DE102016206678A1

DE102016206678A1 - Laufrad einer Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102016206678A1
Application number: DE102016206678.1A
Authority: DE
Inventors: Michal Klusácek
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laufrad (1) einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers (2), mit mehreren, über den Umfang verteilten, Laufschaufeln (3). Erfindungswesentlich ist dabei, dass in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Laufschaufeln (3) ein einstückig mit dem Laufrad (1) ausgebildetes Wuchtelement (4) vorgesehen ist, welches zum Ausgleich einer Unwucht des Laufrades (1) entsprechend abgetragen ist. Hierdurch können insbesondere leicht zugängliche Wuchtelemente (4) geschaffen werden, die ein einfaches Auswuchten ermöglichen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laufrad einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Rotor und eine Ladeeinrichtung mit zumindest einem solchen Laufrad sowie ein Verfahren zum Auswuchten eines solchen Laufrades.
Aus der DE 11 2013 001 660 T5 ist ein gattungsgemäßes Laufrad einer Ladeeinrichtung mit mehreren, über dem Umfang verteilten, Laufschaufeln bekannt.
Auch aus der WO 2012/045397 ist ein gattungsgemäßes Laufrad bekannt, welches zum Auswuchten desselben entsprechende Wuchtmarken an einem Radrücken aufweist.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Laufrädern ist jedoch, dass die zum Auswuchten vorgesehenen Wuchtmarken nur schwer zugänglich sind und dadurch auch nur ein vergleichsweise umständliches Auswuchten möglich ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Laufrad der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere ein vereinfachtes Auswuchten ermöglicht.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, erstmals sogenannte Wuchtmarken bzw. Wuchtelemente nicht mehr auf einer im Einbauzustand nur schwer zugänglichen Rückseite eines Laufrades einer Ladeeinrichtung anzuordnen, sondern derartige Wuchtelemente bzw. Wuchtmarken erstmals auf einer Vorderseite zwischen zwei benachbarten Laufschaufeln vorzusehen und zugleich einstückig mit dem Laufrad auszubilden. Hierdurch ist nicht nur eine vergleichsweise einfache Zugänglichkeit zu den Wuchtelementen bzw. Wuchtmarken zum Auswuchten des Laufrades möglich, sondern auch eine kostengünstige Integration der Wuchtelemente in den Werkstoff des Laufrades.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Laufrad als Turbinenrad oder als Verdichterrad ausgebildet. Üblicherweise wird das zuvor beschriebene Laufrad in einem Abgasturbolader eingesetzt, welcher einen Rotor mit einem Turbinenrad und einem Verdichterrad aufweist. Dabei ist es denkbar, dass das Turbinenrad über eine Welle mit dem Verdichterrad verbunden ist oder aber der Rotor ist als sogenannter außen gelagerter Rotor ausgebildet ist, bei welchem das Turbinenrad direkt oder indirekt mit seinem Radrücken mit einem Radrücken des Verdichterrades verbunden ist. Besonders bei einer derartigen Ausführungsform eines außen gelagerten Rotors ist eine Zugänglichkeit zu auf einem Radrücken angeordneten Wuchtelementen nicht oder nur sehr schwer möglich, so dass in diesem Fall die auf einer Vorderseite des jeweiligen Laufrades zwischen zwei benachbarten Laufschaufeln angeordnete Wuchtelemente deutlich einfacher zugänglich sind und damit auch ein deutlich einfacheres Auswuchten des Rotors möglich ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Wuchtelement eine strömungsoptimierte Gestalt, insbesondere eine tropfenförmige, Gestalt, auf. Da die Wuchtelemente nach dem Auswuchten des Laufrades je nach auszuwuchtender Unwucht unter Umständen nicht vollständig abgetragen sind, sollen sie nach Möglichkeit einen lediglich marginalen Strömungswiderstand darstellen. Aus diesem Grund ist vorgesehen, das Wuchtelement bzw. die Wuchtelemente strömungsoptimiert auszubilden und dadurch den an dem jeweiligen Wuchtelement auftretenden Strömungswiderstand gering zu halten. Von besonderem Vorteil kann dabei eine abgerundete Oberfläche des jeweiligen Wuchtelements sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Wuchtelement näher an einem Außenrand des Laufrades als an einer Nabe des Laufrades angeordnet. Durch die radial außenliegende Anordnung des Wuchtelements bzw. der Wuchtelemente sind diese nicht nur leichter zugänglich, sondern erzeugen auch höhere Fliehkräfte, so dass bereits kleinere Wuchtelemente zum Auswuchten des Laufrades ausreichen.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Rotor mit zwei Laufrädern auszustatten, wovon zumindest eines entsprechend den vorherigen Absätzen ausgebildet ist. An jedem der Laufräder ist dabei ein Außenlager angeordnet und zugleich sind die beiden Laufräder an ihrem Radrücken direkt oder indirekt, beispielsweise über einen Hitzeschutzschild, miteinander verbunden. Besonders bei derartigen außengelagerten Rotoren entfaltet das erfindungsgemäße Laufrad seine größten Vorteile, da die zum Auswuchten des Laufrades bzw. des Rotors abzutragenden Wuchtelemente besonders leicht zugänglich sind, selbst bei bereits fertig montiertem Rotor.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zum Auswuchten eines Laufrades anzugeben, bei dem zunächst in einer Wuchtmaschine eine Unwucht des Laufrades bestimmt wird. Anschließend folgen in Abhängigkeit der ermittelten Unwucht ein Materialabtrag an zumindest einem Wuchtelement und darüber ein Auswuchten des Laufrades. Durch die Anordnung der Wuchtelemente zwischen den Laufschaufeln des Laufrades auf einer Vorderseite desselben ist eine besonders leichte Zugänglichkeit zu den Wuchtelementen gegeben, wodurch im Vergleich zu auf einem Radrücken angeordneten Wuchtelementen ein deutlich vereinfachtes Auswuchten möglich ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
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.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Laufrad,
2 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Rotor mit zwei Laufrädern.
Entsprechend den 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßes Laufrad 1, welches beispielsweise als Turbinenrad oder als Verdichterrad in einem Abgasturbolader 2 ausgebildet sein kann, mehrere, über den Umfang verteilte Laufschaufeln 3 auf.
Erfindungsgemäß ist nun in Umfangsrichtung zumindest zwischen zwei benachbarten Laufschaufeln 3 ein einstückig mit dem Laufrad 1 ausgebildetes Wuchtelement 4 vorgesehen, welches zum Ausgleich einer Unwucht des Laufrades 1 entsprechend abgetragen werden kann. Dabei ist selbstverständlich klar, dass derartige Wuchtelemente 4 nur zwischen manchen Laufschaufeln 3 oder aber zwischen allen Laufschaufeln 3 angeordnet sein können.
Besonders aus 2 sieht man, dass das jeweilige Wuchtelement 4 einen materialintegralen Bestandteil des Laufrades 1 bildet und zusammen mit diesem hergestellt wird.
Um einen Strömungswiderstand des Wuchtelements 4 so gering wie möglich zu halten und damit die Strömungseigenschaften des Laufrades 1 möglichst nicht zu beeinflussen, weist das Wuchtelement 4 eine vorzugsweise abgerundete Oberfläche auf, ebenso wie beispielsweise eine strömungsoptimierte Gestalt, insbesondere eine tropfenförmige Gestalt oder eine kugelsegmentartige Gestalt (vergleiche 1 und 2).
Betrachtet man zudem die Wuchtelemente 4 gemäß der 2, so kann erkennen, dass diese näher an einem Außenrand 5 des Laufrades 1 angeordnet sind als an einer Nabe 6, wodurch auch mit vergleichsweise gering gewichtigen Wuchtelementen 4 bereits eine hohe Auswuchtwirkung erzielbar ist.
Durch die auf einer Vorderseite 7 angeordneten Wuchtelemente 4 sind diese auch bei einem gemäß der 2 dargestellten Rotor 8 noch leicht zugänglich, anders als bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung derartiger Wuchtelemente auf einem Radrücken 9.
Betrachtet man den Rotor 8 gemäß der 2, so kann man erkennen, dass dieser zwei Laufräder 1 aufweist, wovon zumindest eines, hier beide Laufräder 1, derartige Wuchtelemente 4 aufweisen. Zudem ist an jedem Laufrad 1 gemäß der 2 ein Außenlager 10 angeordnet, über welches der Rotor 8 im Abgasturbolader 2 bzw. einem Lagergehäuse desselben gelagert ist. Die beiden Laufräder 1 sind dabei direkt über ihren jeweiligen Radrücken 9 miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verklebt, verlötet oder verschweißt. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass zwischen den beiden Laufrädern 1 bei einem Rotor 8 gemäß der 2 noch ein nicht gezeigter Hitzeschuldschild angeordnet ist, so dass in diesem Fall die beiden Laufräder 1 lediglich indirekt über ihre Radrücken 9 miteinander verbunden sind.
Generell erfolgt das Auswuchten des erfindungsgemäßen Laufrades 1 wie folgt: Zunächst wird dieses in eine Wuchtmaschine eingespannt und in dieser eine Unwucht des Laufrades 1 bestimmt. Anschließend erfolgt in Abhängigkeit der zuvor ermittelten Unwucht ein Materialabtrag an zumindest einem Wuchtelement 4 und darüber ein Auswuchten des Laufrades 1 bzw. des Rotors 8. Wie bereits erwähnt, kann der gemäß der 2 dargestellte Rotor 8 auch lediglich ein solches, jeweils Wuchtelemente 4 aufweisendes Laufrad 1 besitzen, wogegen das andere Laufrad ohne derartige Wuchtelemente 4 ausgebildet ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Laufrad 1 und insbesondere mit den erfindungsgemäß auf dessen Vorderseite 7 vorgesehenen Wuchtelementen 4 lässt sich ein Auswuchten des jeweiligen Laufrades 1 vergleichsweise einfach und damit auch kostengünstig realisieren, insbesondere sogar bei Rotoren 8, bei welchen das jeweilige Laufrad 1 mit einem Radrücken 9 direkt oder indirekt mit einem weiteren Laufrad gekoppelt ist. Durch die materialintegralen Wuchtelemente 4 erfolgt insbesondere keine nachteilige Beeinflussung einer Festigkeit oder Stabilität des jeweiligen Laufrades 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112013001660 T5 [0002]
WO 2012/045397 [0003]

Claims

Laufrad (1) einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers (2), mit mehreren, über den Umfang verteilten, Laufschaufeln (3), dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Laufschaufeln (3) ein einstückig mit dem Laufrad (1) ausgebildetes Wuchtelement (4) vorgesehen ist, welches zum Ausgleich einer Unwucht des Laufrades (1) entsprechend abgetragen ist.
Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (1) als Turbinenrad oder als Verdichterrad ausgebildet ist.
Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelement (4) eine abgerundete Oberfläche aufweist.
Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelement (4) eine strömungsoptimierte Gestalt, insbesondere eine tropfenförmige Gestalt, aufweist.
Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelement (4) näher an einem Außenrand (5) als an einer Nabe (6) des Laufrades (1) angeordnet ist.
Rotor (8) mit zwei Laufrädern (1), wovon zumindest ein Laufrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Laufrad (1) ein Außenlager (10) angeordnet ist und die beiden Laufräder (1) an ihrem Radrückrücken (9) direkt oder indirekt miteinander verbunden sind.
Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader (2), mit einem Laufrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zum Auswuchten eines Laufrades (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem – in einer Wuchtmaschine eine Unwucht des Laufrades (1) bestimmt wird, – in Abhängigkeit der ermittelten Unwucht ein Materialabtrag an zumindest einem Wuchtelement (4) und darüber ein Auswuchten des Laufrades (1) erfolgt.