EP2167822A1 - Magnetisierte mutter zur befestigung eines kompressorrades eines abgasturboladers an der turbowelle und verfahren zur herstellung einer solchen - Google Patents

Magnetisierte mutter zur befestigung eines kompressorrades eines abgasturboladers an der turbowelle und verfahren zur herstellung einer solchen

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EP2167822A1
EP2167822A1 EP08759725A EP08759725A EP2167822A1 EP 2167822 A1 EP2167822 A1 EP 2167822A1 EP 08759725 A EP08759725 A EP 08759725A EP 08759725 A EP08759725 A EP 08759725A EP 2167822 A1 EP2167822 A1 EP 2167822A1
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EP
European Patent Office
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nut
magnetic material
magnetized
magnetized nut
cavity
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08759725A
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Johannes Ante
Stephan Heinrich
Markus Herrmann
Andreas Ott
Denny SCHÄDLICH
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material

Definitions

  • Magnetized nut for mounting a compressor wheel of an exhaust gas turbocharger on the turbo shaft and method for producing such
  • the invention relates to a magnetized nut for mounting a compressor wheel of an exhaust gas turbocharger on the turbo shaft, wherein the mother has a base body made of a non-magnetic material, which forms a cavity for receiving a magnetic material, and a method for producing the magnetized nut.
  • the power generated by an internal combustion engine depends on the air mass and the amount of fuel that can be provided to the engine for combustion.
  • the supplied amount of the combustion air and the fuel must be increased. This increase in performance is achieved in a naturally aspirated engine by increasing the displacement or by increasing the speed.
  • An increase in displacement leads but basically to heavier in size larger and therefore more expensive internal combustion engines.
  • the increase in the speed brings significant problems and disadvantages, especially for larger internal combustion engines and is limited for technical reasons.
  • An exhaust gas turbocharger consists essentially of a flow compressor and a turbine, which are connected to a common turbo shaft and rotate at the same speed.
  • the turbine converts the normally useless exhaust energy of the exhaust into rotational energy and drives the compressor.
  • the compressor also referred to in this context as a compressor, draws in fresh air and demands 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 a charged with a turbocharger internal combustion engine can be made extremely favorable.
  • Series suction engines existing at vehicle manufacturers can be substantially optimized by the use of an exhaust gas turbocharger without major constructive modifications to the internal combustion engine.
  • Charged internal combustion engines usually have a lower specific fuel consumption and have a lower pollutant emission.
  • turbocharged engines are quieter than naturally aspirated engines of the same power, since the turbocharger itself acts like an additional silencer.
  • a high charge pressure is required even at low engine speeds.
  • a wastegate valve a so-called wastegate valve
  • Turbinengehauses By choosing a suitable Turbinengehauses a high boost pressure is built quickly even at low engine speeds. The wastegate valve (waste gate valve) then limits the boost pressure to a constant value as the engine speed increases.
  • turbochargers with variable turbine geometry VVTG are used. In these turbochargers, the boost pressure is regulated by changing the turbine geometry.
  • turbocharger running tool As the amount of exhaust gas increases, the maximum permissible speed of the combination of the turbine wheel, the compressor wheel and the turbo shaft, which is also referred to as a turbocharger running tool, may be exceeded. In case of an impermissible exceeding of the speed of the running gear this was destroyed, which amounts to a total loss of the turbocharger. Especially modern and small turbochargers with significantly smaller turbine and Kompressorrad matmessern, which improved by a significantly smaller mass moment of inertia
  • the wastegate valves have been preserved, which are controlled according to the prior art by a signal resulting from the generated boost pressure signal. If the boost pressure exceeds a predetermined threshold value, then the wastegate valve opens and directs a portion of the exhaust gas mass flow past the turbine. This decreases because of the reduced exhaust gas mass flow less power, and the compressor power goes back to the same extent.
  • a turbocharger with a magnetic field generating element in which by means of an active sensor element, the Speed of the turbo shaft is detected.
  • the magnetic field generating element is formed as a magnetized nut for mounting a compressor wheel of an exhaust gas turbocharger on the turbo shaft.
  • the magnetized nut has a base made of a non-magnetic material forming a cavity for receiving a magnetic material.
  • the magnetic material is formed as a sintered permanent magnet, which is glued or welded into the cavity. The gluing or welding of the permanent magnet is expensive and leads to unbalanced mass distributions in the magnetized nut. Since the nut rotates together with the turbo shaft at very high speed, even the smallest errors in the mass balance have an extremely disadvantageous effect.
  • the object of the present invention is therefore to provide a magnetized nut, which is simple and inexpensive to produce, with the best possible mass balance in relation to the axis of rotation of the mother should be ensured.
  • This object is inventively solved by the fact that the magnetic material is inserted into the cavity in an injection molding process.
  • the magnetized nut can be made very easily, because no sintered permanent magnet must be glued or welded into the base body. Also, the imbalances resulting from the gluing or welding of the sintered permanent magnet do not arise in the case of the magnetized nut according to the invention.
  • any possible unequal mass distributions with respect to the axis of rotation of the magnetized nut (which is identical to the axis of rotation of the turbo shaft) can be compensated by the injected magnetic material. you Thus, the nut can balance with the magnetic material, which is a significant advantage over prior art magnetized nuts.
  • the cavity is annular.
  • the cavity has an undercut.
  • the undercut prevents the falling out of the magnetic material from the cavity after it has been injected into it and solidified.
  • the cavity on at least one of its walls on a circumferential toothing and / or the cavity has on at least one of its walls a circumferential a rough surface.
  • the magnetic material is epoxy bound NdFeeB powder.
  • Epoxy-bound NdFeeB powder can be sprayed well and cures in the cavity very firmly and long-term.
  • it can be excellently magnetized, whereby the magnetized nut can generate a magnetic field with high field strength.
  • the object is achieved in that the basic body is inserted into an injection mold and the magnetic material is injected into the cavity.
  • This is a very cost effective and efficient procedure that produces a high quality magnetized nut.
  • the magnetized mother can do a lot can be easily prepared because no sintered permanent magnet must be glued or welded into the base body.
  • the imbalances resulting from gluing or welding in of the sintered permanent magnet also do not arise in the method according to the invention for producing a magnetized nut.
  • the best possible uniform mass distribution in the magnetized nut with respect to the axis of rotation of the magnetized nut is produced during the injection of the magnetic material. As a result, any mass inequalities occurring in the body can be specifically compensated.
  • mass inequalities of the base body relative to the axis of rotation of the magnetized nut are compensated by the injection of the magnetic material. It is therefore possible to balance the nut with the spraying method according to the invention, which represents a significant advantage compared to the production method of magnetized nuts according to the prior art.
  • FIG. 2 shows an exhaust gas turbocharger with a sensor for measuring the rotational speed of the turbo shaft after
  • Fig. 3 a magnetized nut according to the prior
  • Fig. 7 a schematic representation of the method for producing the magnetized nut.
  • 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 turbine inlet 7 is hot exhaust gas from a not shown here
  • FIG. 2 shows the compressor 3 of an exhaust gas turbocharger 1 with a sensor 12 for measuring the rotational speed of the turbo shaft 5 according to the prior art.
  • the exhaust gas turbocharger 1 comprises a turbo shaft 5, on which the compressor wheel 9 is arranged.
  • the compressor wheel 9 is connected to the turbo shaft 5 with a magnetized nut 11.
  • the axis of rotation of the magnetized nut 11 is identical to that of the turbo shaft 5.
  • In the magnetized nut 11 is a sintered permanent magnet having a north pole N and a south pole S.
  • the permanent magnet is glued or welded into a cavity in the basic body of the magnetized nut 11.
  • the sensor 12 is arranged as a separate component in a recess of the compressor housing. For this purpose, a seal is provided which seals the compressor housing in the region of the sensor 12.
  • Figure 3 shows a magnetized nut 11 according to the prior art.
  • the basic body 14 of the magnetized nut 11 has a cavity 15, in which the sintered
  • Permanent magnet 13 is glued or welded. A magnetized nut 11 produced in this way must be reworked consuming, since the glued, sintered permanent magnet 13 usually generates an imbalance in the magnetized nut 11. Since the magnetized nut 11 rotates at very high speed with the turbo shaft 5 about its axis of rotation, any even the slightest mass imbalance generates high forces acting on the turboshaft 5. Such imbalances generate 5 bearing damage in the bearings of the turbo shaft, which can only be avoided if the mass imbalance on the turbo shaft 5 is costly balanced. Therefore, it is desirable to make all the parts rotating with the turbo shaft 5 with the largest possible mass balance with respect to the rotation axis. This is done by the invention
  • Magnetized nuts 11 produced by the method are shown in Figs.
  • Figure 4a shows a magnetized nut 11 in its view from below.
  • the magnetized nut 11 has a base body 14 with a cavity 15 into which the magnetic material 16 has been injected.
  • the base body 14 has ears 18 in which the hardened magnetic material 16 is firmly anchored. A rotation of the magnetic material 16 with respect to the base body 14 is thus excluded.
  • the magnetic material 16 may be injected such that with respect to the axis of rotation of the turbo shaft 5 all mass inequalities of the magnetized nut 11 are eliminated.
  • FIG. 4b A lateral section of the magnetized nut 11 is shown in FIG. 4b.
  • the turbo shaft 5 with the axis of rotation about which the basic body 14 is formed in an axially symmetrical manner can again be seen.
  • the base body 14 has a cavity 15 in which the magnetic material 16 is injected.
  • FIG. 4c shows the magnetized nut 11 in a top view.
  • the basic body can be seen, in which an engagement 21 is formed for a rotary tool, not shown here.
  • the engagement 21 for a Torx gleichel is shown here, wherein any other intervention for a turning tool is conceivable.
  • Figure 5 shows a further embodiment of the magnetized nut 11, wherein in Figure 5a again the view is shown from below.
  • the base body 14 has a cavity 15 into which the magnetic material 16 has been injected.
  • a toothing 17 is formed on the outer wall of the cavity 15.
  • the magnetic material 16 adapts its shape to the toothing 17 during the injection process.
  • the magnetic material 16 is securely fixed in the cavity 15 of the magnetized nut 11 in its position.
  • FIG. 5b A side view of the magnetized nut 11 known from FIG. 5a is shown in FIG. 5b. Evident is the Grundkorper 14 with the cavity 15 in which the magnetic material 16 is introduced. In this magnetized nut 11, the magnetic material 16 does not reach to the
  • Turbowelle 5 zoom The cavity 15 forms a partition between the magnetic material 16 and the turbo shaft fifth Figure 5c shows the top view of the magnetized nut 11.
  • the engagement 21 is in turn formed for a Torxwindtechnikmaschine. With a Torxeingriff 21 particularly high tightening torques can be transmitted to the magnetized nut 11.
  • FIG. 6a shows the plan view of a third embodiment of the magnetized nut 11.
  • the basic body 14 can be seen with the cavity 15 and the magnetic material 16 introduced therein.
  • an undercut 19 is indicated, which in turn serves to secure the position of the magnetic material 16 in the cavity 15 is trained.
  • FIG. 6 b also shows the undercut 19, which is formed on the basic body 14.
  • the introduced in the cavity 15 magnetic material 16 is fixed after its curing by the undercut 19 fixed in the cavity 15 of the base body 14 and can not slip out of this.
  • Figure 6c shows the top view of the magnetized nut 11 with the engagement 21 for a Torx gleichel.
  • FIG. 7 the method for producing the magnetized nut 11 is shown schematically.
  • the basic body 14 has the cavity 15, known from FIGS. 4 to 6, into which the magnetic material 16 is injected.
  • the spray nozzle 20 can be guided so that the unequal distributions of the mass of the magnetized nut 11 are balanced with respect to the axis of rotation of the turbo shaft 5, wherein in a manufacturing step, both the magnetic material 16 is introduced into the magnetized nut 11, as well as a balancing of Mass distribution of the magnetized nut 11 is achieved with respect to the axis of rotation of the turbo shaft.
  • the inventive method can be an excellent balanced, magnetized nut 11 very inexpensive and fast to produce.

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Abstract

Magnetisierte Mutter zur Befestigung eines Kompressorrades eines Abgasturboladers an der Turbowelle und Verfahren zur Herstellung einer solchen Die Erfindung betrifft eine magnetisierte Mutter zur Befestigung eines Kompressorrades eines Abgasturboladers an der Turbowelle, wobei die Mutter einen Grundkörper aus einem nichtmagnetischen Material aufweist, der einen Hohlraum zur Aufnahme eines magnetischen Materials bildet, sowie ein Verfahren zur Herstellung der magnetisierten Mutter. Um eine magnetisierte Mutter anzugeben, die einfach und kostengünstig herstellbar ist, wobei eine möglichst gute Massengleichverteilung im Bezug auf die Rotationsachse der Mutter gewährleistet sein soll, ist das magnetische Material in den Hohlraum in einem Spritzgussverfahren eingefügt.

Description

Beschreibung
Magnetisierte Mutter zur Befestigung eines Kompressorrades eines Abgasturboladers an der Turbowelle und Verfahren zur Herstellung einer solchen
Die Erfindung betrifft eine magnetisierte Mutter zur Befestigung eines Kompressorrades eines Abgasturboladers an der Turbowelle, wobei die Mutter einen Grundkorper aus einem nichtmagnetischen Material aufweist, der einen Hohlraum zur Aufnahme eines magnetischen Materials bildet, sowie ein Verfahren zur Herstellung der magnetisierten Mutter.
Die von einer Brennkraftmaschine erzeugte Leistung hangt von der Luftmasse und der Kraftstoffmenge ab, die der Maschine zur Verbrennung zur Verfugung gestellt werden kann. Um die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, muss die zugefuhrte Menge der Verbrennungsluft und des Kraftstoffs gesteigert werden. Diese Leistungssteigerung wird bei einem Saugmotor durch eine Hubraumvergroßerung oder durch die Erhöhung der Drehzahl erreicht. Eine Hubraumvergroßerung fuhrt aber grundsatzlich zu schwereren in den Abmessungen größeren und damit teureren Brennkraftmaschinen. Die Steigerung der Drehzahl bringt besonders bei größeren Brennkraftmaschinen erhebliche Probleme und Nachteile mit sich und ist aus technischen Gründen begrenzt.
Eine viel genutzte technische Losung 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 Stromungsverdichter und einer Turbine, die mit einer gemeinsamen Turbowelle verbunden sind und mit der gleichen Drehzahl rotieren. Die Turbine setzt die normalerweise 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 fordert 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 gunstig beeinflusst, so dass die Verbrennungskraftmaschine einen besseren Gesamtwirkungsgrad erzielt. Darüber hinaus kann der Drehmomentverlauf einer mit einem Turbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine äußerst gunstig gestaltet werden. Bei Fahrzeugherstellern vorhandene Seriensaugmotoren können durch den Einsatz eines Abgasturboladers ohne große konstruktive Eingriffe an der Brennkraftmaschine wesentlich optimiert werden. Aufgeladene Brennkraftmaschinen haben in der Regel einen geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauch und weisen eine geringere Schadstoffemission auf. Darüber hinaus sind turbogeladene Motoren leiser als Saugmotoren gleicher Leistung, da der Abgasturbolader selbst wie ein zusatzlicher Schalldampfer wirkt.
Für Brennkraftmaschinen mit einem großen Betriebsdrehzahlbereich, zum Beispiel für Pkw Brennkraftmaschinen, wird schon bei niedrigen Motordrehzahlen ein hoher Ladedruck gefordert. Dafür wird bei den Turboladern ein Ladedruckregelventil, ein so genanntes Waste-Gate-Ventil, eingeführt. Durch die Wahl eines entsprechenden Turbinengehauses wird schon bei niedrigen Motordrehzahlen schnell ein hoher Ladedruck aufgebaut. Das Ladedruckregelventil (Waste-Gate-Ventil) begrenzt dann bei steigender Motordrehzahl den Ladedruck auf einen gleich bleibenden Wert. Alternativ dazu kommen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) zum Einsatz . Bei diesen Turboladern wird der Ladedruck über die Veränderung der Turbinengeometrie reguliert. Bei zunehmender Abgasmenge kann die maximal zulassige Drehzahl der Kombination aus dem Turbinenrad, dem Kompressorrad und der Turbowelle, die auch als Laufzeug des Turboladers bezeichnet wird, überschritten werden. Bei einer unzulässigen Überschreitung der Drehzahl des Laufzeuges wurde 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 Massentragheitsmoment ein verbessertes
Drehbeschleunigungsverhalten aufweisen, werden vom Problem der Überschreitung der zulassigen Hochstdrehzahl betroffen. Je nach Ausfuhrung des Turboladers fuhrt schon eine Überschreitung der Drehzahlgrenze um etwa 5 % zur kompletten Zerstörung des Turboladers.
Zur Drehzahlbegrenzung haben sich die Ladedruckregelventile bewahrt, die nach dem Stand der Technik von einem aus dem erzeugten Ladedruck resultierenden Signal angesteuert werden. Überschreitet der Ladedruck einen vorgegebenen Schwellwert, so öffnet das Ladedruckregelventil und leitet einen Teil des Abgasmassenstroms an der Turbine vorbei. Diese nimmt wegen des verringerten Abgasmassenstroms 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 trage, da der Druckaufbau bei einer
Drehzahluberschreitung des Laufzeuges mit einem zeitlichen Versatz erfolgt. Deshalb muss die Drehzahlregelung für den Turbolader mit der Ladedruckuberwachung besonders im hochdynamischen Bereich (Lastwechsel) durch entsprechend frühzeitige Ladedruckreduzierung eingreifen, was zu einem Wirkungsgradverlust fuhrt.
Aus der noch nicht veröffentlichten DE 10 2006 044 667.4 ist ein Turbolader mit einem Magnetfeld erzeugenden Element bekannt, bei dem mittels eines aktiven Sensorelementes die Drehzahl der Turbowelle erfasst wird. Das Magnetfeld erzeugende Element ist als magnetisierte Mutter zur Befestigung eines Kompressorrades eines Abgasturboladers an der Turbowelle ausgebildet. Die magnetisierte Mutter weist einen Grundkorper aus einem nichtmagnetischen Material auf, der einen Hohlraum zur Aufnahme eines magnetischen Materials bildet. Das magnetische Material ist als gesinterter Permanentmagnet ausgebildet, der in den Hohlraum eingeklebt oder eingeschweißt ist. Das Einkleben oder Einschweißen des Permanentmagneten ist aufwendig und fuhrt zu unausgeglichenen Massenverteilungen in der magnetisierten Mutter. Da die Mutter zusammen mit der Turbowelle bei sehr hoher Drehzahl rotiert, wirken sich schon kleinste Fehler bei der Massengleichverteilung extrem nachteilig aus.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine magnetisierte Mutter anzugeben, die einfach und kostengünstig herstellbar ist, wobei eine möglichst gute Massengleichverteilung im Bezug auf die Rotationsachse der Mutter gewahrleistet sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelost, dass das magnetische Material in den Hohlraum in einem Spritzgussverfahren eingefugt ist.
Dies hat den Vorteil, dass die magnetisierte Mutter sehr einfach hergestellt werden kann, weil kein gesinterter Permanentmagnet in den Grundkorper eingeklebt oder eingeschweißt werden muss. Auch die durch das Einkleben oder Einschweißen des gesinterten Permanentmagneten entstehenden Unwuchten entstehen bei der erfindungsgemaßen magnetisierten Mutter nicht. Darüber hinaus können bei der Herstellung der erfindungsgemaßen magnetisierten Mutter im Grundkorper eventuell vorhandene Masseungleichverteilungen im Bezug auf die Rotationsachse der magnetisierten Mutter (die mit der Rotationsachse der Turbowelle identisch ist) durch das eingespritzte magnetische Material ausgeglichen werden. Man kann die Mutter also mit dem magnetischen Material auswuchten, was einen bedeutenden Vorteil im Vergleich zu magnetisierten Muttern nach dem Stand der Technik darstellt.
Bei einer ersten Ausgestaltung ist der Hohlraum ringförmig ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung des Hohlraums ist es möglich eine große Menge des magnetischen Materials einzuspritzen und man kann das magnetische Material in der entsprechenden Menge im Hohlraum verteilen, um die magnetisierte Mutter auszuwuchten.
Bei einer nächsten Ausgestaltung weist der Hohlraum eine Hinterschneidung auf. Die Hinterschneidung verhindert das Herausfallen des magnetischen Materials aus dem Hohlraum, nachdem es in diesen eingespritzt wurde und erstarrt ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung, die auch vorteilhaft mit der zuvor genannten kombiniert werden kann, weist der Hohlraum an mindestens einer seiner Wände eine umlaufende Verzahnung auf und/oder der Hohlraum weist an mindestens einer seiner Wände eine umlaufende eine raue Oberflache auf. Diese Maßnahmen dienen dazu, das eingespritzte magnetische Material sicher im Hohlraum zu fixieren.
Bei einer Weiterbildung ist das magnetische Material Epoxid gebundenes NdFeeB-Pulver . Epoxid gebundenes NdFeeB-Pulver lasst sich gut verspritzen und härtet im Hohlraum sehr fest und langzeitbestandig aus. Außerdem lasst es sich hervorragend magnetisieren, wodurch die magnetisierte Mutter ein magnetisches Feld mit hoher Feldstarke erzeugen kann.
Im Hinblick auf das Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelost, dass der Grundkorper in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt wird und das magnetische Material in den Hohlraum eingespritzt wird. Dies ist ein sehr kostengünstiges und effizientes Vorgehen, bei dem eine magnetisierte Mutter von hoher Qualität entsteht. Die magnetisierte Mutter kann sehr einfach hergestellt werden, weil kein gesinterter Permanentmagnet in den Grundkorper eingeklebt oder eingeschweißt werden muss. Auch die durch das Einkleben oder Einschweißen des gesinterten Permanentmagneten entstehenden Unwuchten entstehen bei dem erfindungsgemaßen Verfahren zur Herstellung einer magnetisierten Mutter nicht.
Bei einer Weiterbildung wird beim Einspritzen des magnetischen Materials eine möglichst gute Massengleichverteilung in der magnetisierten Mutter im Bezug auf die Rotationsachse der magnetisierten Mutter erzeugt. Hierdurch können eventuell im Grundkorper auftretende Massenungleichverteilungen gezielt ausgeglichen werden.
Bei einer Ausgestaltung werden Massenungleichverteilungen des Grundkorpers im Bezug auf die Rotationsachse der magnetisierten Mutter durch das Einspritzen des magnetischen Materials kompensiert. Man kann die Mutter also mit dem erfindungsgemaßen Spritzverfahren auswuchten, was einen bedeutenden Vorteil im Vergleich zum Herstellungsverfahren von magnetisierten Muttern nach dem Stand der Technik darstellt.
Ausfuhrungsformen der Erfindung werden in den Figuren beispielhaft dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1: einen Abgasturbolader,
Fig. 2: einen Abgasturbolader mit einem Sensor zur Messung der Drehzahl der Turbowelle nach dem
Stand der Technik,
Fig. 3: eine magnetisierte Mutter nach dem Stand der
Technik,
Fig. 4a, b, c: eine magnetisierte Mutter von unten, im seitlichen Schnitt und von oben, Fig. 5a, b, c: eine nächste magnetisierte Mutter von unten, im seitlichen Schnitt und von oben,
Fig. 6a, b, c: eine dritte magnetisierte Mutter von unten, im seitlichen Schnitt und von oben,
Fig. 7: eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung der magnetisierten Mutter.
Figur 1 zeigt einen Abgasturbolader 1 mit einer Turbine 2 und einem Kompressor 3. Im 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. Über den Turbineneinlass 7 wird heißes Abgas von einer hier nicht dargestellten
Verbrennungskraftmaschine in die Turbine 2 eingelassen, wobei das Turbinenrad 4 in Drehung versetzt wird. Der Abgasstrom verlasst 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 10 eingesaugt, die dann im Kompressor 3 verdichtet und über den Luftauslass 6 einer hier nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.
Figur 2 zeigt den Kompressor 3 eines Abgasturboladers 1 mit einem Sensor 12 zur Messung der Drehzahl der Turbowelle 5 nach dem Stand der Technik. Der Abgasturbolader 1 umfasst eine Turbowelle 5, auf der das Kompressorrad 9 angeordnet ist. Das Kompressorrad 9 ist mit einer magnetisierten Mutter 11 mit der Turbowelle 5 verbunden. Die Rotationsachse der magnetisierten Mutter 11 ist mit der der Turbowelle 5 identisch. In der magnetisierten Mutter 11 befindet sich ein gesinterter Permanentmagnet, der einen Nordpol N und einen Sudpol S aufweist. Der Permanentmagnet ist in einen Hohlraum im Grundkorper der magnetisierten Mutter 11 eingeklebt oder eingeschweißt. Mit der Drehung der Turbowelle 5 erfolgt eine Drehung der magnetisierten Mutter 11 mit dem Magneten, womit sich das vom Nord- und Sudpol erzeugte magnetische Feld im Bezug auf den Sensor 12 ändert. Der Sensor 12 ist als separates Bauteil in einer Ausnehmung des Kompressorgehauses angeordnet. Hierzu ist eine Dichtung vorgesehen, die das Kompressorgehause im Bereich des Sensors 12 abdichtet.
Figur 3 zeigt eine magnetisierte Mutter 11 nach dem Stand der Technik. Der Grundkorper 14 der magnetisierten Mutter 11 weist einen Hohlraum 15 auf, in den der gesinterte
Permanentmagnet 13 eingeklebt oder eingeschweißt wird. Eine auf diese Weise hergestellte magnetisierte Mutter 11 muss aufwendig nachbearbeitet werden, da der eingeklebte, gesinterte Permanentmagnet 13 in der Regel eine Unwucht in der magnetisierten Mutter 11 erzeugt. Da sich die magnetisierte Mutter 11 mit sehr hoher Geschwindigkeit mit der Turbowelle 5 um deren Rotationsachse dreht, erzeugt jede noch so geringe Massenunwucht hohe, an der Turbowelle 5 angreifende Kräfte. Derartige Unwuchten erzeugen in den Lagern der Turbowelle 5 Lagerschaden, was nur zu vermeiden ist, wenn die Massenunwucht auf der Turbowelle 5 aufwendig ausgewuchtet wird. Daher ist es wünschenswert, alle mit der Turbowelle 5 rotierenden Teile mit einer größtmöglichen Massengleichverteilung in Bezug auf die Rotationsachse herzustellen. Dies geschieht durch das erfindungsgemaße
Verfahren zur Herstellung der magnetisierten Muttern 11. Nach dem Verfahren hergestellte magnetisierte Muttern 11 werden in den Figuren 4 bis 6 dargestellt.
Figur 4a zeigt eine magnetisierte Mutter 11 in ihrer Ansicht von unten. Die magnetisierte Mutter 11 weist einen Grundkorper 14 mit einem Hohlraum 15 auf, in den das magnetische Material 16 eingespritzt wurde. Zur Lagesicherung des magnetischen Materials 16 weist der Grundkorper 14 Ohren 18 auf, in denen das ausgehartete magnetische Material 16 fest verankert ist. Ein Verdrehen des magnetischen Materials 16 in Bezug auf den Grundkorper 14 ist damit ausgeschlossen. Das magnetische Material 16 kann derart eingespritzt werden, dass im Bezug auf die Rotationsachse der Turbowelle 5 alle Massenungleichverteilungen der magnetisierten Mutter 11 beseitigt sind.
Einen seitlichen Schnitt der magnetisierten Mutter 11 zeigt Figur 4b. Zu erkennen ist wiederum die Turbowelle 5 mit der Rotationsachse, um die in axial symmetrischer Weise der Grundkorper 14 gebildet ist. Der Grundkorper 14 weist einen Hohlraum 15 auf, in dem das magnetische Material 16 eingespritzt ist.
Figur 4c zeigt die magnetisierte Mutter 11 in einer Ansicht von oben. Auch hier ist der Grundkorper zu erkennen, in dem ein Eingriff 21 für ein hier nicht dargestelltes Drehwerkzeug ausgebildet ist. Beispielhaft ist hier der Eingriff 21 für ein Torxschlussel dargestellt, wobei jeder andere Eingriff für ein Drehwerkzeug denkbar ist.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform der magnetisierten Mutter 11, wobei in Figur 5a wieder die Ansicht von unten dargestellt ist. Der Grundkorper 14 weist einen Hohlraum 15 auf, in den das magnetische Material 16 eingespritzt wurde. Um das magnetische Material 16 im Hohlraum 15 zu fixieren, ist an der äußeren Wand des Hohlraumes 15 eine Verzahnung 17 ausgebildet. Das magnetische Material 16 passt seine Form der Verzahnung 17 beim Einspritzvorgang an. Damit wird das magnetische Material 16 in dem Hohlraum 15 der magnetisierten Mutter 11 sicher in seiner Lage fixiert.
Eine seitliche Ansicht der aus Figur 5a bekannten magnetisierten Mutter 11 zeigt Figur 5b. Zu erkennen ist der Grundkorper 14 mit dem Hohlraum 15, in dem das magnetische Material 16 eingebracht ist. Bei dieser magnetisierten Mutter 11 reicht das magnetische Material 16 nicht bis an die
Turbowelle 5 heran. Der Hohlraum 15 bildet eine Trennwand zwischen dem magnetischen Material 16 und der Turbowelle 5. Figur 5c zeigt die Draufsicht auf die magnetisierte Mutter 11. Der Eingriff 21 ist wiederum für ein Torxdrehwerkzeug ausgebildet. Mit einem Torxeingriff 21 können besonders hohe Anzugsdrehmomente auf die magnetisierte Mutter 11 übertragen werden.
Figur 6a zeigt die Draufsicht einer dritten Ausfuhrungsform der magnetisierten Mutter 11. Zu erkennen ist der Grundkorper 14 mit dem Hohlraum 15 und dem darin eingebrachten magnetischen Material 16. Darüber hinaus ist eine Hinterschneidung 19 angedeutet, die wiederum zur Lagesicherung des magnetischen Materials 16 im Hohlraum 15 ausgebildet ist.
Auch Figur 6b zeigt die Hinterschneidung 19, die an dem Grundkorper 14 ausgebildet ist. Das im Hohlraum 15 eingebrachte magnetische Material 16 ist nach seinem Ausharten durch die Hinterschneidung 19 fest im Hohlraum 15 des Grundkorpers 14 fixiert und kann nicht aus diesem herausrutschen.
Figur 6c zeigt die Draufsicht der magnetisierten Mutter 11 mit dem Eingriff 21 für einen Torxschlussel .
In Figur 7 ist das Verfahren zur Herstellung der magnetisierten Mutter 11 schematisch dargestellt. Der Grundkorper 14 weist den aus den Figuren 4 bis 6 bekannten Hohlraum 15 auf, in den das magnetische Material 16 eingespritzt wird. Die Spritzduse 20 kann so gefuhrt werden, dass die Ungleichverteilungen der Masse der magnetisierten Mutter 11 im Bezug auf die Rotationsachse der Turbowelle 5 ausgeglichen werden, wobei in einem Fertigungsschritt sowohl das magnetische Material 16 in die magnetisierte Mutter 11 eingebracht wird, als auch eine Auswuchtung der Massenverteilung der magnetisierten Mutter 11 im Bezug auf die Rotationsachse der Turbowelle erreicht wird. Mit dem erfindungsgemaßen Verfahren lasst sich eine hervorragend ausgewuchtete, magnetisierte Mutter 11 sehr kostengünstig und schnell herstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetisierte Mutter (11) zur Befestigung eines Kompressorrades (4) eines Abgasturboladers (1) an der Turbowelle (5), wobei die Mutter (11) einen Grundkorper (14) aus einem nichtmagnetischen Material aufweist, der einen Hohlraum (15) zur Aufnahme eines magnetischen Materials (16) bildet, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das magnetische Material (16) in den Hohlraum (15) in einem Spritzgussverfahren eingefugt ist.
2. Magnetisierte Mutter (11) 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 der Hohlraum (15) ringförmig ausgebildet ist.
3. Magnetisierte Mutter (11) nach Anspruch 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 der Hohlraum (15) eine Hinterschneidung (19) aufweist.
4. Magnetisierte Mutter (11) nach Anspruch 1 oder 2, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hohlraum (15) an mindestens einer seiner Wände eine umlaufende Verzahnung (17) aufweist.
5. Magnetisierte Mutter (11) nach Anspruch 1 oder 2, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hohlraum (15) an mindestens einer seiner Wände eine umlaufende eine raue Oberflache aufweist.
6. Magnetisierte Mutter (11) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das magnetische Material (16) ein Epoxid gebundenes NdFeeB-Pulver ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer magnetisierten Mutter
(11) zur Befestigung eines Kompressorrades (4) eines Abgasturboladers (1) an der Turbowelle (5), wobei die Mutter (11) einen Grundkorper (14) aus einem nichtmagnetischen Material aufweist, der einen Hohlraum (15) zur Aufnahme eines magnetischen Materials (16) bildet, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Grundkorper (14) in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt wird und das magnetische Material (16) in den Hohlraum
(15) eingespritzt wird.
8. Verfahren zur Herstellung einer magnetisierten Mutter (11) nach Anspruch 7, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Einspritzen des magnetischen Materials (16) eine möglichst gute Massengleichverteilung in der magnetisierten Mutter (11) im Bezug auf die Rotationsachse der magnetisierten Mutter (11) erzeugt wird.
9. Verfahren zur Herstellung einer magnetisierten Mutter
(11) nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
Massenungleichverteilungen des Grundkorpers (14) im Bezug auf die Rotationsachse der magnetisierten Mutter (11) durch das Einspritzen des magnetischen Materials
(16) kompensiert werden.
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