EP2066887A1 - Element zur erzeugung eines magnetfeldes - Google Patents

Element zur erzeugung eines magnetfeldes

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EP2066887A1
EP2066887A1 EP07820439A EP07820439A EP2066887A1 EP 2066887 A1 EP2066887 A1 EP 2066887A1 EP 07820439 A EP07820439 A EP 07820439A EP 07820439 A EP07820439 A EP 07820439A EP 2066887 A1 EP2066887 A1 EP 2066887A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnet
magnetic field
enclosure
generating
compressor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07820439A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Ante
Markus Gilch
Stephan Heinrich
Andreas Ott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Aumovio Germany GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2066887A1 publication Critical patent/EP2066887A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/02—Arrangement of sensing elements
    • F01D17/06—Arrangement of sensing elements responsive to speed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/234—Laser welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/304—Spool rotational speed

Definitions

  • the invention relates to a magnetic field generating element comprising an annular skirt for receiving an annular magnet rotating with a turbo shaft, the magnet being supported in the skirt such that the skirt mechanically stabilizes and guides the magnet.
  • An exhaust gas turbocharger consists essentially of a compressor and a turbine, which are connected to a common shaft and rotate at the same speed.
  • the turbine converts the normally useless exhausting energy of the exhaust gas into rotational energy and drives the compressor.
  • the compressor which is also referred to as a compressor in this context, draws in fresh air and promotes the pre-compressed air to the individual cylinders of the engine.
  • the larger amount of air in the cylinders can be fed an increased amount of fuel, whereby the internal combustion engine gives more power.
  • the combustion process is also favorably influenced, so that the internal combustion engine achieves a better overall efficiency.
  • the torque curve of an internal combustion engine charged with a turbocharger can be made extremely favorable.
  • the maximum permissible rotational speed of the combination of the turbine wheel, the compressor wheel and the turbo shaft which is also referred to as the running gear of the exhaust gas turbocharger
  • the running gear of the exhaust gas turbocharger In an inadmissible exceeding the speed of the running gear this would be destroyed, which amounts to a total loss of the turbocharger.
  • modern and small turbochargers with significantly smaller turbine and Kompressorrad matmessern, which have a significantly lower moment of inertia improved spin performance are affected by the problem of exceeding the maximum permissible speed.
  • Waste gate valve and passes a portion of the exhaust gas mass flow past the turbine This consumes less power due to the reduced mass flow, and the compressor performance decreases to the same extent.
  • the boost pressure and the speed of the turbine wheel and the compressor wheel are reduced.
  • this control is relatively sluggish, since the pressure build-up occurs at a speed overrun of the running tool with a time offset. Therefore, the speed control for the turbocharger with the boost pressure monitoring in the high-dynamic range (load change) must intervene by correspondingly early charge pressure reduction, which leads to a loss of efficiency.
  • the not yet published German patent application with the registration file 10 2004 052 695.8 discloses an exhaust gas turbocharger with a sensor at the compressor end of the turbo shaft for direct measurement of the speed of the turbo shaft.
  • the sensor is here passed through the compressor housing and directed to an element for varying a magnetic field.
  • the element for varying the magnetic field is designed here as a permanent magnet.
  • a permanent magnet is difficult to fix on the turbo shaft, as it rotates at a very high speed and makes any unbalance adversely noticeable.
  • the object of the present invention is therefore to provide an element for generating a magnetic field, with an annular enclosure for receiving an annular, rotating with a turbo shaft magnet, which securely fixes the magnet and leads and is also inexpensive and low effort to produce.
  • spot welding is designed as laser welding.
  • Laser welding is a modern and efficient welding method that allows the welding spot to be produced with high precision.
  • the enclosure is designed as a metal enclosure.
  • a metal bezel can be very thin-walled and yet it is able to absorb the high forces that occur during the rapid rotation of the magnet around the axis of the turbo shaft.
  • the collar When the collar is formed as an element for mounting the compressor wheel on the turbo shaft, it performs a dual function, which is particularly economical.
  • the enclosure is designed as a cap nut.
  • the enclosure advantageously directs the air flow in the air inlet of the compressor to the compressor wheel. A vortex formation in the air flow is avoided, which has a positive effect on the efficiency of the turbocharger.
  • the magnet contains at least one metal from the group of rare earths, wherein it is particularly advantageous if the magnet contains the metals iron and neodymium. It has been shown that iron-neodymium magnets are particularly well connected by a spot weld with the enclosure.
  • Figure 1 an exhaust gas turbocharger with a turbine and a
  • Compressor Figure 2: the compressor in a sectional view
  • Figure 3 the element for generating the magnetic field.
  • FIG. 1 shows an exhaust gas turbocharger 1 with a turbine 2 and a compressor 3.
  • the compressor wheel 9 is rotatably mounted and connected to the turbo shaft 5.
  • the turbo shaft 5 is rotatably mounted and connected at its other end to the turbine wheel 4.
  • the combination of compressor wheel 9, turbo shaft 5 and turbine wheel 4 is also referred to as a running tool.
  • Hot exhaust gas is admitted into the turbine 2 via the turbine inlet 7 by an internal combustion engine (not shown here), with the turbine wheel 4 being set in rotation.
  • the exhaust gas flow leaves the turbine 2 through the turbine outlet 8.
  • the turbine wheel 4 is connected to the compressor wheel 9.
  • the turbine 2 drives the compressor 3.
  • air is sucked through the air inlet 16, which is then compressed in the compressor 3 and supplied via the air outlet 6 of the internal combustion engine.
  • Figure 2 shows the compressor 3 in a sectional view.
  • the compressor wheel 9 In the compressor housing 21, the compressor wheel 9 can be seen.
  • the compressor wheel 9 is mounted on the turbo shaft 5 with the fastener 11.
  • the fastening element 11 For example, may be a cap nut, which is screwed onto a thread applied to the turbo shaft 5, to clamp the compressor 9 against a covenant of the turbo shaft 5 with this firmly.
  • an element 17 for generating a magnetic field is composed of a permanent magnet 13 and a case 14.
  • the magnet 13 has a north pole N and a south pole S.
  • the element 17 for generating the magnetic field rotates with the rotation of the turbo shaft 5 with this about the axis of rotation of the turbo shaft 5.
  • the element 17 generates a change of the magnetic field magnetic field strength or the magnetic field gradient in the sensor 15.
  • This change in the magnetic field or the field gradient generates an electronically processable signal in the sensor 15, which is proportional to the rotational speed of the turbo shaft 5.
  • the sensor 15 for detecting the change in the magnetic field or the field gradient may contain, for example, a Hall element, a magnetoresistive element or a coil.
  • Figure 3 shows the element 17 for generating the magnetic field with the enclosure 10 and the magnet 13.
  • the enclosure 10 is formed here as a fastening element 11.
  • the magnet 13 is arranged.
  • the magnet 13 is formed as a permanent magnet.
  • the magnet 13 is fitted in the enclosure 10 and connected to the enclosure 10 with spot welds 12.
  • the braze 12 fix the position of the magnet 13 in the enclosure 10.
  • the enclosure 10 rotates with the magnet 13 at a very high speed about the axis of the turbo shaft 5. Since the magnet 13 is usually made of very brittle material, a cause small material weakness in the magnet 13 to the destruction of the magnetic material.
  • the skirt 10 prevents fragments of the magnet 13 from entering the air inlet 16 of the compressor 3.
  • the magnet 13 Due to the spot welds 12, the magnet 13 can be connected to the enclosure 10 very quickly and with little effort. Bonding of the magnet 13 to the skirt 10, as known from the prior art, has considerable disadvantages, since the adhesives take a very long time to cure and also outgas for a long time. By using spot welds 12 to connect the magnet 13 to the skirt 10, the manufacture of the skirt is greatly simplified and accelerated, resulting in significant cost savings. In addition, spot welds 12 do not change their properties during operation of the enclosure within a turbocharger 1. Adhesive compounds, however, age over time, which could, for example, cause the magnet 13 is no longer securely fixed in its position in the enclosure 10. In addition, the bonding process of spot welding works without additional materials, which has an advantageous effect on the execution of the bonding process.
  • FIG. 3 furthermore shows a protective cap 14, which can also be designed as a hat and with which the magnet 13 is protected from aggressive media in the air inlet 16 of the compressor 3.
  • the protective cap 14 is connected to the enclosure 10 by being welded to the enclosure 10, for example.
  • the magnet 13 in the enclosure 10 can not be securely fixed in position and he can rotate relative to the enclosure 10, whereby no reliable detection of the speed of the turbo shaft 5 is more possible.
  • the fusion of the metal of the enclosure 10 with that of the magnet 13, on the other hand, takes place permanently and thus ensures the functionality of the element 17 for generating a magnetic field over its entire service life.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Element zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mit einer ringförmigen Einfassung zur Aufnahme eines ringförmigen, mit einer Turbowelle rotierenden Magneten, wobei der Magnet in der Einfassung derartig gelagert ist, dass die Einfassung den Magnet mechanisch stabilisiert und führt. Um ein Element zur Erzeugung eines Magnetfeldes anzugeben, das den Magnet sicher fixiert und führt, ist der Magnet mit der Einfassung durch mindestens eine Punktschweißung verbunden.

Description

Beschreibung
Element zur Erzeugung eines Magnetfeldes
Die Erfindung betrifft ein Element zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mit einer ringförmigen Einfassung zur Aufnahme eines ringförmigen, mit einer Turbowelle rotierenden Magneten, wobei der Magnet in der Einfassung derartig gelagert ist, dass die Einfassung den Magnet mechanisch stabilisiert und führt.
Eine viel genutzte technische Lösung zur Steigerung der Leistung einer Brennkraftmaschine ist die Aufladung. Damit bezeichnet man die Vorverdichtung der Verbrennungsluft durch einen Abgasturbolader oder auch mittels eines vom Motor mechanisch angetriebenen Verdichters. Ein Abgasturbolader besteht im Wesentlichen aus einem Verdichter und einer Turbine, die mit einer gemeinsamen Welle verbunden sind und mit der gleichen Drehzahl rotieren. Die Turbine setzt die normaler- weise nutzlos verpuffende Energie des Abgases in Rotationsenergie um und treibt den Verdichter an. Der Verdichter, der in diesem Zusammenhang auch als Kompressor bezeichnet wird, saugt Frischluft an und fördert die vorverdichtete Luft zu den einzelnen Zylindern des Motors. Der größeren Luftmenge in den Zylindern kann eine erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt werden, wodurch die Verbrennungskraftmaschine mehr Leistung abgibt. Der Verbrennungsvorgang wird zudem günstig beein- flusst, so dass die Verbrennungskraftmaschine einen besseren Gesamtwirkungsgrad erzielt. Darüber hinaus kann der Drehmo- mentverlauf einer mit einem Turbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine äußerst günstig gestaltet werden.
Bei Brennkraftmaschinen mit einem großen Betriebsdrehzahlbereich, zum Beispiel bei Brennkraftmaschinen für Personen- kraftwagen, wird schon bei niedrigen Motordrehzahlen ein hoher Ladedruck gefordert. Dafür wird bei diesen Turboladern ein Ladedruckregelventil, ein so genanntes Waste-Gate-Ventil, eingeführt. Durch die Wahl eines entsprechenden Turbinengehäuses wird schon bei niedrigen Motordrehzahlen schnell ein hoher Ladedruck aufgebaut. Das Waste-Gate-Ventil begrenzt dann bei steigender Motordrehzahl den Ladedruck auf einen gleich bleibenden Wert.
Bei zunehmender Abgasmenge kann die maximal zulässige Drehzahl der Kombination aus dem Turbinenrad, dem Kompressorrad und der Turbowelle, die auch als Laufzeug des Abgasturbola- ders bezeichnet wird, überschritten werden. Bei einer unzulässigen Überschreitung der Drehzahl des Laufzeuges würde dieses zerstört werden, was einem Totalschaden des Turboladers gleichkommt. Gerade moderne und kleine Turbolader mit deutlich kleineren Turbinen- und Kompressorraddurchmessern, die durch ein erheblich kleineres Massenträgheitsmoment ein verbessertes Drehbeschleunigungsverhalten aufweisen, werden vom Problem der Überschreitung der zulässigen Höchstdrehzahl betroffen. Je nach Auslegung des Turboladers führt schon eine Überschreitung der Drehzahlgrenze um etwa 5 % zur kompletten Zerstörung des Turboladers.
Zur Drehzahlbegrenzung haben sich die Waste-Gate-Ventile bewährt, die zum Beispiel von einem aus dem erzeugten Ladedruck resultierenden Signal angesteuert werden. Überschreitet der Ladedruck einen vorgegebenen Schwellwert, so öffnet das
Waste-Gate-Ventil und leitet einen Teil des Abgasmassenstroms an der Turbine vorbei. Diese nimmt wegen des verringerten Massenstroms weniger Leistung auf, und die Kompressorleistung geht in gleichem Maße zurück. Der Ladedruck und die Drehzahl des Turbinenrades und des Kompressorrades werden verringert. Diese Regelung ist jedoch relativ träge, da der Druckaufbau bei einer Drehzahlüberschreitung des Laufzeuges mit einem zeitlichen Versatz erfolgt. Deshalb muss die Drehzahlregelung für den Turbolader mit der Ladedrucküberwachung im hochdyna- mischen Bereich (Lastwechsel) durch entsprechend frühzeitige Ladedruckreduzierung eingreifen, was zu einem Wirkungsgradverlust führt. Die noch nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 10 2004 052 695.8 offenbart einen Abgasturbolader mit einem Sensor am kompressorseitigen Ende der Turbowelle zur direkten Messung der Drehzahl der Turbowelle. Der Sensor wird hier durch das Kompressorgehäuse geführt und auf ein Element zur Variation eines Magnetfeldes gerichtet. Das Element zur Variation des Magnetfeldes ist hier als Permanentmagnet ausgebildet. Ein Permanentmagnet ist jedoch auf der Turbowelle nur schwer zu befestigen, da diese mit einer sehr hohen Drehzahl rotiert und sich jede Unwucht nachteilig bemerkbar macht.
Es ist bekannt, den Permanentmagnet in eine Einfassung einzukleben, um ein Ablösen von Magnetmaterial vom Magneten zu verhindern. Dies hat den Nachteil, dass der Klebstoff ausgast und sehr lange Zeit benötigen, um vollständig auszuhärten. Aus der JP 10-206447 ist ein Element zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mit einer ringförmigen Einfassung zur Aufnahme eines ringförmigen, mit einer Turbowelle rotierenden Magneten bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Element zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mit einer ringförmigen Einfassung zur Aufnahme eines ringförmigen, mit einer Turbo- welle rotierenden Magneten anzugeben, das den Magnet sicher fixiert und führt und zudem kostengünstig und aufwandsarm herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des un- abhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass der ringförmige Magnet mit der ringförmigen Einfassung durch mindestens eine Punktschweißung verbunden ist, wird eine sehr kostengünstige und schnell herstellbare Verbindung zwischen der Einfassung und dem Magneten möglich. Entgegen der unter Fachleuten vorherrschenden Meinung, dass das Punktschweißen von Magnetmaterial nicht möglich ist, zeigte sich für den Fall der Verbindung des ringförmigen Magneten mit der ringförmigen Einfassung, dass durch die Punkt- schweißung eine dauerhafte Lagefixierung des Magneten in der Einfassung erreicht wird. Dies liegt daran, dass die Verbin- düng zwischen dem Magneten und der Einfassung nicht auf Zug, Druck oder Torsion belastet wird, wobei die Punktschweißstellen jedoch das Verdrehen des Magneten in der Einfassung wirksam verhindern. Durch diese Lagefixierung der Magneten in der Einfassung kann vollständig auf die Verwendung von Klebstof- fen verzichtet werden. Damit kommt es nicht mehr zum Ausgasen des Klebstoffes und die Verbindung zwischen dem Magneten und der Einfassung kann sehr schnell hergestellt werden, weil keine Aushärtezeit, wie sie bei der Verwendung von Klebstoff notwendig wären, erforderlich ist.
Bei einer Weiterbildung ist die Punktschweißung als Laser- schweißung ausgebildet. Das Laserschweißen ist eine moderne und effiziente Schweißmethode, bei der der Schweißpunkt mit hoher Präzision erzeugt werden kann.
Bei einer nächsten Weiterbildung ist die Einfassung als Metalleinfassung ausgebildet. Ein Metalleinfassung lässt sich sehr dünnwandig ausbilden und sie ist dennoch in der Lage die hohen Kräfte aufzunehmen, die bei der schnellen Drehung des Magneten um die Achse der Turbowelle auftreten.
Wenn die Einfassung als Element zur Befestigung des Kompressorrades an der Turbowelle ausgebildet ist, erfüllt sie ein Doppelfunktion, was besonders wirtschaftlich ist.
Bei einer Ausgestaltung ist die Einfassung als Hutmutter ausgebildet. Damit lenkt die Einfassung den Luftstrom im Luft- einlass des Kompressors vorteilhaft zum Kompressorrad. Eine Wirbelbildung im Luftstrom wird vermieden, was sich positiv auf den Wirkungsgrad des Turboladers auswirkt. Bei einer nächsten Ausgestaltung enthält der Magnet zumindest ein Metall aus der Gruppe der seltenen Erden, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn der Magnet die Metalle Eisen und Neodym enthält. Es hat sich gezeigt, dass sich Eisen-Neodym Magnete besonders gut durch eine Punktschweißung mit der Einfassung verbinden lassen.
Ausführungsformen der Erfindung werden in den Figuren beispielhaft dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 : einen Abgasturbolader mit einer Turbine und einem
Kompressor, Figur 2: den Kompressor in einer Schnittdarstellung
Figur 3: das Element zur Erzeugung des Magnetfeldes.
Figur 1 zeigt einen Abgasturbolader 1 mit einer Turbine 2 und einem Kompressor 3. In dem Kompressor 3 ist das Kompressorrad 9 drehbar gelagert und mit der Turbowelle 5 verbunden. Auch die Turbowelle 5 ist drehbar gelagert und an ihrem anderen Ende mit dem Turbinenrad 4 verbunden. Die Kombination aus Kompressorrad 9, Turbowelle 5 und Turbinenrad 4 wird auch als Laufzeug bezeichnet. Über den Turbineneinlass 7 wird heißes Abgas von einer hier nicht dargestellten Verbrennungskraftma- schine in die Turbine 2 eingelassen, wobei das Turbinenrad 4 in Drehung versetzt wird. Der Abgasstrom verlässt die Turbine 2 durch den Turbinenauslass 8. Über die Turbowelle 5 ist das Turbinenrad 4 mit dem Kompressorrad 9 verbunden. Damit treibt die Turbine 2 den Kompressor 3 an. In den Kompressor 3 wird Luft durch den Lufteinlass 16 eingesaugt, die dann im Kompressor 3 verdichtet und über den Luftauslass 6 der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.
Figur 2 zeigt den Kompressor 3 in einer Schnittdarstellung. In dem Kompressorgehäuse 21 ist das Kompressorrad 9 zu erkennen. Das Kompressorrad 9 ist auf der Turbowelle 5 mit dem Befestigungselement 11 befestigt. Das Befestigungselement 11 kann zum Beispiel eine Hutmutter sein, die auf ein auf der Turbowelle 5 aufgebrachtes Gewinde aufgeschraubt wird, um das Kompressorrad 9 gegen einen Bund der Turbowelle 5 mit dieser fest zu verspannen. Zwischen dem Befestigungselement 11 und dem Kompressorrad 9 befindet sich ein Element 17 zur Erzeugung eines Magnetfeldes. Hier ist das Element 17 zur Erzeugung des Magnetfeldes aus einem Permanentmagnet 13 und einer Einfassung 14 aufgebaut. Der Magnet 13 hat einen Nordpol N und einen Südpol S. Das Element 17 zur Erzeugung des Magnet- feldes dreht sich bei der Rotation der Turbowelle 5 mit dieser um die Rotationsachse der Turbowelle 5. Dabei erzeugt das Element 17 zur Erzeugung des Magnetfeldes eine Änderung der magnetischen Feldstärke bzw. des magnetischen Feldgradienten in dem Sensor 15. Diese Änderung des Magnetfeldes bzw. des Feldgradienten erzeugt im Sensor 15 ein elektronisch verarbeitbares Signal, das proportional zur Drehzahl der Turbowelle 5 ist. Der Sensor 15 zur Erfassung der Änderung des Magnetfeldes bzw. des Feldgradienten kann zum Beispiel ein Hallelement, ein magnetoresistives Element oder eine Spule ent- halten.
Figur 3 zeigt das Element 17 zur Erzeugung des Magnetfeldes mit der Einfassung 10 und dem Magnet 13. Die Einfassung 10 ist hier als Befestigungselement 11 ausgebildet. In der Ein- fassung 10 ist der Magnet 13 angeordnet. Der Magnet 13 ist als Dauermagnet ausgebildet. Der Magnet 13 ist in die Einfassung 10 eingepasst und mit Punktschweißungen 12 mit der Einfassung 10 verbunden. Die Punktschweißungen 12 fixieren die Lage des Magneten 13 in der Einfassung 10. Die Einfassung 10 dreht sich mit dem Magneten 13 mit sehr hoher Drehzahl um die Achse der Turbowelle 5. Da der Magnet 13 in der Regel aus sehr sprödem Material gefertigt ist, kann eine kleine Materialschwäche im Magnet 13 zur Zertrümmerung des Magnetmaterials führen. Die Einfassung 10 verhindert, dass Bruchstücke des Magneten 13 in den Lufteinlass 16 des Kompressors 3 gelangen. Durch die Punktschweißungen 12 lässt sich der Magnet 13 sehr schnell und aufwandsarm mit der Einfassung 10 verbinden. Eine Verklebung des Magneten 13 mit der Einfassung 10, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, weist erhebliche Nachteile auf, da die Klebemittel sehr lange Zeit benötigen um auszuhärten und auch über einen langen Zeitraum ausgasen. Durch die Verwendung von Punktschweißungen 12 zur Verbindung des Magneten 13 mit der Einfassung 10 wird die Herstellung der Einfassung wesentlich vereinfacht und beschleunigt, was zu deutlichen Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus verän- dern Punktschweißungen 12 ihre Eigenschaften im Laufe des Betriebes der Einfassung innerhalb eines Turboladers 1 nicht. Klebeverbindungen hingegen altern im Laufe der Zeit, was zum Beispiel dazu führen könnte, dass der Magnet 13 nicht mehr sicher in seiner Lage in der Einfassung 10 fixiert ist. Dar- über hinaus kommt der Verbindungsprozess des Punktschweißens ohne zusätzliche Materialien aus, was sich vorteilhaft bei der Ausführung des Verbindungsprozesses auswirkt.
Figur 3 zeigt weiterhin eine Schutzkappe 14, die auch als Hut ausgebildet sein kann und mit der der Magnet 13 vor aggressiven Medien im Lufteinlass 16 des Kompressors 3 geschützt wird. Dazu wird die Schutzkappe 14 mit der Einfassung 10 verbunden, indem sie zum Beispiel an die Einfassung 10 angeschweißt wird.
Es sei noch einmal deutlich darauf hingewiesen, dass die Fachwelt davon ausgegangen ist, dass das Verschweißen, insbesondere das Punktschweißen, von Magnetmaterial mit anderen metallischen Materialien nicht möglich ist oder zu äußerst instabilen Ergebnissen führt. Entgegen dieser allgemein in der Fachwelt verbreiteten Auffassung zeigte sich, dass der Permanentmagnet 13 in einer Einfassung 10, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, sehr wohl mit ausreichender Festigkeit und Langlebigkeit fixiert werden kann, indem Punktschweißstellen 12 zum Beispiel im Laserschweißverfahren erzeugt werden. Diese Punktschweißungen 12 verhindern nämlich das Verdrehen des Magneten 13 relativ zur Einfassung 10 effektiv, müssen aber keine weiteren Belastungen aufnehmen. Klebestellen hingegen können ihre Klebeeigenschaften im Laufe der zeit verlieren, wenn der Kleber chemisch altert. Dann kann der Magnet 13 in der Einfassung 10 nicht mehr sicher in seiner Lage fixiert werden und er kann sich relativ zur Einfassung 10 drehen, wodurch keine sichere Erfassung der Drehzahl der Turbowelle 5 mehr möglich ist. Das Verschmelzen des Metalls der Einfassung 10 mit dem des Magneten 13 hingegen erfolgt dauerhaft und sichert somit die Funktionsfähigkeit des Elementes 17 zur Er- zeugung eines Magnetfeldes über seine gesamte Lebensdauer.

Claims

Patentansprüche
1. Element (17) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mit einer ringförmigen Einfassung (10) zur Aufnahme eines ringförmi- gen, mit einer Turbowelle (5) rotierenden Magneten (13), wobei der Magnet (13) in der Einfassung (10) derartig ge¬ lagert ist, dass die Einfassung (10) den Magnet (13) me¬ chanisch stabilisiert und führt, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Magnet (13) mit der Ein- fassung (10) durch mindestens eine Punktschweißung (12) verbunden ist.
2. Element (17) zur Erzeugung eines Magnetfeldes nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Punktschweißung (12) als Laserschweißung ausgebildet ist.
3. Element (17) zur Erzeugung eines Magnetfeldes nach An¬ spruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass die Einfassung (10) als Metalleinfassung ausgebildet ist.
4. Element (17) zur Erzeugung eines Magnetfeldes nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass die Einfassung (10) als Element (11) zur Be¬ festigung des Kompressorrades (9) an der Turbowelle (5) ausgebildet ist.
5. Element (17) zur Erzeugung eines Magnetfeldes nach mindes- tens einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einfassung (10) als Hutmutter ausgebildet ist.
6. Element (17) zur Erzeugung eines Magnetfeldes nach mindes- tens einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Magnet (13) zumindest ein Metall aus der Gruppe der seltenen Erden enthält.
7. Element (17) zur Erzeugung eines Magnetfeldes nach mindes¬ tens einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Magnet (13) die Me¬ talle Eisen und Neodym enthält.
EP07820439A 2006-09-21 2007-09-21 Element zur erzeugung eines magnetfeldes Withdrawn EP2066887A1 (de)

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