außengewinde aufweisen. Am gegenüberliegenden Verdichterrad bzw. am gegenliegenden Turbinenrad ist jeweils ein komplementär dazu ausgebildetes Innengewinde vorgesehen, so dass das Verdichterrad über die Dichtscheibe mit dem Turbinenrad verschraubt werden kann. Durch die Orientierung des Gewindes kann dabei gewährleistet werden, dass sich dieses beim Betrieb der Ladeeinrichtung nicht löst. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass ein direkter Wärmeübertrag im Bereich der zentralen Verbindungskonturen zwischen dem Turbinenrad und dem Verdichterrad vergleichsweise hoch ist. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion liegt darin, dass bei der Montage das Turbinenrad und das Verdichterrad relativ zur Dichtscheibe gedreht werden müssen, wobei die Reibung zwischen Turbinenrad, Verdichterrad und Dichtscheibe ein optimales Drehmoment beim Anziehen nur schwer feststellbar machen. Im ungünstigsten Fall kann es sogar zu einer Zerstörung der Verbindung durch ein zu festes Anziehen kommen.
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Aus der
DE 10 2012 202 272 A1 ist ein weiterer Rotor einer Ladeeinrichtung mit zumindest zwei aneinander befestigten Teilen bekannt, die zusammen einen Hohlraum einschließen. Diese beiden Teile sind dabei über einen in dem Hohlraum herrschenden Unterdruck, insbesondere ein Vakuum, aneinander befestigt. Hierdurch ist es möglich, eine besonders leichte, konstruktiv einfache und zugleich auch kostengünstige Verbindung schaffen zu können. Nachteilig hierbei ist die ausschließlich im radial äußeren Bereich vorhandene Verbindung sowie die vergleichsweise schwere Umsetzbarkeit des Unterdrucks bzw. des Vakuums im Hohlraum zur Unterstützung der Verbindung.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Rotor der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Verdichterrad mit einem Turbinenrad zu verschrauben, zur Herstellung der Verschraubung jedoch ein Verdrehen des Verdichterrades relativ zum Turbinenrad zu vermeiden, was erfindungsgemäß durch einen drehbaren Gewindestift erreicht wird. Der erfindungsgemäße Rotor besitzt dabei ein Verdichterrad sowie ein daran befestigtes Turbinenrad, wobei zwischen dem Verdichterrad und dem Turbinenrad eine Dichtscheibe angeordnet ist. Das Verdichterrad besitzt erfindungsgemäß eine Axialbohrung mit einem ersten Innengewinde zur Aufnahme des Gewindestifts, der im Folgenden als Zuganker bezeichnet wird. In dieser Axialbohrung ist somit der Zuganker angeordnet, der mit einem ersten Außengewinde mit dem ersten Innengewinde der Axialbohrung verschraubbar ist. Nun sind prinzipiell zwei alternative Ausführungsformen denkbar, nämlich eine erste, bei der die Dichtscheibe fest mit dem Turbinenrad verbunden ist und ein zum Verdichterrad hin offenes, zweites Innengewinde und der Zuganker ein hierzu komplementär ausgebildetes zweites Außengewinde aufweist, oder eine zweite Ausführungsform, bei der die Dichtscheibe eine zentrale Durchgangsöffnung aufweist und am Turbinenrad ein drittes Außengewinde angeordnet ist und der Zuganker ein hierzu komplementär ausgebildetes drittes Innengewinde besitzt. Allen Ausführungsformen ist dabei gemein, dass soweit vorhanden, das erste Innengewinde und das zweite Innengewinde in der Dichtscheibe oder das dritte Außengewinde des Turbinenrades eine unterschiedliche Gewindesteigung aufweisen. Durch den drehbaren und als Gewindestift ausgebildeten Zuganker ist es möglich, durch ein Verdrehen desselben das Turbinenrad axial auf das Verdichterrad zuzubewegen und mit diesem zu verspannen, ohne dass dabei eine Relativverdrehung des Verdichterrades zum Turbinenrad erfolgt. Hierdurch kann eine besonders einfache Konstruktion erreicht werden. Der weitaus größte Vorteil besteht jedoch darin, dass durch das Verhindern einer Verdrehung des Turbinenrades relativ zum Verdichterrad bei der Montage des Rotors ein optimales Drehmoment durch ein alleiniges Verdrehen und damit Anziehen des Zugankers eingestellt werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das erste Innengewinde eine geringere Gewindesteigung aufweist als das zweite Innengewinde in der Dichtscheibe oder als das dritte Außengewinde des Turbinenrades. Auch hierdurch ist es möglich, durch ein Verdrehen des Zugankers das Turbinenrad axial auf das Verdichterrad zuzubewegen und mit diesem zu verspannen, ohne dass dabei eine Relativverdrehung des Verdichterrades zum Turbinenrad erfolgt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung entsprechend der ersten Alternative, ist die Dichtscheibe mit dem Turbinenrad verschweißt oder verlötet. Hierdurch kann eine vergleichsweise einfache aber feste Verbindung zwischen der Dichtscheibe einerseits und dem Turbinenrad andererseits erreicht werden, woraufhin das Verdichterrad über den Zuganker mit der Dichtscheibe und damit auch mit dem Verdichterrad verschraubt wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist zwischen dem Turbinenrad und der Dichtscheibe ein Hohlraum angeordnet. Ein derartiger Hohlraum stellt ein Luftpolster dar, welches als Isolator wirkt und dazu beiträgt, möglichst wenig Wärme vom Turbinenrad auf das Verdichterrad zu übertragen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Zuganker eine stirnseitige Eingriffsöffnung für ein Drehwerkzeug auf, wobei diese Eingriffsöffnung beispielsweise als Innenmehrkant, insbesondere als Innensechskant oder als Torx, ausgebildet sein kann. Hierdurch ist es möglich, die Montage des Verdichterrades am Turbinenrad durch ein Einstecken eines einfachen Drehwerkzeugs, beispielsweise eines Inbusschlüssels, in die Axialbohrung des Verdichterrades und in die Eingriffsöffnung des Zugankers zu bewirken. Um insbesondere Korrosionsprozesse, die ein Festfressen des Zugankers im Verdichterrad bewirken können, ausschließen zu können, kann die Axialbohrung anschließend durch einen Stopfen verschlossen werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Zuganker in einem mittleren Bereich einen reduzierten Querschnitt auf. Über eine derartige Querschnittsreduzierung kann ebenfalls der Wärmeübertrager vom Turbinenrad zum Verdichterrad reduziert werden, wobei zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein kann, dass der Zuganker aus einem schlecht wärmeleitenden Material ausgebildet sein kann. Über die Länge des Zugankers kann neben dem reduzierten Querschnitt ebenfalls Einfluss auf den Wärmeübertrag genommen werden, wobei gilt, dass je länger der Zuganker ist, umso geringer ist der Wärmeübertrag.
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Zweckmäßig weist das erste Innengewinde eine Gewindestreckung von 0,5 und das zweite Innengewinde in der Dichtscheibe oder das dritte Außengewinde des Turbinenrades eine Gewindesteigung von 0,7 auf. Durch eine derartige Ausführungsform kann bei jeder Umdrehung des Zugankers eine Axialbewegung von 0,2 mm des Turbinenrades relativ zum Verdichterrad erzeugt werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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 Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Rotor entsprechend einer ersten Ausführungsform in noch nicht montiertem Zustand,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch im montierten Zustand,
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3 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Rotor gemäß einer zweiten Ausführungsform in noch nicht montiertem Zustand,
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4 eine Darstellung wie in 3, jedoch in montiertem Zustand.
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Entsprechend den 1 bis 4, weist ein erfindungsgemäßer Rotor 1 einer Ladeeinrichtung 2, insbesondere eines Abgasturboladers, ein Verdichterrad 3 sowie ein daran indirekt befestigtes Turbinenrad 4 auf. Indirekt bedeutet in diesem Fall, dass zwischen dem Verdichterrad 3 und dem Turbinenrad 4 eine Dichtscheibe 5 angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist nun das Verdichterrad 3 eine Axialbohrung 6 mit einem ersten Innengewinde 7 auf. In der Axialbohrung 6 ist darüber hinaus ein Zuganker 8 angeordnet, der mit einem ersten Außengewinde 9 mit dem ersten Innengewinde 7 der Axialbohrung 6 verschraubbar ist.
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Gemäß den 1 und 2 einerseits sowie den 3 und 4 andererseits sind nun zwei alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotors 1 beschrieben. In den 1 und 2 ist die Dichtscheibe 5 fest mit dem Turbinenrad 4 verbunden, beispielsweise verschweißt oder verlötet, und weist ein zum Verdichterrad 3 hin offenes zweites Innengewinde 10 auf, während der Zuganker 8 ein hierzu komplementär ausgebildetes zweites Außengewinde 11 besitzt. Demgegenüber ist gemäß der 3 und 4 eine zweite mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors 1 gezeigt, bei welcher die Dichtscheibe 5 eine zentrale Durchgangsöffnung 12 aufweist und am Turbinenrad 4 ein drittes Außengewinde 13 angeordnet ist, während der Zuganker 8 ein hierzu komplementär ausgebildetes drittes Innengewinde 14 aufweist.
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Sämtlichen Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 ist dabei jedoch gemein, dass das erste Innengewinde 7 und das zweite Innengewinde 10 in der Dichtscheibe 5 oder das dritte Außengewinde 13 des Turbinenrades 4 eine unterschiedliche, beispielsweise eine größere oder eine kleinere, Gewindesteigung aufweisen. Besonders bevorzugt ist es dabei, sofern das erste Innengewinde 7 eine geringere Gewindesteigung aufweist als das zweite Innengewinde 10 in der Dichtscheibe 5 oder als das dritte Außengewinde 13 des Turbinenrades 4. Denkbar ist es aber auch, dass das erste Innengewinde 7 eine größere Gewindesteigung aufweist als das zweite Innengewinde 10 in der Dichtscheibe 5 oder als das dritte Außengewinde 13 des Turbinenrades 4.
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Betrachtet man nochmals die erste Ausführungsform gemäß den 1 und 2, so kann man erkennen, dass zwischen dem Turbinenrad 4 einerseits und der Dichtscheibe 5 andererseits ein Hohlraum 15 angeordnet ist, welcher mit Luft befüllt ist und damit als Isolator dient, der einen Wärmeübertrag vom Turbinenrad 4 auf das Verdichterrad 2 zumindest reduziert.
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Der Zuganker 8 weist darüber hinaus eine stirnseitige Eingriffsöffnung 16 für ein nicht dargestelltes Drehwerkzeug auf, wobei diese Eingriffsöffnung 16 als Innenmehrkant, insbesondere als Innensechskant oder als Torx, ausgebildet sein kann. Das Verdichterrad 3 ist üblicherweise aus Aluminium ausgebildet, während das Turbinenrad 4 beispielsweise aus Titan-Aluminium hergestellt ist. Längsendseitig kann die Axialbohrung 6 durch einen Stopfen 17 nach der Befestigung des Turbinenrades 4 am Verdichterrad 3 verschlossen werden.
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Das erste Innengewinde 7 und damit auch das erste Außengewinde 9 können dabei beispielsweise eine Gewindesteigung von 0,5 aufweisen, während das zweite Innengewinde 10 in der Dichtscheibe 5 und das zweite Außengewinde 11 oder das dritte Außengewinde 13 des Turbinenrades 4 und das dritte Innengewinde 14 des Zugankers 8 eine Gewindesteigung von 0,7 besitzen, so dass bei jeder Umdrehung des Zugankers 8 das Turbinenrad 4 um 0,2 mm auf das Verdichterrad 3 zu bewegt wird. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Rotors 1 liegt dabei darin, dass bei einer Montage des Verdichterrades 3 am Turbinenrad 4 lediglich der Zuganker 8 verdreht wird, nicht jedoch das Verdichterrad 3 relativ zum Turbinenrad 4 oder die Dichtscheibe 5 relativ zum Verdichterrad 3 bzw. zum Turbinenrad 4. Hierdurch lässt sich ein besonders exaktes Drehmoment und damit auch eine besonders exakte Axialkraft, mit welcher das Turbinenrad 4 am Verdichterrad 3 befestigt ist, aufbringen.
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Betrachtet man den Zuganker 8 genauer, so kann man erkennen, dass dieser in einem mittleren Bereich 18 in seinem Querschnitt reduziert ist, wodurch ebenfalls ein Wärmeübertrag vom Turbinenrad 4 auf das Verdichterrad 3 reduziert werden kann. Eine weitere Reduzierung ist beispielsweise dadurch möglich, dass der Zuganker 8 aus einem schlecht wärmeleitenden Material hergestellt wird.
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Betrachtet man die Dichtscheibe 5 genauer, so kann man erkennen, dass diese eine Ringstufe 19 sowie einen gegenüberliegenden, ringförmigen Rand 20 aufweist, wobei in die Ringstufe 19 ein ringförmiger Rand 20’ des Turbinenrades 4 eingreift, während der ringförmige Rand 20 der Dichtscheibe 5 in eine Ringstufe 19’ am Verdichterrad 3 eingreift.
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Eine Montage des Rotors gemäß den 1 und 2 erfolgt dabei beispielsweise wie folgt:
Zunächst wird die Dichtscheibe 5 fest mit dem Turbinenrad 4 verbunden, beispielsweise verschweißt oder verlötet. Anschließend wird der Zuganker 8 in die Axialbohrung 6 eingeführt und in das erste Innengewinde 7 eingeschraubt und zwar soweit, bis lediglich noch ein kleiner Bereich des zweiten Außengewindes 11 des Zugankers 8 aus der Axialbohrung 6 heraussteht. Anschließend werden das Turbinenrad 4 und das Verdichterrad 3 koaxial zueinander ausgerichtet und ein entsprechendes Drehwerkzeug, beispielsweise ein Inbusschlüssel, in die Eingriffsöffnung 16 des Zugankers 8 eingeführt sowie der Zuganker 8 anschließend verdreht, woraufhin sich das Turbinenrad 4 axial auf das Verdichterrad 3 zu bewegt. Eine Verdrehung des Verdichterrades 3 relativ zum Turbinenrad 4 erfolgt dabei nicht. Nach Aufbringen eines vordefinierten Drehmomentes und damit einer vordefinierten Anpresskraft des Verdichterrades 3 an der Dichtscheibe 5 wird das Drehwerkzeug aus der Axialbohrung 6 entfernt und diese anschließend mit dem Stopfen 17 verschlossen.
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Eine Montage des Rotors 1 gemäß den 3 und 4 erfolgt dabei wie folgt:
Zunächst wird die Dichtscheibe 5 mit ihrer Ringstufe 19 auf den ringförmigen Rand 20' des Turbinenrades 4 aufgesetzt, jedoch nicht mit diesem fest verbunden. Anschließend wird der Zuganker 8 in die Axialbohrung 6 des Verdichterrades 3 eingeschraubt und das Verdichterrad 3 koaxial zum Turbinenrad 4 ausgerichtet. Nun kann der Zuganker 8 in die entgegengesetzte Richtung verdreht werden, wodurch das dritte Innengewinde 14 des Zugankers 8 auf das dritte Außengewinde 13 des Turbinenrades aufgeschraubt wird, ebenfalls wiederum ohne dass sich das Turbinenrad 4 relativ zum Verdichterrad 3 verdreht. Nach Erreichen eines vordefinierten Drehmoments und damit nach Erreichen einer vordefinierten Anpresskraft wird ein entsprechendes Drehwerkzeug, beispielsweise ein Inbusschlüssel, entfernt und die Axialbohrung 6 mittels des Stopfens 17 verschlossen.
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Der große Vorteil neben dem Aufbringen eines exakten Drehmoments liegt darüber hinaus darin, dass die Dichtscheibe 5 beispielsweise nicht mit dem Turbinenrad 4 verbunden werden muss (zweite Ausführungsform gemäß den 3 und 4), wodurch der Werkstoff Titanaluminium für das Turbinenrad 4 verwendet werden kann. Auch wird ein relatives Verdrehen des Turbinenrades 4 relativ zur Dichtscheibe 5 und relativ zum Verdichterrad 3 vermieden, wodurch keine Beschädigungen entstehen und das zuvor erwähnte optimale Drehmoment eingestellt werden kann. Durch den Hohlraum 15 bzw. den hinsichtlich seines Querschnitts im mittleren Bereich 18 reduzierten Zuganker 8 und/oder eine entsprechende Materialauswahl für den Zuganker 8 kann zudem eine Wärmedrossel geschaffen werden, die einen Wärmeübertrag vom Turbinenrad 4 auf das Verdichterrad 3 zumindest minimiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015202558 A1 [0002]
- DE 102012202272 A1 [0003]
