DE4445296C1 - Radial durchströmtes Laufrad für eine Strömungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein überwiegend radial durchströmtes Laufrad für eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen Radial­ verdichter, mit einer Nabe, die auf einem Teil ihrer Länge mittels eines Preßverbands mit einer durch sie hindurchgehenden Welle verbunden ist und die eine über ihrer Länge ungleiche Massenverteilung aufweist.

Anordnungen dieser Art ergeben sich beispielsweise bei Abgasturboladern mit einflutigem Radialverdichter, der einen zu seiner Mittelquerachse unsymmetrischen Längsschnitt aufweist. Bei derartigen Anordnungen, zum Beispiel gemäß der DE 41 41 41 427 A1, führen die bei hohen Drehzahlen auftretenden Fliehkräfte zu einer Dehnung der Nabe. Die Fliehkräfte und die Dehnung nehmen dabei mit zunehmender Massenkonzentration, also mit zunehmendem Durchmesser, zu. Die Folge davon ist, daß die Nabe ausgehend vom preßverbandfreien Bereich bis tief hinein in den Preßverband den Kontakt mit der Welle verliert. Durch Verlängerung der Nabe könnte dem zwar entgegengewirkt werden. Der hierfür erforderliche Platz ist jedoch in der Regel, insbesondere bei Abgasturboladern, nicht vorhanden. Es besteht daher die Gefahr, daß eine Störung des Planlaufs des Laufrads zu Auslenkungen des Laufrads gegenüber der Welle führt, wobei der Sitz der Nabe durch Schläge und durch Reibkorrosion beschädigt werden kann. Da bei den genannten Schlägen Metall auf Metall trifft, ergeben sich elastische Stöße, was aufgrund der metallischen Federwirkung zu einem Aufschaukeln der Auslenkungen des Laufrads und damit zu einer Verstärkung der oben genannten, lebensdauerschädlichen Nachteile sowie zu einem unruhigen Laufverhalten führen kann.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, daß trotz kompakter Bauweise eine vergleichsweise schonende Betriebsweise und ein ruhiges Laufverhalten erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem der größten Massenanhäufung zugeordneten, preßverbandfreien Endbereich der Nabe ein den Abstand zwischen Nabenbohrung und Wellenumfang überbrückender Dämpfungseinsatz vorgesehen ist.

Diese Maßnahmen stellen sicher, daß das im Falle einer Dehnung der Nabe sich ergebende Spiel auf den Betrag der Dehnung begrenzt ist. Hierdurch werden bereits größere Auslenkungen der Nabe gegenüber der Welle verhindert. Gleichzeitig ist sichergestellt, daß der Dämpfungseinsatz bei Verformung Energie aufnehmen kann. Es kommt daher in vorteilhafter Weise nicht zu elastischen Stößen, sondern vielmehr zu einer Stoßdämpfung, so daß ein Aufschaukeln der Auslenkungen des Laufrads unterbleibt und damit ein ruhiger Lauf sowie eine Schonung des Sitzes erreicht werden. Da der Dämpfungseinsatz im Bereich der Nabenbohrung angeordnet ist, ergibt sich in vorteilhafter Weise auch kein zusätzlicher Platzbedarf in axialer Richtung. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden somit die eingangs geschilderten Nachteile der bekannten Anordnungen vollständig vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann der Dämpfungseinsatz zweckmäßig als massiver Dämpfungsring ausgebildet sein. Dieser kann in vorteilhafter Weise als Drehteil hergestellt werden, was eine einfache Herstellung mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, daß der Dämpfungsring mit Schiebesitz auf einem zugeordneten, zylindrischen Bund der Welle aufgenommen ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Vormontage des Dämpfungsrings und gewährleistet dennoch eine einfache Montage des Laufrads.

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann der vorzugsweise als Dämpfungsring ausgebildete Dämpfungseinsatz ganz oder teilweise aus Polytetrafluorethylen bestehen. Dieses Material besitzt in vorteilhafter Weise sowohl gute Dämpfungseigenschaften als auch gute Gleiteigenschaften, so daß einer Schlag- und Reibkorrosion wirksam entgegengewirkt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung entnehmbar.

Die nachstehend beschriebene Zeichnung zeigt einen Teillängsschnitt durch einen Abgasturbolader mit einflutigem Radialverdichter.

Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise eines Abgasturboladers sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr. Der der Zeichnung zugrundeliegende Abgasturbolader besitzt eine in ihrem mittleren Längsbereich im Maschinengehäuse 1 gelagert Welle 2, die an ihren über die Lagerung auskragenden Enden ein hier nicht näher dargestelltes Turbinenlaufrad und ein Verdichterlaufrad 3 trägt. Dieses ist hier als Radialverdichterlaufrad ausgebildet, das eine zentrale Nabe 4 und auf dieser angeordnete, umfangsseitige Schaufeln 5 aufweist. Die Strömung wird durch das Laufrad 3 von der axialen Richtung in die radiale Richtung umgelenkt. Dem­ entsprechend nimmt der Durchmesser der Nabe 4 und der Schaufeln 5 in Strömungsrichtung zu, so daß sich ein zur Mittelquerachse des Laufrads 3 unsymmetrischer Längsschnitt und damit auch eine hierzu unsymmetrische Massenverteilung mit einer Massenanhäufung im Bereich des von der Einlaßseite abgewandten Endes der Nabe 4 ergibt.

Die Nabe 4 ist mittels eines konischen Preßverbands auf der Welle 2 befestigt. Hierzu ist eine konische Büchse 6 vorgesehen, die den Abstand zwischen der Bohrung der Nabe 4 und einem in diese eingreifenden, konischen Bereich der Welle 2 überbrückt. Die Büchse 6 wird von der dem kleineren Durchmesser der Nabe 4 zugeordneten Nabenstirnseite her hydraulisch eingepreßt. Die Büchse 6 ist kürzer als die Nabe 4 und endet dementsprechend mit Abstand vor der dem größten Nabendurchmesser zugeordneten Nabenstirnseite, so daß sich dort ein preßverbandfreier Bereich 7 ergibt.

In diesem preßverbandfreien Bereich 7 ist ein den Abstand zwischen dem Innenumfang der Nabe 4 und dem Außenumfang der Welle 2 überbrückender Dämpfungseinsatz, hier in Form eines massiven Dämpfungsrings 8 vorgesehen. Dieser ist von der dem größten Nabendurchmesser zugeordneten Nabenstirnseite her mit Schiebesitz in die Nabenbohrung eingesetzt. Die Bohrung des Dämpfungsrings 8 ist zylindrisch und ist mit Schiebesitz auf einem zugeordneten, an den konischen Abschnitt der Welle 2 anschließenden, zylindrischen Bund 9 der Welle 2 aufgenommen. Der wellenseitige Schiebesitz des Dämpfungsrings 8 erleichtert die Montage des Laufrads 3 samt Büchse 6 bei bereits vormontiertem Dämpfungsring 8.

Der Dämpfungsring 8 besteht aus einem Werkstoff, der durch Verformung Energie aufnehmen kann und gut gleitfähig ist. Die Verwendung von Poltetrafluorethylen gewährleistet diese Eigenschaften in hohem Maße.

Im Betrieb führen die an der Nabe 4 angreifenden Fliehkräfte zu einer Dehnung der Nabe 4, die so stark sein kann, daß die Nabe 4 bis in den dem Dämpfungsring 8 benachbarten Bereich des Preßverbands hinein den Kontakt mit der Welle verliert. Im Bereich des Dämpfungsrings 8 ergibt sich dabei ebenfalls ein der Dehnung entsprechendes Spiel. Bei Störungen des Planlaufs des Laufrads 3 können sich jedoch keine größeren Auslenkungen des Laufrads 3 ergeben, da diese vom Dämpfungsring 8 abgefangen und gedämpft werden, wodurch ein Aufschaukeln der Auslenkungen verhindert wird. Infolge der guten Gleitfähigkeit des zur Bildung des Dämpfungsrings 8 verwendeten Werkstoffs wird auch Reibkorrosion verhindert. Der Dämpfungsring 8 gewährleistet dementsprechend einen ruhigen Lauf und eine lange Lebensdauer.

Claims (7)

1. Überwiegend radial durchströmtes Laufrad für eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Radialverdichter mit einer Nabe (4), die auf einem Teil ihrer Länge mittels eines Preßverbandes mit einer durch sie hindurchgehenden Welle (2) verbunden ist und die eine über ihrer Länge ungleiche Massenverteilung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem der größten Massenanhäufung zugeordneten, preßverbandfreien Endbereich der Nabe (4) ein den Abstand zwischen Nabenbohrung und Umfang der Welle (2) überbrückender Dämpfungseinsatz vorgesehen ist.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungseinsatz als Dämpfungsring (8) ausgebildet ist.

3. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsring (8) als Massivring ausgebildet ist.

4. Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise als Dämpfungsring (8) ausgebildete Dämpfungseinsatz mit Schiebesitz auf einem zugeordneten, zylindrischen Bund (9) der Welle (2) aufgenommen ist.

5. Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise als Dämpfungsring (8) ausgebildete Dämpfungseinsatz mit Schiebesitz in die Nabe (4) eingesetzt ist.

6. Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise als Dämpfungsring (8) ausgebildete Dämpfungseinsatz aus einem Dämpfungs- und Gleiteigenschaften aufweisenden Werkstoff besteht.

7. Laufrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise als Dämpfungsring (8) ausgebildete Dämpfungseinsatz aus Polytetrafluorethylen besteht.