EP0903465A1 - Compressor wheel-shaft connection for high speed turbomachinery - Google Patents
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- EP0903465A1 EP0903465A1 EP97810685A EP97810685A EP0903465A1 EP 0903465 A1 EP0903465 A1 EP 0903465A1 EP 97810685 A EP97810685 A EP 97810685A EP 97810685 A EP97810685 A EP 97810685A EP 0903465 A1 EP0903465 A1 EP 0903465A1
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/70—Disassembly methods
Definitions
- the invention relates to a compressor wheel attachment for high-speed turbomachinery according to the preamble of claim 1.
- Compressor wheels of turbomachinery are either non-positive or positive connected to their drive shaft. With increasing pressure conditions and consequently with increasing operating torques and high peripheral speeds is a positive torque transmission, i.e. a form-fitting Shaft-hub connection of the compressor wheel advantageous.
- a positive compressor wheel attachment is known from EP 05 22 630 B1, which is realized by means of a multi-spline shaft. With this solution it is Lifespan of the shaft-hub connection due to the insertion through the keyways Notches restricted. In addition, additional centering elements are required which increase the cost of the compressor wheel. As a result of the manufacturing-related Such a shaft-hub connection must have inaccuracies of multi-spline shafts always be balanced as a unit, the parts being identical for the purpose Reassembly must be marked accordingly. So the stake is of the compressor wheel with another, not balanced together with this Wave not possible. However, this is a crucial disadvantage when servicing.
- Positive compressor wheel attachments using a thread are both from US 3,961,867 and also from WO 93/022778.
- the loosening torques required for disassembly reach double the Operating torque.
- Such forces can only be achieved using special tools or be applied by means of a transmission gear.
- a there is another disadvantage of fastening the compressor wheel by means of a thread in that when assembling the compressor wheel the first with the shaft thread touching areas of the hub thread up to their End position must travel a relatively long way on the shaft thread.
- the invention tries to avoid all of these disadvantages. You have the task based on a safe and reproducible compressor wheel attachment for high-speed To create turbo machines, which also have an improved torque transmission owns.
- both in the through hole of the compressor wheel arranged hub cone as well as the corresponding one Shaft cone each have an average diameter and these mean diameters at an axial distance from the center of mass of the compressor wheel are arranged, which is at least half the middle Corresponds to diameters.
- the through hole of the hub is on the shaft side of the hub cone is at least partially designed as a cylindrical bore.
- the hub and shaft cones i.e. the real ones Fastening elements, outside the center of gravity of the compressor wheel. Therefore are essential in the fastening area of the compressor wheel to record minor stresses due to centrifugal forces or thermal expansion, so that the widening of the hub cone can be significantly reduced. This means that compressor wheel attachment can be secured even at high speeds will be realized.
- the cylindrical bore arranged on the shaft side serves as Centering seat for the compressor wheel.
- the through bore of the hub on both sides of the hub cone is particularly advantageous at least partially formed as a cylindrical bore, the second, i.e. the cylindrical bore on the compressor side is an assembly aid.
- the compressor wheel has one on its rear wall connecting sleeve on the shaft side for the shaft journal.
- the distance can be particularly suitable for internally mounted turbochargers the fasteners from the center of gravity of the compressor wheel be further enlarged. This leads to an improved compressor wheel attachment, which allows higher speeds without risk.
- a flat surface is advantageous on the mounting sleeve and a corresponding plan stop is formed on the shaft. So that both clear axial positioning as well as good concentricity of the compressor wheel reached.
- the shaft journal is formed at least in two parts and consists of the shaft cone as well as one with the centering seat, i.e. with the shaft-side cylindrical Bore, corresponding shaft collar.
- the shaft journal is formed at least in three parts. He points to that additionally a cylindrical shaft end, which pre-rivets the compressor wheel serves to position it on the shaft journal. As a result of this There is no radial displacement when the compressor wheel is pre-centered of the shaft and the hub cone against each other, so that a Damage to the actual fasteners can be avoided. Ultimately, this leads to an improved shaft-hub connection and thus an increased service life of the compressor wheel.
- the receiving device is particularly advantageous of the shaft journal in the shaft end, with a two-part shaft journal however arranged in the shaft cone.
- the receiving devices are as internal threads formed, the internal thread of the shaft end or the shaft cone is smaller than the internal thread of the hub.
- the assembly / disassembly tool is different as a differential screw with two external threads Incline trained. The one that corresponds to the smaller slope corresponds External thread with the internal thread of the hub and the one with the larger one Inclined external thread with the internal thread of the shaft end or the shaft cone.
- the differential screw or its differential thread serves both as an assembly / disassembly tool as well as for axially securing the compressor wheel the wave. Accordingly, no additional assembly / disassembly tools are required.
- the hub cone is on the compressor side the center of gravity of the compressor wheel. This will make it Compressor wheel less stressed by centrifugal forces or thermal expansion than with the arrangement of the hub cone in the center of mass. With this, in particular suitable for the external storage of turbochargers Widening of the hub cone is reduced even further and thus the fastening of the Compressor wheel can be further improved. In addition, a smaller axial length reached.
- the exhaust gas turbocharger mainly consists of a radial compressor Compressor 1 and an exhaust gas turbine, not shown, which on a common shaft 2 are arranged.
- the radial compressor 1 has a compressor housing 3, in which a compressor wheel 4 is rotatably mounted on the shaft 2.
- the compressor wheel 4 has one with a large number of blades 5 Hub 6 on.
- the hub 6 is a central shaft 7 receiving the shaft 2 Through hole 8 introduced (Fig. 1).
- the through hole 8 is partially designed as a hub cone 9 with a polygonal base 10 (Fig. 2).
- the shaft journal 7 takes one corresponding to the hub cone 9 Wave cone 11, which in turn also has a polygonal Base area 12 has.
- the hub 6 of the compressor wheel 4 is equipped on the shaft side with a rear wall 13. On the compressor side of the rear wall 13, the compressor wheel 4 has a center of mass 14.
- the through hole 8 is on both sides of the hub cone 9 formed as a cylindrical bore 15, 16. Both holes 15, 16 are coaxial to an axis 17 of the through hole 8.
- the solution according to the invention can also be used with an exhaust gas turbocharger can be used with a compressor 1 designed as an axial compressor (not shown).
- the exhaust gas turbocharger has an inner bearing, i.e. between the turbine or between its likewise not shown Housing and the compressor housing 3 is a bearing housing 18 with an axial / radial bearing 19 arranged in which the shaft 2 is rotatably mounted.
- a fastening bushing 20 on the shaft side the shaft journal 7.
- the shaft 2 has a corresponding face stop 22.
- Either the hub cone 9 and the shaft cone 11 are in the mounting sleeve 20 arranged.
- the axial / radial bearing 19 consists of a on the bearing housing 18 by means of screws 26 fixed and therefore fixed bearing body 27 and a non-rotatable with the shaft 2 connected bearing comb 28. That becomes the compressor wheel 4 Axial / radial bearing 19 from an intermediate element designed as an auxiliary bearing disc 29 completed, which compressor side another stop 30 for has the mounting sleeve 20. Between the bearing housing 18 and the Compressor housing 3, an intermediate wall 31 is arranged and by means of fastening screws 32 fixed to the bearing housing 18. The intermediate wall 31 takes the Fastening sleeve 20 of the hub 6 of the compressor wheel 4 and is opposite this is sealed, for example, by means of a labyrinth seal (not shown).
- the shaft journal 7 is in three parts and consists of a cylindrical shaft end 33, the shaft cone 11 and a cylindrical one adjoining the shaft 2 Wave collar 34.
- the shaft cone has on the shaft end 33 side 11 its smallest diameter (Fig. 1).
- Both the shaft end 33 of the shaft journal 7 and the hub 6 are on their end on the compressor side, each with an internal thread Receiving device 35, 36 for an assembly / disassembly tool designed as a differential screw 37 of the compressor wheel 4 provided.
- the differential screw 37 has two external threads 38, 39 different Size and different slope.
- the larger external thread 38 has the smaller pitch and corresponds to the internal thread 36 of the hub 6, while the one with the larger pitch is smaller External thread 39 cooperates with the internal thread 35 of the shaft end 33.
- the differential screw 37 has a hexagon socket Recording 40 for an actuator, not shown.
- the differential screw 37 is first about a third screwed into the compressor wheel 4. Then will the compressor wheel 4 pushed over the cylindrical shaft end 33 until the differential screw 37 with its smaller external thread 39 on the internal thread 35 of the shaft end 33 abuts. Then the differential screw 37 with the help of Actuating element rotated until the compressor wheel 4 with its flat surface 21 is present at stop 30. At this point, the reverse thrust serving as the tread of the axial / radial bearing 19 auxiliary bearing plate 29 between the face stop 22 of the shaft 2 and the face surface 21 of the compressor wheel 4 trapped.
- the exhaust gas turbocharger also has an internal storage.
- the shaft journal is 7, however, only formed in two parts and consists of the shaft cone 11 and from the corresponding with the shaft-side cylindrical bore 16 Wavy collar 34 (Fig. 3).
- an appropriately adapted assembly / disassembly tool 37 ' i.e. a extended differential screw is used.
- the exhaust gas turbocharger has an upstream the compressor wheel 4 arranged external bearing, of which only one bearing housing 18 'are shown with a seal 41.
- Both the hub cone 9 and the shaft cone 11 are formed on the compressor-side end of the compressor wheel 4.
- the two cylindrical bores 15, 16 of the hub 6 are on the shaft side the hub cone 9 is arranged. They have the same diameter and go into each other at the center of gravity 14 of the compressor wheel 4.
- Of the Shaft journal 7 is in three parts and consists of a cylindrical shaft end 33 ' for receiving a mounting / securing element designed as a threaded bush 37 '', the shaft cone 11 and a cylindrical one adjoining the shaft 2 Wavy collar 34 '.
- the shaft collar 34 ' In contrast to the first embodiment corresponds the shaft collar 34 'therefore has two cylindrical bores 15, 16 the hub 6. On the shaft side of the hub cone 9, the hub 6 has a flat surface 21 ' on, which with a correspondingly designed plan stop 22 'of the shaft collar 34 'cooperates (Fig. 4).
- the compressor wheel 4 is first pushed onto the shaft journal 7 and then by means of the threaded bush 37 '' on the shaft cone 11 raised.
- the threaded bush 37 '' on the shaft cone 11 raised.
Landscapes
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Verdichterradbefestigung für schnellaufende Turbomaschinen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a compressor wheel attachment for high-speed turbomachinery according to the preamble of claim 1.
Verdichterräder von Turbomaschinen werden entweder kraft- oder formschlüssig mit ihrer Antriebswelle verbunden. Bei steigenden Druckverhältnissen und folglich bei zunehmenden Betriebsdrehmomenten sowie grossen Umfangsgeschwindigkeiten ist eine formschlüssige Drehmomentübertragung, d.h. eine formschlüssige Wellen-Naben-Verbindung des Verdichterrades vorteilhaft.Compressor wheels of turbomachinery are either non-positive or positive connected to their drive shaft. With increasing pressure conditions and consequently with increasing operating torques and high peripheral speeds is a positive torque transmission, i.e. a form-fitting Shaft-hub connection of the compressor wheel advantageous.
Aus der EP 05 22 630 B1 ist eine formschlüssige Verdichterradbefestigung bekannt, welche mittels einer Mehrkeilwelle realisiert wird. Bei dieser Lösung ist die Lebensdauer der Wellen-Naben-Verbindung wegen der durch die Keilnuten eingebrachten Kerben eingeschränkt. Zudem sind zusätzliche Zentrierelemente erforderlich, welche die Kosten des Verdichterrades erhöhen. Infolge der herstellungsbedingten Ungenauigkeiten von Mehrkeilwellen muss eine solche Wellen-Naben-Verbindung immer als Einheit ausgewuchtet werden, wobei die Teile zwecks identischer Wiedermontage entsprechend zu markieren sind. Demnach ist der Einsatz des Verdichterrades mit einer anderen, nicht gemeinsam mit diesem ausgewuchteten Welle nicht möglich. Dies ist jedoch ein entscheidender Nachteil im Servicefall.A positive compressor wheel attachment is known from EP 05 22 630 B1, which is realized by means of a multi-spline shaft. With this solution it is Lifespan of the shaft-hub connection due to the insertion through the keyways Notches restricted. In addition, additional centering elements are required which increase the cost of the compressor wheel. As a result of the manufacturing-related Such a shaft-hub connection must have inaccuracies of multi-spline shafts always be balanced as a unit, the parts being identical for the purpose Reassembly must be marked accordingly. So the stake is of the compressor wheel with another, not balanced together with this Wave not possible. However, this is a crucial disadvantage when servicing.
Formschlüssige Verdichterradbefestigungen mittels eines Gewindes sind sowohl aus der US 3,961,867 als auch aus der WO 93/022778 bekannt. Nachteilig sind dabei ebenfalls herstellungsbedingte Ungenauigkeiten des Gewindes. Ausserdem erfordern die bei Verdichterrädern auffretenden hohen Betriebsdrehmomente hohe Anzieh- bzw. Lösemomente. Insbesondere bei grösseren Verdichterrädern erreichen die zur Demontage erforderlichen Lösemomente das Doppelte des Betriebsdrehmoments. Solche Kräfte können nur mittels Spezialwerkzeugen bzw. mittels eines Übersetzungsgetriebes aufgebracht werden. Dies erhöht jedoch deutlich den zur Demontage von Verdichterrädern erforderlichen Aufwand. Ein weiterer Nachteil der Befestigung des Verdichterrades mittels eines Gewindes besteht darin, dass bei der Montage des Verdichterrades die zuerst mit dem Wellengewinde in Berührung kommenden Bereiche des Nabengewindes bis zu ihrer Endlage einen relativ langen Weg auf dem Wellengewinde zurücklegen müssen. Weil die beteiligten Gewinde kaum Spiel haben ergibt sich eine relativ starke Pressung zwischen den einzelnen Gewindeteilen, d.h. in einem Bereich ohne jegliche Schmierung. In der Folge kommt es zum sogenannten Anfressen bzw. zur Verformung der Gewinde, so dass bei jeder neuen Montage andere Ergebnisse erreicht werden. Demnach ist eine solche Verbindung nicht ausreichend reproduzierbar. Zudem handelt es sich bei diesen Lösungen um Verdichterräder mit einer Sackbohrung, die bezüglich ihrer Wellen-Naben-Verbindung nicht mit Verdichterrädern verglichen werden können, die eine Durchgangsbohrung besitzen.Positive compressor wheel attachments using a thread are both from US 3,961,867 and also from WO 93/022778. Are disadvantageous manufacturing inaccuracies of the thread. Furthermore require the high operating torques generated by compressor wheels high tightening or loosening torques. Especially with larger compressor wheels the loosening torques required for disassembly reach double the Operating torque. Such forces can only be achieved using special tools or be applied by means of a transmission gear. However, this increases clearly the effort required to dismantle compressor wheels. A there is another disadvantage of fastening the compressor wheel by means of a thread in that when assembling the compressor wheel the first with the shaft thread touching areas of the hub thread up to their End position must travel a relatively long way on the shaft thread. Because the threads involved have little play, the result is a relatively strong one Pressure between the individual thread parts, i.e. in an area without any Lubrication. As a result, so-called erosion or Deformation of the threads so that different results are obtained with each new assembly can be achieved. Such a connection is therefore not sufficiently reproducible. In addition, these solutions are compressor wheels with a Blind bore that does not have compressor wheels with regard to its shaft-hub connection can be compared that have a through hole.
Gemäss den "Informationen über die Anwendung von Polygon-Verbindungen", der Firma FORTUNA-WERKE Maschinenfabrik AG, Stuttgart-Bad Cannstatt, sind eine Stirnritzelwelle und ein Verdichterlaufrad für das Gebläse einer Kühlanlage bekannt. Zur drehfesten Verbindung des Verdichterrades auf der Welle weisen beide Bauteile ein konisches Profil mit einer polygonartigen Grundfläche auf, wobei der Wellenkonus auf dem Wellenende angeordnet ist. Der Wellen- und der Nabenkonus, d.h. die eigentliche Verbindungsstelle von Welle und Verdichterrad, sind verdichterseitig der Rückwand des Verdichterrades und damit im Massenschwerpunkt des Verdichterrades angeordnet. Dieser Bereich höchster Spannungskonzentration erfährt beim Betrieb des Turboladers zwangsläufig die grösste Aufweitung, so dass die Sicherheit der Verbindung mit steigender Umfangsgeschwindigkeit des Verdichterrades sinkt. Schnellaufende Turbomaschinen, wie beispielsweise Turbolader, erreichen Umfangsgeschwindigkeiten von 500 m/s und darüber. Derartige Umfangsgeschwindigkeiten stellen wesentlich höhere Anforderungen an die Drehmomentübertragung und an die Sicherheit der Wellen-Naben-Verbindung. Diese Anforderungen können mit dem herkömmlichen Stand der Technik nicht erfüllt werden.According to the "Information on the use of polygon connections", from FORTUNA-WERKE Maschinenfabrik AG, Stuttgart-Bad Cannstatt a spur pinion shaft and a compressor impeller for the blower of a cooling system known. Point to the non-rotatable connection of the compressor wheel on the shaft both components have a conical profile with a polygonal base, whereby the shaft cone is arranged on the shaft end. The wave and the Hub cone, i.e. the actual connection point between the shaft and the compressor wheel, are on the compressor side of the rear wall of the compressor wheel and thus in the center of mass arranged of the compressor wheel. This area of highest stress concentration inevitably experiences the largest when the turbocharger is in operation Widening, so that the security of the connection with increasing peripheral speed of the compressor wheel drops. High-speed turbo machines, such as for example turbochargers, reach peripheral speeds of 500 m / s and about that. Such peripheral speeds place significantly higher demands the torque transmission and the safety of the shaft-hub connection. These requirements can be met with the conventional state of the art Technology cannot be met.
Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere und reproduzierbare Verdichterradbefestigung für schnelllaufende Turbomaschinen zu schaffen, welche zudem eine verbesserte Drehmomentübertragung besitzt.The invention tries to avoid all of these disadvantages. You have the task based on a safe and reproducible compressor wheel attachment for high-speed To create turbo machines, which also have an improved torque transmission owns.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass sowohl der in der Durchgangsbohrung des Verdichterrades angeordnete Nabenkonus als auch der damit korrespondierende Wellenkonus jeweils einen mittleren Durchmesser aufweisen und diese mittleren Durchmesser in einem axialen Abstand vom Massenschwerpunkt des Verdichterrades angeordnet sind, welcher zumindest den halben mittleren Durchmessern entspricht. Dabei ist die Durchgangsbohrung der Nabe wellenseitig des Nabenkonus zumindest teilweise als eine zylindrische Bohrung ausgebildet.According to the invention this is achieved in that both in the through hole of the compressor wheel arranged hub cone as well as the corresponding one Shaft cone each have an average diameter and these mean diameters at an axial distance from the center of mass of the compressor wheel are arranged, which is at least half the middle Corresponds to diameters. The through hole of the hub is on the shaft side of the hub cone is at least partially designed as a cylindrical bore.
Bei dieser Anordnung liegen der Naben- und der Wellenkonus, d.h. die eigentlichen Befestigungselemente, ausserhalb des Massenschwerpunktes des Verdichterrades. Deshalb sind im Befestigungsbereich des Verdichterrades wesentlich kleinere Beanspruchungen durch Fliehkräfte bzw. Wärmedehnungen zu verzeichnen, so dass die Aufweitung des Nabenkonus deutlich verringert werden kann. Somit kann eine auch bei hohen Drehzahlen sichere Verdichterradbefestigung realisiert werden. Die wellenseitig angeordnete, zylindrische Bohrung dient als Zentriersitz für das Verdichterrad. With this arrangement, the hub and shaft cones, i.e. the real ones Fastening elements, outside the center of gravity of the compressor wheel. Therefore are essential in the fastening area of the compressor wheel to record minor stresses due to centrifugal forces or thermal expansion, so that the widening of the hub cone can be significantly reduced. This means that compressor wheel attachment can be secured even at high speeds will be realized. The cylindrical bore arranged on the shaft side serves as Centering seat for the compressor wheel.
Besonders vorteilhaft ist die Durchgangsbohrung der Nabe beidseitig des Nabenkonus zumindest teilweise als eine zylindrische Bohrung ausgebildet, wobei die zweite, d.h. die verdichterseitige zylindrische Bohrung eine Montagehilfe darstellt.The through bore of the hub on both sides of the hub cone is particularly advantageous at least partially formed as a cylindrical bore, the second, i.e. the cylindrical bore on the compressor side is an assembly aid.
In einer ersten Ausführungsform weist das Verdichterrad eine an seine Rückwand wellenseitig anschliessende Befestigungsbüchse für den Wellenzapfen auf. Dabei sind der Nabenkonus in der Befestigungsbüchse und die zylindrischen Bohrungen beidseitig, d.h. wellen- bzw. verdichterseitig des Nabenkonus angeordnet. Mit dieser insbesondere für innengelagerte Turbolader geeigneten Lösung kann der Abstand der Befestigungselemente vom Massenschwerpunktes des Verdichterrades weiter vergrössert werden. Dies führt zu einer verbesserten Verdichterradbefestigung, welche gefahrlos noch höhere Drehzahlen zulässt.In a first embodiment, the compressor wheel has one on its rear wall connecting sleeve on the shaft side for the shaft journal. Here are the hub cone in the mounting sleeve and the cylindrical bores on both sides, i.e. arranged on the shaft or compressor side of the hub cone. With this The distance can be particularly suitable for internally mounted turbochargers the fasteners from the center of gravity of the compressor wheel be further enlarged. This leads to an improved compressor wheel attachment, which allows higher speeds without risk.
Wellenseitig der Nabe sind an der Befestigungsbüchse vorteilhaft eine Planfläche und an der Welle ein entsprechender Plananschlag ausgebildet. Damit werden sowohl eine eindeutige axiale Positionierung als auch eine gute Rundlaufgenauigkeit des Verdichterrades erreicht.On the shaft side of the hub, a flat surface is advantageous on the mounting sleeve and a corresponding plan stop is formed on the shaft. So that both clear axial positioning as well as good concentricity of the compressor wheel reached.
Der Wellenzapfen ist zumindest zweiteilig ausgebildet und besteht aus dem Wellenkonus sowie einem mit dem Zentriersitz, d.h. mit der wellenseitigen zylindrischen Bohrung, korrespondierenden Wellenbund. Alternativ zur zweiteiligen Ausbildung ist der Wellenzapfen zumindest dreiteilig ausgebildet. Dazu weist er zusätzlich ein zylindrisches Wellenende auf, welches der Vorzentrietung des Verdichterrades bei dessen Positionierung auf dem Wellenzapfen dient. Infolge dieser Vorzentrierung tritt bei der Montage des Verdichterrades keine radiale Verschiebung des Wellen- und des Nabenkonus gegeneinander auf, so dass eine Beschädigung der eigentlichen Befestigungselemente vermieden werden kann. Letztlich führt dies zu einer verbesserten Wellen-Naben-Verbindung und damit zu einer erhöhten Standzeit des Verdichterrades.The shaft journal is formed at least in two parts and consists of the shaft cone as well as one with the centering seat, i.e. with the shaft-side cylindrical Bore, corresponding shaft collar. Alternatively to the two-part Training, the shaft journal is formed at least in three parts. He points to that additionally a cylindrical shaft end, which pre-rivets the compressor wheel serves to position it on the shaft journal. As a result of this There is no radial displacement when the compressor wheel is pre-centered of the shaft and the hub cone against each other, so that a Damage to the actual fasteners can be avoided. Ultimately, this leads to an improved shaft-hub connection and thus an increased service life of the compressor wheel.
In der Durchgangsbohrung des Verdichterrades und im Wellenzapfen ist zumindest jeweils eine Aufnahmeeinrichtung für ein Montage-/Demontagewerkzeug angeordnet. Dadurch kann das Verdichterrad von der Verdichterseite aus relativ leicht montiert bzw. demontiert werden. Besonders vorteilhaft ist die Aufnahmeeinrichtung des Wellenzapfens im Wellenende, bei einem zweiteiligen Wellenzapfen jedoch im Wellenkonus, angeordnet. Die Aufnahmeeinrichtungen sind als Innengewinde ausgebildet, wobei das Innengewinde des Wellenendes bzw. des Wellenkonus kleiner ist, als das Innengewinde der Nabe. Das Montage-/Demontagewerkzeug ist als Differentialschraube mit zwei Aussengewinden unterschiedlicher Steigung ausgebildet. Dabei korrespondieren das mit der kleineren Steigung ausgebildete Aussengewinde mit dem Innengewinde der Nabe und das mit der grösseren Steigung ausgebildete Aussengewinde mit dem Innengewinde des Wellenendes bzw. des Wellenkonus.At least in the through hole of the compressor wheel and in the shaft journal one mounting device each for an assembly / disassembly tool arranged. This allows the compressor wheel to be relative from the compressor side can be easily assembled or disassembled. The receiving device is particularly advantageous of the shaft journal in the shaft end, with a two-part shaft journal however arranged in the shaft cone. The receiving devices are as internal threads formed, the internal thread of the shaft end or the shaft cone is smaller than the internal thread of the hub. The assembly / disassembly tool is different as a differential screw with two external threads Incline trained. The one that corresponds to the smaller slope corresponds External thread with the internal thread of the hub and the one with the larger one Inclined external thread with the internal thread of the shaft end or the shaft cone.
Die Differentialschraube bzw. deren Differentialgewinde dient sowohl als Montage-/Demontagewerkzeug als auch zur axialen Sicherung des Verdichterrades auf der Welle. Demnach sind keine zusätzlichen Montage-/Demontagewerkzeuge erforderlich.The differential screw or its differential thread serves both as an assembly / disassembly tool as well as for axially securing the compressor wheel the wave. Accordingly, no additional assembly / disassembly tools are required.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der Nabenkonus verdichterseitig des Massenschwerpunktes des Verdichterrades angeordnet. Dadurch wird das Verdichterrad durch Fliehkräfte bzw. Wärmedehnungen weit weniger beansprucht als bei der Anordnung des Nabenkonus im Massenschwerpunkt. Bei dieser, insbesondere für die Aussenlagerung von Turboladern geeigneten Lösung kann die Aufweitung des Nabenkonus noch stärker reduziert und somit die Befestigung des Verdichterrades weiter verbessert werden. Zudem wird eine geringere axiale Baulänge erreicht.In a second embodiment of the invention, the hub cone is on the compressor side the center of gravity of the compressor wheel. This will make it Compressor wheel less stressed by centrifugal forces or thermal expansion than with the arrangement of the hub cone in the center of mass. With this, in particular suitable for the external storage of turbochargers Widening of the hub cone is reduced even further and thus the fastening of the Compressor wheel can be further improved. In addition, a smaller axial length reached.
Bei dieser Lösung ist an der Nabe, verdichterseitig des Massenschwerpunktes, eine Planfläche ausgebildet und die Welle weist einen entsprechenden Plananschlag auf. In diesem Bereich des Verdichterrades treten die im Vergleich zu anderen Bereichen niedrigsten Temperaturen auf, so dass keine grossen Flächenpressungen durch axiale Wärmedehnungen zu erwarten sind. Daher kann die Lebensdauer der Wellen-Naben-Verbindung erhöht werden.With this solution, at the hub, on the compressor side of the center of gravity, a plane surface is formed and the shaft has a corresponding plan stop on. In this area of the compressor wheel they occur in comparison other areas at the lowest temperatures, so that no large surface pressures are to be expected from axial thermal expansion. Therefore the service life of the shaft-hub connection can be increased.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand des Verdichters eines Abgasturboladers dargestellt.In the drawing, several embodiments of the invention are based on the Compressor of an exhaust gas turbocharger shown.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Teillängsschnitt durch einen innengelagerten Abgasturbolader, im Bereich des Verdichterrades;
- Fig. 2
- einen Schnitt II-II durch das Verdichterrad gemäss Fig. 1, im Bereich des Wellenkonus (vergrössert dargestellt);
- Fig. 3
- einen Teillängsschnitt durch einen innengelagerten Abgasturbolader, entsprechend einem zweite Ausführungsbeispiel;
- Fig. 4
- einen Teillängsschnitt durch einen aussengelagerten Abgasturbolader, im Bereich des Verdichterrades.
- Fig. 1
- a partial longitudinal section through an internally mounted exhaust gas turbocharger, in the region of the compressor wheel;
- Fig. 2
- a section II-II through the compressor wheel according to Figure 1, in the region of the shaft cone (shown enlarged).
- Fig. 3
- a partial longitudinal section through an internally mounted exhaust gas turbocharger, according to a second embodiment;
- Fig. 4
- a partial longitudinal section through an externally mounted exhaust gas turbocharger, in the area of the compressor wheel.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise die Turbinenseite des Abgasturboladers und die mit letzterem verbundene Brennkraftmaschine.Only the elements essential for understanding the invention are shown. The turbine side of the exhaust gas turbocharger, for example, is not shown and the internal combustion engine connected to the latter.
Der Abgasturbolader besteht hauptsächlich aus einem als Radialverdichter ausgebildeten
Verdichter 1 und einer nicht dargestellten Abgasturbine, welche auf einer
gemeinsamen Welle 2 angeordnet sind. Der Radialverdichter 1 besitzt ein Verdichtergehäuse
3, in dem ein Verdichterrad 4 drehbar auf der Welle 2 gelagert ist.
Das Verdichterrad 4 weist eine mit einer Vielzahl von Laufschaufeln 5 besetzte
Nabe 6 auf. In die Nabe 6 ist eine zentrale, einen Wellenzapfen 7 der Welle 2 aufnehmende
Durchgangsbohrung 8 eingebracht (Fig. 1). Die Durchgangsbohrung 8
ist teilweise als Nabenkonus 9 mit einer polygonartigen Grundfläche 10 ausgebildet
(Fig. 2). Der Wellenzapfen 7 nimmt einen mit dem Nabenkonus 9 korrespondierenden
Wellenkonus 11 auf, welcher seinerseits ebenfalls über eine polygonartige
Grundfläche 12 verfügt.The exhaust gas turbocharger mainly consists of a radial compressor
Compressor 1 and an exhaust gas turbine, not shown, which on a
Die Nabe 6 des Verdichterrades 4 ist wellenseitig mit einer Rückwand 13 ausgestattet.
Verdichterseitig der Rückwand 13 besitzt das Verdichterrad 4 einen Massenschwerpunkt
14. Die Durchgangsbohrung 8 ist beidseitig des Nabenkonus 9
als zylindrische Bohrung 15, 16 ausgebildet. Beide Bohrungen 15, 16 sind koaxial
zu einer Achse 17 der Durchgangsbohrung 8.The
Natürlich kann die erfindungsgemässe Lösung auch bei einem Abgasturbolader mit einem als Axialverdichter ausgebildeten Verdichter 1 angewendet werden (nicht dargestellt).Of course, the solution according to the invention can also be used with an exhaust gas turbocharger can be used with a compressor 1 designed as an axial compressor (not shown).
In einem ersten Ausführungsbeispiel besitzt der Abgasturbolader eine Innenlagerung,
d.h. zwischen der Turbine bzw. zwischen deren ebenfalls nicht dargestellten
Gehäuse und dem Verdichtergehäuse 3 ist ein Lagergehäuse 18 mit einem Axial-/Radiallager
19 angeordnet, in welchem die Welle 2 drehbar gelagert ist. An die
Rückwand 13 der Nabe 6 schliesst wellenseitig eine Befestigungsbüchse 20 für
den Wellenzapfen 7 an. Während die Befestigungsbüchse 20 mit einer Planfläche
21 abschliesst, weist die Welle 2 einen entsprechenden Plananschlag 22 auf. Sowohl
der Nabenkonus 9 als auch der Wellenkonus 11 sind in der Befestigungsbüchse
20 angeordnet. Sie weisen jeweils einen mittleren Durchmesser 23, 24 auf
und sind in einem axialen Abstand 25 vom Massenschwerpunkt 14 des Verdichterrades
4 angeordnet, welcher zumindest ihrem halben mittleren Durchmesser
23, 24 entspricht. Aufjeder Seite des Nabenkonus 9 ist jeweils eine der zylindrischen
Bohrungen 15, 16 ausgebildet.In a first embodiment, the exhaust gas turbocharger has an inner bearing,
i.e. between the turbine or between its likewise not shown
Housing and the
Das Axial-/Radiallager 19 besteht aus einem am Lagergehäuse 18 mittels Schrauben
26 fixierten und daher feststehenden Lagerkörper 27 sowie aus einem drehfest
mit der Welle 2 verbundenen Lagerkamm 28. Zum Verdichterrad 4 wird das
Axial-/Radiallager 19 von einem als Hilfslagerscheibe ausgebildeten Zwischenelement
29 abgeschlossen, welches verdichterseitig einen weiteren Anschlag 30 für
die Befestigungsbüchse 20 aufweist. Zwischen dem Lagergehäuse 18 und dem
Verdichtergehäuse 3 ist eine Zwischenwand 31 angeordnet und mittels Befestigungsschrauben
32 am Lagergehäuse 18 fixiert. Die Zwischenwand 31 nimmt die
Befestigungsbüchse 20 der Nabe 6 des Verdichterrades 4 auf und ist gegenüber
dieser beispielsweise mittels einer Labyrinthdichtung abgedichtet (nicht dargestellt).The axial /
Der Wellenzapfen 7 ist dreiteilig und besteht aus einem zylindrischen Wellenende
33, dem Wellenkonus 11 und einem an die Welle 2 anschliessenden, zylindrischen
Wellenbund 34. Auf der Seite des Wellenendes 33 besitzt der Wellenkonus
11 seinen kleinsten Durchmesser (Fig. 1).The
Sowohl das Wellenende 33 des Wellenzapfens 7 als auch die Nabe 6 sind an ihrem
verdichterseitigen Ende mit jeweils einer als Innengewinde ausgebildeten
Aufnahmeeinrichtung 35, 36 für ein als Differentialschraube ausgebildetes Montage-/Demontagewerkzeug
37 des Verdichterrades 4 versehen. Dazu ist das Innengewinde
35 des Wellenendes 33 kleiner ausgebildet als das Innengewinde 36 der
Nabe 6. Die Differentialschraube 37 besitzt zwei Aussengewinde 38, 39 unterschiedlicher
Grösse und unterschiedlicher Steigung. Das grössere Aussengewinde
38 weist die kleinere Steigung auf und korrespondiert mit dem Innengewinde
36 der Nabe 6, während das mit der grösseren Steigung ausgestattete, kleinere
Aussengewinde 39 mit dem Innengewinde 35 des Wellenendes 33 zusammenwirkt.
Zudem weist die Differentialschraube 37 eine als Innensechskant ausgebildete
Aufnahme 40 für ein nicht dargestelltes Betätigungselement auf.Both the
Natürlich ist es möglich, das grössere Aussengewinde 38 mit der grösseren und
das kleinere Aussengewinde 39 mit der kleineren Steigung zu versehen, was bei
der Montage ein gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Lösung entgegengesetztes
Drehen des Montage-/Demontagewerkzeuges 37 erfordert. Selbstverständlich
kann auch ein anderes Montage-/Demontagewerkzeug 37 für das Verdichterrad 4
eingesetzt werden, beispielsweise eine hydraulische Vorrichtung.Of course, it is possible to use the larger
Bei der Montage des Verdichterrades 4 wird zunächst die Differentialschraube 37
zu zirka einem Drittel in das Verdichterrad 4 eingeschraubt. Anschliessend wird
das Verdichterrad 4 über das zylindrische Wellenende 33 geschoben, bis die Differentialschraube
37 mit ihrem kleineren Aussengewinde 39 am Innengewinde 35
des Wellenendes 33 anliegt. Danach wird die Differentialschraube 37 mit Hilfe des
Betätigungselementes so lange gedreht, bis das Verdichterrad 4 mit seiner Planfläche
21 am Anschlag 30 ansteht. Zu diesem Zeitpunkt wird die bei Umkehrschub
als Lauffläche des Axial-/Radiallagers 19 dienende Hilfslagerscheibe 29 zwischen
dem Plananschlag 22 der Welle 2 und der Planfläche 21 des Verdichterrades 4
eingeklemmt. Während das Aufziehen des Verdichterrades 4 über die unterschiedliche
Steigung der Aussengewinde 38, 39 realisiert wird, kann durch die unterschiedlichen
Durchmesser der Aussengewinde 38, 39 eine Falschmontage der
Differentialschraube 37 und damit eine Beschädigung der Gewinde von vornherein
ausgeschlossen werden. Die Differentialschraube 37 verbleibt auch beim Betrieb
des Abgasturboladers in der Durchgangsbohrung 8 und bildet eine zusätzliche
axiale Sicherung für das Verdichterrad 4. Dazu wird das Betätigungselement
nach erfolgter Montage des Verdichterrades 4 aus dem Innensechskant 40 der
Differentialschraube 37 entfernt. Die Demontage des Verdichterrades 4 wird in
umgekehrter Reihenfolge vorgenommen.When installing the
Gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel besitzt der Abgasturbolader ebenfalls
eine Innenlagerung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Wellenzapfen
7 jedoch nur zweiteilig ausgebildet und besteht aus dem Wellenkonus
11 sowie aus dem mit der wellenseitigen zylindrischen Bohrung 16 korrespondierenden
Wellenbund 34 (Fig. 3). In diesem Fall ist die als Innengewinde ausgebildete
Aufnahmeeinrichtung 35 im Inneren des Wellenkonus 11 angeordnet, weshalb
ein entsprechend angepasstes Montage-/Demontagewerkzeug 37', d.h. eine
verlängerte Differentialschraube Verwendung findet. Damit wird eine alternative
Befestigungsvariante für das Verdichterrad 4 zur Verfügung gestellt, wobei die
Montage/Demontage analog dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt.According to a second exemplary embodiment, the exhaust gas turbocharger also has
an internal storage. In contrast to the first embodiment, the shaft journal is
7, however, only formed in two parts and consists of the
In einem dritten Ausführungsbeispiel besitzt der Abgasturbolader eine stromauf
des Verdichterrades 4 angeordnete Aussenlagerung, von der nur ein Lagergehäuse
18' mit einer Dichtung 41 dargestellt sind. Sowohl der Nabenkonus 9 als auch
der Wellenkonus 11 sind am verdichterseitigen Ende des Verdichterrades 4 ausgebildet.
Die beiden zylindrischen Bohrungen 15, 16 der Nabe 6 sind wellenseitig
des Nabenkonus 9 angeordnet. Sie weisen den gleichen Durchmesser auf und
gehen am Massenschwerpunkt 14 des Verdichterrades 4 ineinander über. Der
Wellenzapfen 7 ist dreiteilig und besteht aus einem zylindrischen Wellenende 33'
zur Aufnahme eines als Gewindebüchse ausgebildeten Montage-/Sicherungselements
37'', dem Wellenkonus 11 und einem an die Welle 2 anschliessenden, zylindrischen
Wellenbund 34'. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel korrespondiert
der Wellenbund 34' daher mit beiden zylindrischen Bohrungen 15, 16
der Nabe 6. Wellenseitig des Nabenkonus 9 weist die Nabe 6 eine Planfläche 21'
auf, welche mit einem entsprechend ausgebildeten Plananschlag 22' des Wellenbundes
34' zusammenwirkt (Fig. 4).In a third exemplary embodiment, the exhaust gas turbocharger has an upstream
the
Zur Montage wird das Verdichterrad 4 zunächst auf den Wellenzapfen 7 aufgeschoben
und anschliessend mittels der Gewindebüchse 37'' auf den Wellenkonus
11 aufgezogen. Wenn die Planfläche 21' mit dem Plananschlag 22' in Kontakt
kommt, ist die erforderliche Wellen-Naben-Verbindung hergestellt. For assembly, the
- 11
- Verdichtercompressor
- 22nd
- Wellewave
- 33rd
- VerdichtergehäuseCompressor housing
- 44th
- VerdichterradCompressor wheel
- 55
- LaufschaufelBlade
- 66
- Nabehub
- 77
- WellenzapfenShaft journal
- 88th
- DurchgangsbohrungThrough hole
- 99
- NabenkonusHub cone
- 1010th
- polygonartige Grundfläche, von 9polygonal base, from 9
- 1111
- WellenkonusShaft cone
- 1212th
- polygonartige Grundfläche, von 11polygonal base, from 11
- 1313
- Rückwand, von 6Back wall, from 6
- 1414
- Massenschwerpunkt, von 4Center of gravity, from 4
- 1515
- zylindrische Bohrungcylindrical bore
- 1616
- zylindrische Bohrung, Zentriersitzcylindrical bore, centering seat
- 1717th
- Achseaxis
- 1818th
- LagergehäuseBearing housing
- 1919th
- Axial-/RadiallagerAxial / radial bearings
- 2020th
- BefestigungsbüchseMounting sleeve
- 2121
- PlanflächeFlat area
- 2222
- PlananschlagPlanning stop
- 2323
- mittlerer Durchmesser, von 9medium diameter, from 9
- 2424th
- mittlerer Durchmesser, von 11medium diameter, from 11
- 2525th
- Abstand, axialDistance, axial
- 2626
- Schraubescrew
- 2727
- LagerkörperBearing body
- 2828
- Lagerkamm Storage comb
- 2929
- Zwischenelement, HilfslagerscheibeIntermediate element, auxiliary bearing washer
- 3030th
- Anschlagattack
- 3131
- ZwischenwandPartition
- 3232
- BefestigungsschraubeFastening screw
- 3333
- zylindrisches Wellenende, von 7cylindrical shaft end, from 7
- 3434
- zylindrischer Wellenbundcylindrical shaft collar
- 3535
- Aufnahmeeinrichtung, InnengewindeHolding device, internal thread
- 3636
- Aufnahmeeinrichtung, InnengewindeHolding device, internal thread
- 3737
- Montage-/Demontagewerkzeug, DifferentialschraubeAssembly / disassembly tool, differential screw
- 3838
- grösseres Aussengewinde, von 37 bzw. 37' (mit kleinerer Steigung)larger external thread, from 37 or 37 '(with a smaller pitch)
- 3939
- kleineres Aussengewinde, von 37 bzw. 37' (mit grösserer Steigung)smaller external thread, from 37 or 37 '(with a larger pitch)
- 4040
- Aufnahme, InnensechskantRecording, hexagon socket
- 4141
- Dichtungpoetry
- 18'18 '
- LagergehäuseBearing housing
- 21'21 '
- PlanflächeFlat area
- 22'22 '
- PlananschlagPlanning stop
- 33'33 '
- zylindrisches Wellenendecylindrical shaft end
- 34'34 '
- zylindrischer Wellenbundcylindrical shaft collar
- 37'37 '
- Montage-/Demontagewerkzeug, Differentialschraube (verlängert)Assembly / disassembly tool, differential screw (extended)
- 37''37 ''
- Montage-/Sicherungselement, GewindebüchseMounting / securing element, threaded bush
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