DE112013000971B4

DE112013000971B4 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE112013000971B4
Application number: DE112013000971.4T
Authority: DE
Inventors: Michael Loewenberg
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2033-03-08
Also published as: KR101983767B1; CN104145100A; KR20140133591A; US9726020B2; CN104145100B; DE112013000971T5; JP2015510090A; JP6149099B2; WO2013138143A1; US20150030455A1; IN2014DN06182A

Abstract

Abgasturbolader (1)- mit einer Welle (2), die einen Außendurchmesser (A2) aufweist;- mit einem Turbinenrad (5), das an der Welle (2) befestigt ist; und- mit einer Verbindungseinrichtung (8), mittels der die Welle (2) am Turbinenrad (5) befestigt ist; dadurch gekennzeichnet,- dass die Welle (2) im Bereich einer Stirnseite (3) einen Wellenabsatz (4) aufweist, der einen Außendurchmesser (A4) umfasst, der größer ist als der Außendurchmesser (A2) der Welle (2);- dass das Turbinenrad (5) einen an seinem Radrücken (6) angeformten Gewindezapfen (15) aufweist, auf dem ein Außengewindeabschnitt (7) angeordnet ist; und- dass die Verbindungseinrichtung (8) eine Überwurfmutter (8A) aufweist, die auf dem Außengewindeabschnitt (7) aufgeschraubt ist und dabei zur Verspannung der Welle (2) und des Turbinenrades (5) den Wellenabsatz (4) hintergreift, wobei die Überwurfmutter (8A) einen Haltebereich (8C) aufweist, der im Montagezustand den Wellenabsatz (4) hintergreift.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Abgasturbolader ist aus der US 7 287 960 B2 bekannt. Der Läufer dieses bekannten Abgasturboladers wird von einem Turbinenrad gebildet, das einen Verbindungszapfen an seinem Radrücken aufweist. Der Verbindungszapfen wird in einen Hohlraum eines Wellenansatzes der Welle des Abgasturboladers eingesteckt und verlötet.
Die DE 10 2008 058 503 A1 zeigt eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug mit einer, ein Verdichterrad und ein Turbinenrad tragenden Welle. Das Turbinen-/Verdichterrad weist eine der Welle zugewandte und mehrteilige, insbesondere eine zweiteilige Buchse auf, die in montiertem Zustand die Welle drehfest umgreift.
Die US 7 223 077 B2 betrifft die Verbindung eines Verdichterrads und einer Welle. Eine Schraube ist auf einer äußeren Oberfläche eines Vorsprungs auf der Mitte einer Rückseite des Kompressorrads vorgesehen, und weitere Schraube ist auf einer Welle vorgesehen. Das Verdichterrad und die Welle sind durch eine Hülse miteinander verbunden, an deren beiden Enden Innengewinde vorgesehen sind. Zwischen dem Verdichterrad und der Welle ist ein Eingriffsteil vorgesehen.
Die JP S58-196 310 A betrifft die Verbindung zweier Rohre oder Wellen aus unterschiedlichem Material.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, dessen Turbinenrad einfach und sicher mit der Welle verbunden werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
Zur Verbindung von Welle und Turbinenrad ist erfindungsgemäß eine Schraubverbindung vorgesehen. Die Schraubverbindung umfasst zum einen ein Außengewinde, das am Radrücken des Turbinenrades angeordnet ist. Hierzu ist der Radrücken mit einem Gewindezapfen versehen, auf dem das Außengewinde aufgebracht ist. Die Verbindungsrichtung umfasst ferner eine Überwurfmutter, die zur Montage von Welle und Turbinenrad über die Welle geschoben wird und auf das Außengewinde des Turbinenrades geschraubt wird. Im Zuge des Aufschraubens legt sich die Überwurfmutter dabei an einen Wellenabsatz der Welle an und verspannt die Welle und das Turbinenrad. Hierzu weist die Überwurfmutter einen Haltebereich auf, der im Montagezustand den Wellenabsatz hintergreift.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Vorzugsweise ist es möglich, beim Verschrauben die Überwurfmutter auf der Welle und/oder auf dem Turbinenrad zu zentrieren.
Ferner können die Welle und das Turbinenrad über eine weitere Zentriereinrichtung gegeneinander ausgerichtet werden.
Zur Kraftübertragung zwischen dem Turbinenrad und der Welle ist es ferner möglich, zusätzlich zu dem genannten Verspannen einen Formschluss zwischen der Welle und dem Turbinenrad vorzusehen, beispielsweise im Bereich einer Mantelfläche des Gewindezapfens des Turbinenrades und/oder einer Mantelfläche eines Zentrieransatzes der Welle, der in eine Zentrierausnehmung des Turbinenrades eingesteckt werden kann.
Alternativ ist es zur Sicherung der verspannten Bauteile (Turbinenrad und Welle) möglich, einen Formschluss/Stoffschluss zwischen der Überwurfmutter zum Turbinenrad oder der Überwurfmutter zur Welle herzustellen.
Hierbei können nach dem Verschrauben zumindest eine, vorzugsweise zwei Bohrungen durch die Überwurfmutter und die Welle gebohrt werden. In diese Bohrungen können anschließend Stifte eingebracht und gesichert werden.
Eine weitere Möglichkeit für einen ergänzenden Formschluss besteht darin, dass nach dem Verschrauben der Bauteile zumindest eine, vorzugsweise zwei Bohrungen durch die Überwurfmutter und in das Turbinenrad eingebracht werden. In diese Bohrungen können wiederum Stifte eingebracht und gesichert werden.
Ein Beispiel für einen zusätzlichen Stoffschluss ist das Vorsehen radialer und/oder axialer Bohrungen in der Überwurfmutter. Diese Bohrungen können nach dem Verspannen der Bauteile mit der Welle verschweißt werden.
In den Ansprüchen 6 bis 10 ist ein erfindungsgemäßer Läufer eines Abgasturboladers als selbstständig handelbares Objekt definiert.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

1 eine schematisch stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers, und
2 eine schematisch leicht vereinfachte Darstellung des Fügebereichs zwischen der Welle und dem Turbinenrad des Abgasturboladers gemäß Anspruch 1.

1 stellt in schematisch stark vereinfachter Prinzipdarstellung einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 dar. Der Abgasturbolader 1 weist eine Welle 2 auf, die in einem Lagergehäuse 12 gelagert ist. An einem Ende der Welle 2 ist ein Turbinenrad 5 einer Turbine 4 angebracht. Am gegenüberliegenden Ende ist ein Verdichterrad 10 eines Verdichters 11 auf der Welle 2 fixiert.
In 2 ist der Füge- bzw. Verbindungsbereich zwischen der Welle 2 und dem Turbinenrad 5 vergrößert dargestellt. 2 verdeutlicht hierbei, dass die Welle 2 benachbart zu einer Stirnseite 3 mit einem Wellenabsatz 4 versehen ist, dessen Außendurchmesser A₄ größer ist als der Außendurchmesser A₂ der Welle 2.
Vom Wellenabsatz 4 aus erstreckt sich ein Zentrieransatz 13 zur Stirnseite 3, dessen Außendurchmesser A₁₃ kleiner ist als der Außendurchmesser A₄. Dieser Zentrieransatz 13 greift beim in 2 dargestellten Montagezustand in eine Zentrierausnehmung 14, die in einem Gewindezapfen 15 angeordnet ist, der am Radrücken 6 des Turbinenrads 5 angeformt ist.
2 verdeutlicht ferner eine Verbindungseinrichtung 8, die bei der in der 2 dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform von einer Überwurfmutter 8A mit einem Innengewinde 8B und einem Haltebereich 8C und einem Außengewindeabschnitt 7 auf dem Gewindezapfen 15 des Turbinenrades 5 gebildet wird.
Der in 2 dargestellte Montagezustand verdeutlicht, dass durch das Aufschrauben der Überwurfmutter 8A auf dem Außengewindeabschnitt 7 der Haltebereich 8C den Wellenabsatz 4 hintergreift und damit die Welle 2 und das Turbinenrad 5 gegeneinander verspannt.
Neben der zuvor erläuterten Zentriereinrichtung in Form des Zentrieransatzes 13 und der Zentrierausnehmung 14 kann alternativ oder zusätzlich eine weitere Zentriervorrichtung 16 vorgesehen sein, die Passflächen der Überwurfmutter 8 und des Turbinenrades 5 bzw. des Gewindezapfens 15 umfasst, wie sich dies im Einzelnen aus der zeichnerischen Darstellung der 2 erschließt.
Neben der voranstehenden, anhand der 2 beschriebenen Verspannung von Welle 2 und Turbinenrad 5 ist es möglich (aber nicht nötig), zur Kraftübertragung ferner die einleitend erläuterten Formschluss- und/oder Stoffschlusseinrichtungen vorzusehen, die jedoch in 2 nicht dargestellt sind.
Neben der vorstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit zur Ergänzung der Offenbarung explizit auf die 1 und 2 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasturbolader
2: Welle
3: Stirnseite
4: Wellenabsatz
5: Turbinenrad
6: Radrücken
7: Außengewindeabschnitt
8: Verbindungseinrichtung
8A: Überwurfmutter
8B: Innengewinde
8C: Haltebereich
9: Lagergehäuse
10: Verdichterrad
11: Verdichter
12: Läufer
13: Zentrieransatz
14: Zentrierausnehmung
15: Gewindezapfen
16: Zentriereinrichtung
L: Längsmittellinie des Abgasturboladers bzw. Läufers
A2: Außendurchmesser der Welle 2
A4: Außendurchmesser des Wellenabsatzes 4
A13: Außendurchmesser des Zentrieransatzes 13

Claims

Abgasturbolader (1) - mit einer Welle (2), die einen Außendurchmesser (A₂) aufweist; - mit einem Turbinenrad (5), das an der Welle (2) befestigt ist; und - mit einer Verbindungseinrichtung (8), mittels der die Welle (2) am Turbinenrad (5) befestigt ist; dadurch gekennzeichnet, - dass die Welle (2) im Bereich einer Stirnseite (3) einen Wellenabsatz (4) aufweist, der einen Außendurchmesser (A₄) umfasst, der größer ist als der Außendurchmesser (A₂) der Welle (2); - dass das Turbinenrad (5) einen an seinem Radrücken (6) angeformten Gewindezapfen (15) aufweist, auf dem ein Außengewindeabschnitt (7) angeordnet ist; und - dass die Verbindungseinrichtung (8) eine Überwurfmutter (8A) aufweist, die auf dem Außengewindeabschnitt (7) aufgeschraubt ist und dabei zur Verspannung der Welle (2) und des Turbinenrades (5) den Wellenabsatz (4) hintergreift, wobei die Überwurfmutter (8A) einen Haltebereich (8C) aufweist, der im Montagezustand den Wellenabsatz (4) hintergreift.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Welle (2) und dem Turbinenrad (5) eine erste Zentriereinrichtung (13, 14) und/oder zweite Zentriereinrichtung (16) und/oder dritte Zentrierung (2, 8C) vorgesehen ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Formschlusseinrichtung, die zumindest eine Bohrung durch die Überwurfmutter (8A) und in die Welle (2) umfasst, in die ein Stift eingebracht und gesichert ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Formschlusseinrichtung, die zumindest eine Bohrung durch die Überwurfmutter (8A) und in das Turbinenrad (5) aufweist, in die ein Stift eingebracht und gesichert ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Stoffschlusseinrichtung, die radiale oder axiale Bohrungen in die Überwurfmutter (8A) aufweist, die nach dem Verspannen von Welle (2) und Turbinenrad (5) mit der Welle (2) verschweißt wird.
Läufer (12) eines Abgasturboladers (1), - mit einer Welle (2), die einen Außendurchmesser (A₂) aufweist; - mit einem Turbinenrad (5), das an der Welle (2) befestigt ist; und - mit einer Verbindungseinrichtung (8), mittels der die Welle (2) am Turbinenrad (5) befestigt ist; dadurch gekennzeichnet, - dass die Welle (2) im Bereich einer Stirnseite (3) einen Wellenabsatz (4) aufweist, der einen Außendurchmesser (A₄) aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser (A₂) der Welle (2); - dass das Turbinenrad (5) einen an seinem Radrücken (6) angeformten Gewindezapfen (15) aufweist, auf dem ein Außengewindeabschnitt (7) angeordnet ist; und - dass die Verbindungseinrichtung (8) eine Überwurfmutter (8A) aufweist, die auf den Außengewindebereich (7) aufgeschraubt ist und dabei zur Verspannung der Welle (2) und des Turbinenrades (5) den Wellenabsatz (4) hintergreift, wobei die Überwurfmutter (8A) einen Haltebereich (8C) aufweist, der im Montagezustand den Wellenabsatz (4) hintergreift.
Läufer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Welle (2) und dem Turbinenrad (5) eine erste Zentriereinrichtung (13, 14) und/oder zweite Zentriereinrichtung (16) und/oder dritte Zentrierung (2, 8C) vorgesehen ist.
Läufer nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Formschlusseinrichtung, die zumindest eine Bohrung durch die Überwurfmutter (8A) und in die Welle (2) umfasst, in die ein Stift eingebracht und gesichert ist.
Läufer nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Formschlusseinrichtung, die zumindest eine Bohrung durch die Überwurfmutter (8A) und in das Turbinenrad (5) aufweist, in die ein Stift eingebracht und gesichert ist.
Läufer nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Stoffschlusseinrichtung, die radiale oder axiale Bohrungen in die Überwurfmutter (8A) aufweist, die nach dem Verspannen von Welle (2) und Turbinenrad (5) mit der Welle (2) verschweißt wird.