DE102017122525A1 - Shaft for an exhaust gas turbocharger and turbocharger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Welle für einen Abgasturbolader und einen Abgasturbolader, der eine derartige Welle aufweist. Die genannte Welle enthält einen ersten zylindrischen Lagerabschnitt, einen zweiten zylindrischen Lagerabschnitt und einen zwischen diesen beiden Lagerabschnitten angeordneten zylindrischen Verbindungsabschnitt. Der Durchmesser des zylindrischen Verbindungsabschnitts ist kleiner als die Durchmesser der beiden Lagerabschnitte. Die Übergänge zu dem zylindrischen Verbindungsabschnitt sind flach ausgebildet.The invention relates to a shaft for an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas turbocharger having such a shaft. Said shaft includes a first cylindrical bearing portion, a second cylindrical bearing portion and a cylindrical connecting portion disposed between these two bearing portions. The diameter of the cylindrical connecting portion is smaller than the diameter of the two bearing sections. The transitions to the cylindrical connecting portion are formed flat.
Description
Technisches Gebiet der ErfindungTechnical field of the invention
Die Erfindung betrifft eine Welle für einen Abgasturbolader und einen Abgasturbolader, der mit einer derartigen Welle ausgestattet ist.The invention relates to a shaft for an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas turbocharger, which is equipped with such a shaft.
Stand der TechnikState of the art
Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Sie umfassen eine durch die Abgase des Verbrennungsmotors angetriebene Abgasturbine und einen Verdichter zum Verdichten der dem Verbrennungsmotor zugeführten Frischluft. Dabei sind das Turbinenrad und das Verdichterrad in der Regel auf einer gemeinsamen Welle angeordnet.Exhaust gas turbochargers are used to increase the performance of internal combustion engines. They include an exhaust gas turbine driven by the exhaust gases of the internal combustion engine and a compressor for compressing the fresh air supplied to the internal combustion engine. The turbine wheel and the compressor wheel are usually arranged on a common shaft.
Im unteren Leistungsbereich bis zu einigen Megawatt werden vorwiegend Turbolader mit radial angeströmtem Turbinenrad und einer Innenlagerung der Welle eingesetzt.In the lower power range up to a few megawatts, turbochargers with a radially impinged turbine wheel and an inner bearing of the shaft are predominantly used.
Die Wellen heute am Markt befindlicher Turbolader weisen einen vergleichsweise großen, in Längsrichtung der Welle konstanten Durchmesser auf, der sich nur unwesentlich von den Durchmessern der Lager, in denen die Turboladerwelle gelagert ist, unterscheidet. Bei diesen Lagern handelt es sich meist um Radiallager, die als radiale Gleitlager realisiert sind. Um eine möglichst große außenliegende Fläche zur Dämpfung durch das Öl bereitzustellen, müssen diese radialen Gleitlager entsprechend groß dimensioniert werden. Des Weiteren werden oftmals am Gasaustritt in radialer Richtung zusätzliche Fangmechanismen implementiert, um im Falle eines Berstens des Verdichters oder im Falle eines Lösens des Verdichterrades ein axiales Austreten der Turboladerwelle zu verhindern. Des Weiteren kann mittels geeigneter Fanglager, welche sich zwischen den Lagerstellen an der drehbar gelagerten Welle befinden, die das Verdichterrad mit dem Turbinenrad verbindet, ein axiales Austreten der Welle im Falle eines Berstens des Verdichters oder im Falle eines Lösens des Verdichterrades verhindert werden. Eine solche Anordnung von Fanglagern ist beispielsweise in der
All diese zusätzlichen Mechanismen führen dazu, dass der im Lagergehäuse benötigte Bauraum vergleichsweise groß ist und dass das aus den Gleitlagern austretende Öl ein ungünstiges Abströmverhalten aufweist. Des Weiteren führt der genannte zusätzliche Fangmechanismus für die Turboladerwelle in radialer Richtung am Gasaustritt aufgrund der notwendigen Komplexität des Bauteils zu hohen Kosten und aufgrund von Einschränkungen in dem abströmenden Abgas nach der Turbine zu einer Verschlechterung des Turbinenwirkungsgrades.All these additional mechanisms mean that the space required in the bearing housing is comparatively large and that the oil emerging from the plain bearings has an unfavorable outflow behavior. Furthermore, said additional catching mechanism for the turbocharger shaft in the radial direction at the gas outlet due to the necessary complexity of the component at high cost and due to restrictions in the outflowing exhaust gas to the turbine to a deterioration of the turbine efficiency.
Um die Laufruhe des Turboladerrotors im Betrieb zu erhöhen und damit die Vibrationen des Turboladers möglichst klein zu halten, werden die Unwuchten des Turboladerrotors auf ein Minimum eingestellt. Dies kann unter anderem durch die in der
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine Welle für einen Abgasturbolader und einen Abgasturbolader, der mit einer derartigen Welle ausgestattet ist.The invention relates to a shaft for an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas turbocharger, which is equipped with such a shaft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle für einen Abgasturbolader anzugeben, deren Bauraum im Lagergehäuse reduziert ist und welche im Falle eines Berstens des Verdichters und im Falle eines Lösens des Verdichters von der Welle des Turboladers im Turbolader gehalten wird.The invention has for its object to provide a shaft for an exhaust gas turbocharger whose space is reduced in the bearing housing and which is held in the event of bursting of the compressor and in the case of disengagement of the compressor of the shaft of the turbocharger in the turbocharger.
Diese Aufgabe wird durch eine Welle mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 angegeben. Der Anspruch 12 hat einen Turbolader zum Gegenstand, der mit einer Welle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet ist.This object is achieved by a shaft having the features specified in
Eine Welle gemäß der Erfindung weist einen ersten zylindrischen Lagerabschnitt, einen zweiten zylindrischen Lagerabschnitt und einen zwischen dem ersten Lagerabschnitt und dem zweiten Lagerabschnitt angeordneten zylindrischen Verbindungsabschnitt auf, wobei der Durchmesser des zylindrischen Verbindungsabschnittes kleiner ist als der Durchmesser der Lagerabschnitte. Die Übergänge zwischen dem zylindrischen Verbindungsabschnitt und dem jeweiligen Lagerabschnitt sind jeweils flach ausgebildet.A shaft according to the invention comprises a first cylindrical bearing portion, a second cylindrical bearing portion and a cylindrical connecting portion disposed between the first bearing portion and the second bearing portion, wherein the diameter of the cylindrical connecting portion is smaller than the diameter of the bearing portions. The transitions between the cylindrical connecting portion and the respective bearing portion are each formed flat.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Durchmesser des ersten Lagerabschnitts gleich dem Durchmesser des zweiten Lagerabschnitts.According to one embodiment of the invention, the diameter of the first bearing section is equal to the diameter of the second bearing section.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich die Durchmesser der beiden Lagerabschnitte voneinander. According to one embodiment of the invention, the diameters of the two bearing sections differ from each other.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt das Verhältnis des Durchmessers des Verbindungsabschnitts zum größten Durchmesser der Lagerabschnitte zwischen 0,5 und 0,75.According to one embodiment of the invention, the ratio of the diameter of the connecting portion to the largest diameter of the bearing portions is between 0.5 and 0.75.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Übergang vom Verbindungsabschnitt zu den beiden Lagerabschnitten jeweils eine Schräge.According to one embodiment of the invention, the transition from the connecting section to the two bearing sections is in each case a bevel.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Anstiegswinkel der Schräge kleiner als 45°.According to one embodiment of the invention, the slope angle of the slope is less than 45 °.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Übergang vom Verbindungsabschnitt zu der Schräge jeweils kurvenförmig ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the transition from the connecting portion to the slope is in each case curved.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entspricht der Übergang vom Verbindungsabschnitt zu der Schräge jeweils einer flach ansteigenden Kurve.According to one embodiment of the invention, the transition from the connecting portion to the slope corresponds to a flat rising curve.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird anstelle der Schräge eine flach ansteigende Kurve mit einem Radius eingesetzt, der größer ist als der Durchmesser des Verbindungsabschnitts.According to one embodiment of the invention, instead of the bevel, a flat rising curve having a radius larger than the diameter of the connecting portion is used.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der zylindrische Verbindungsabschnitt eine Bombierung auf, d.h. eine wölbende Verformung.According to one embodiment of the invention, the cylindrical connecting portion has a crown, i. a bulging deformation.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Turbolader eine Welle mit den erfindungsgemäßen Merkmalen auf.According to one embodiment of the invention, a turbocharger has a shaft with the features according to the invention.
Die mittels der Erfindung erzielbaren Vorteile werden demnach durch eine gezielte Verjüngung der Welle des Turboladers zwischen deren beiden Lagerabschnitten erzielt. Vorzugsweise ist der Übergang von der Verjüngung zu den Lagerabschnitten der Welle mittels einer flach ansteigenden Schräge oder mittels einer Kurve mit möglichst großem Radius ausgeführt.The achievable by the invention advantages are thus achieved by a targeted taper of the shaft of the turbocharger between the two bearing sections. Preferably, the transition from the taper to the bearing portions of the shaft by means of a flat rising slope or by means of a curve with the largest possible radius.
Durch die beschriebene spezielle Ausgestaltung der Welle wird die Beanspruchung der Welle positiv beeinflusst, so dass auch im Betrieb auftretende größere Unwuchten ertragen werden können, ohne dass Schäden auftreten. Hinzu kommt, dass die Welle aufgrund der beschriebenen Ausgestaltung in einem Berstfall und auch im Falle eines Wegfalls des Verdichterrades eine Verkrümmung zulässt, aufgrund welcher der verbleibende Teil der Welle mit dem Turbinenrad im Turbolader gehalten wird. Durch dieses Vermeiden eines axialen Austritts wird auch die Gefahr eines Hochdrehens der Turbine durch das restliche Abgas minimiert. Darüber hinaus weist die Welle im Betrieb des Turboladers auch bei hohen zusätzlichen Betriebsunwuchten ein laufruhiges Verhalten auf. Ferner erlaubt die Erfindung auch eine Realisierung von Gleitlagern mit im Verhältnis zu den Lagerabschnitten der Welle kleinen Durchmessern.By the described special design of the shaft, the load on the shaft is positively influenced, so that even occurring during operation major imbalances can be endured without damage. In addition, the shaft due to the described embodiment in a burst case and also in the event of omission of the compressor wheel allows a curvature, due to which the remaining part of the shaft is held with the turbine wheel in the turbocharger. This avoidance of axial leakage also minimizes the risk of high turbine spin-up by the remainder of the exhaust gas. In addition, the shaft in the operation of the turbocharger even at high additional operating imbalances on a smooth-running behavior. Furthermore, the invention also allows a realization of plain bearings with in relation to the bearing portions of the shaft small diameters.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren.Further advantageous features of the invention will become apparent from the exemplification thereof with reference to the figures.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das anhand der Zeichnungen näher erläutert wird. Hierbei zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer Welle gemäß einem Ausführungsbeispiel für die Erfindung, -
2 eine perspektivische Darstellung der in der1 gezeigten Welle und -
3 eine Skizze eines Turboladers, welcher mit einer Welle mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestattet ist.
-
1 a side view of a shaft according to an embodiment of the invention, -
2 a perspective view of the in the1 shown wave and -
3 a sketch of a turbocharger, which is equipped with a shaft with the features of the invention.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description, identical reference numerals are used for the same and like-acting parts.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Die
Im Betrieb des Turboladers wird das Turbinenrad
Die Welle
Um einen möglichst verschleißarmen Betrieb des Turboladers sicherzustellen, ist eine hohe Laufruhe des Turboladerrotors, der aus der Welle
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden bzw. um die vorstehend genannten Probleme zu beseitigen, werden bisher Turboladerwellen eingesetzt, die einen vergleichsweise großen, in Axialrichtung gleichbleibenden Durchmesser aufweisen, so dass auch der Innendurchmesser der Radiallager entsprechend groß dimensioniert sein muss.In order to meet these requirements or to eliminate the above-mentioned problems, turbocharger shafts are used so far, which have a comparatively large, uniform in the axial direction diameter, so that the inner diameter of the radial bearing must be sized accordingly large.
Die erfindungsgemäße Welle
Der Durchmesser
Es gelten die folgenden Beziehungen:
Dabei können die Durchmesser der beiden Lagerabschnitte
Alternativ dazu können sich die Durchmesser der beiden Lagerabschnitte
Untersuchungen haben ergeben, dass in beiden vorgenannten Fällen das Verhältnis
Zu diesen Anforderungen gehören einerseits eine hinreichende Stabilität, so dass die Welle
Die Übergänge
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei diesen Übergängen
Gemäß einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei den Übergängen
Der Verbindungsabschnitt
Die
Die
Die vorstehend beschriebene Erfindung weist unter anderem folgende Vorteile auf:
- - eine verbesserte Verträglichkeit der Betriebsunwucht bei Gleitlagerbüchsen mit kleinen Außendurchmessern,
- - einen kleineren Bauraum der Gleitlagersitze im Lagergehäuse,
- - einen verbesserten Ölabfluss zwischen den Gleitlagern,
- - ein verbessertes Beschleunigungsverhalten des Turboladers aufgrund der reduzierten Masse der Turboladerwelle und der klein gehaltenen inneren Lagersitze,
- - eine zusätzliche Sicherheit bei Bersten eines rotierenden Bauteiles aufgrund eines verbesserten Verhaltens gegen ein axiales Austreten der Welle aus dem Turbinengehäuse im Falle eines Ablösens des Verdichterrades von der Welle und
- - eine Verwendbarkeit für beliebige Werkstoffe der Welle.
- an improved compatibility of the operational imbalance in plain bearing bushes with small outside diameters,
- a smaller space of the plain bearing seats in the bearing housing,
- - an improved oil drain between the plain bearings,
- an improved acceleration behavior of the turbocharger due to the reduced mass of the turbocharger shaft and the small inner bearing seats,
- - An additional security in case of bursting of a rotating component due to an improved behavior against axial leakage of the shaft from the turbine housing in case of detachment of the compressor wheel from the shaft and
- - Usability for any materials of the shaft.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Turboladerturbocharger
- 22
- Turbineturbine
- 33
- Turbinengehäuseturbine housing
- 44
- Turbinenradturbine
- 55
- Lagervorrichtungbearing device
- 66
- Lagergehäusebearing housing
- 77
- Wellewave
- 88th
- erster zylindrischer Lagerabschnittfirst cylindrical bearing section
- 99
- zweiter zylindrischer Lagerabschnittsecond cylindrical bearing section
- 1010
- Verbindungsabschnittconnecting portion
- 1111
- Übergangcrossing
- 1212
- verdichterseitiges Radiallagercompressor-side radial bearing
- 1313
- turbinenseitiges Radiallagerturbine-side radial bearing
- 1414
- Verdichtercompressor
- 1515
- Verdichtergehäusecompressor housing
- 1616
- Verdichterradcompressor
- D1D1
- Durchmesser des VerbindungsabschnittsDiameter of the connection section
- D2aD2a
- Durchmesser des ersten LagerabschnittsDiameter of the first bearing section
- D2bD2b
- Durchmesser des zweiten LagerabschnittsDiameter of the second bearing section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013114626 A1 [0004]DE 102013114626 A1 [0004]
- DE 102015218428 A1 [0006]DE 102015218428 A1 [0006]
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102017122525.0A DE102017122525A1 (en) | 2017-09-28 | 2017-09-28 | Shaft for an exhaust gas turbocharger and turbocharger |
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2017
- 2017-09-28 DE DE102017122525.0A patent/DE102017122525A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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---|---|---|---|
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |