WO2009065894A1

WO2009065894A1 - Verdichterrad eines radialverdichters und verfahren zur herstellung eines solchen verdichterrades

Info

Publication number: WO2009065894A1
Application number: PCT/EP2008/065921
Authority: WO
Inventors: Hedwig Schick; Thomas Tschech; Herbert Bauernschmitt; Roman Eder
Original assignee: Mann+Hummel Gmbh
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2009-05-28
Also published as: DE112008002744A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verdichterrad (1) eines Radialverdichters insbesondere eines Turboladers für Kraftfahrzeuge, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verdichterrades (1). Das Verdichterrad (1) weist eine axiale Anströmseite (2) und eine radiale Abströmseite (3) auf und umfasst einen etwa konischen, um eine Drehachse (4) drehbaren Grundkörper (5), auf dessen Mantelfläche (6) Verdichterschaufeln (7, 8) angeformt sind. Der Grundkörper (5) ist mindestens zweiteilig ausgeführt, wodurch die Formwerkzeuge wesentlich vereinfacht, mit keinen oder nur geringen Hinterschnitten, ausgeführt sind. Somit ist der Werkzeug - und Fertigungsaufwand deutlich vereinfacht.

Description

Beschreibung

Verdichterrad eines Radialverdichters und Verfahren zur Herstellung eines solchen Verdichterrades Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung betrifft ein Verdichterrad eines Radialverdichters

insbesondere eines Turboladers für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen

nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur

Herstellung eines solchen Verdichterrades.

Stand der Technik

[0002] Strömungsmaschinen, die mechanisch, elektrisch oder über Abgas

angetrieben sind, werden in der Motorentechnik insbesondere bei

Kraftfahrzeugen zur Leistungs- und Wirkungsgradsteuerung eingesetzt,

indem sie angesaugte Frischluft auf ein gegenüber dem Umgebungsdruck

erhöhtes Druckniveau verdichten.

[0003] Üblicherweise werden derartige Strömungsmaschinen als Turbolader mit

einem Radialverdichter ausgeführt. Das Verdichterrad eines solchen

Radialverdichters weist einen etwa konischen, um eine Drehachse

drehbaren Grundkörper auf, an dessen Mantelfläche Verdichterschaufeln

einteilig angeformt sind. Solche Verdichterräder werden bei

Abgasturboladern im Regelfall aus Metall gefertigt, da hier sehr hohe

Temperaturen und Drücke vorherrschen. Es werden aber auch

mechanisch bzw. elektrisch angetriebene Verdichter eingesetzt, bei denen

das Verdichterrad geringeren Belastungen ausgesetzt ist. Dennoch

werden auch hier metallische Werkstoffe für das Verdichterrad bevorzugt. In allen Fällen ist als Nachteil zu beobachten, dass die hohe Masse des metallischen Verdichterrades bei den typischerweise sehr hohen Drehzahlen schwierig zu handhaben ist. Insbesondere ist das Auftreten einer Unwucht unbedingt zu vermeiden.

[0004] Wirkungsgradstarke Verdichter im Hochleistungsbereich, wie sie insbesondere in Abgasturboladern zum Einsatz kommen, weisen eine sehr komplexe dreidimensionale Geometrie auf. Diese erzeugt aus fertigungs- bzw. gießtechnischer Sicht Hinterschnitte, die nur mit vielen beweglichen Werkzeugelementen oder sogar mit verlorenen Kernen entformbar sind. Die metallischen Verdichterräder werden mittels Wachsausschmelzverfahren hergestellt, anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen und danach auf Maß mechanisch nachbearbeitet. Abschließend erfolgt eine Auswuchtung. Das vorstehend beschriebene Fertigungsverfahren ist mit hohen Herstellkosten verbunden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verdichterrad derart weiterzubilden, dass eine hochpräzise Herstellung mit einfachen Mitteln möglich ist.

[0006] Diese Aufgabe wird durch ein Verdichterrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0007] Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Verdichterrad mit verringertem Aufwand unter Einhaltung geringer Maß- und Massetoleranzen hergestellt werden kann. [0008] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des

Anspruchs 15 bzw. 17 gelöst.

Offenbarung der Erfindung

[0009] Es wird ein Verdichterrad eines Radialverdichters vorgeschlagen, dessen

Grundkörper zweiteilig ausgeführt ist. Es können erheblich vereinfachte

Formwerkzeuge mit kleinen oder nur geringen Hinterschnitten eingesetzt

werden. Dies vereinfacht einerseits den Werkzeug- und

Fertigungsaufwand. Andererseits entstehen geringe Maßtoleranzen, was

der Fertigungspräzision bzw. der Bauteilgenauigkeit zugute kommt.

[0010] Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung trägt ein erstes Grundkörperteil einen

ersten Satz von ersten Verdichterschaufeln, während ein zweites

Grundkörperteil einen zweiten Satz von zweiten Verdichterschaufeln trägt.

Das erste und das zweite Grundkörperteil werden in einem

entsprechenden Verfahrensschritt derart koaxial zusammengefügt und

insbesondere miteinander verrastet, dass in Umfangsrichtung auf je eine

erste Verdichterschaufel je eine zweite Verdichterschaufel folgt. Hierdurch

ist die Möglichkeit eröffnet, die beiden Grundkörperteile als separate

Einzelteile vorzufertigen. Hierbei fehlen die Schaufeln des jeweils einen

Schaufelsatzes in Umfangsrichtung zwischen den Verdichterschaufeln des

anderen Schaufelsatzes. In Umfangsrichtung ist der Abstand zwischen

den einzelnen Verdichterschaufeln eines einzelnen Grundkörperteils

deutlich vergrößert. Systembedingt verlaufen die Trennlinien zwischen den beiden Grundkörperteilen etwa parallel zur Durchströmungsrichtung entlang der Schaufelwurzeln bzw. um diese herum. Fugen in diesem Bereich haben keinen nachteiligen oder allenfalls nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die durch das Verdichterrad durchgeführte Luftströmung. Der Aufwand für die Nachbearbeitung und insbesondere für das Auswuchten ist verringert.

[0011] In vorteilhafter Weiterbildung weist das erste Grundkörperteil auf der Abströmseite für jede Verdichterschaufel mindestens je eine radiale Stützrippe auf. Das zweite Grundkörperteil weist auf der Abströmseite eine senkrecht zur Drehachse liegende, die Verdichterschaufel stützende Bodenplatte auf. Dabei sind die Stützrippen des ersten Grundkörperteils an der Bodenplatte des zweiten Grundkörperteils gehalten. Insbesondere ist die Bodenplatte mit Aufnahmevertiefungen für die Stützrippen versehen. Im montierten Zustand sind die Stützrippen und damit die Fußpunkte der ersten Verdichterschaufel insbesondere formschlüssig an der Bodenplatte fixiert. Die Stützrippen und die Bodenplatte versteifen sich gegenseitig, wodurch eine hochbelastbare und dauerhaft formstabile Baugruppe entsteht, die trotz der auftretenden Betriebslasten dünnwandig und damit leichtgewichtig ausgeführt sein kann. Das Auftreten von Kreiselmomenten, Unwuchten oder dergleichen ist verringert.

[0012] Das erste und das zweite Grundkörperteil sind bevorzugt axial ineinander gesteckt. Durch das axiale Ineinanderstecken kann beim fertigen Verdichterrad eine Rotationssymmetrie sichergestellt werden, wodurch die Gefahr einer Unwuchtbildung weiter verringert ist. Zur Verringerung des Fertigungsaufwandes kann eine Verrastung der beiden Grundkörperteile miteinander zweckmäßig sein. Alternativ oder zusätzlich führt eine unlösbare Verbindung insbesondere in Form einer Verklebung oder einer Verschweißung zu einer formgenauen, hochbelastbaren und dauerhaften Fügung der beiden Grundkörperteile, die ohne oder allenfalls mit nur geringen Nacharbeiten im Bereich der Fuge auskommt. Die koaxiale und axial ineinandergesteckte Bauweise führt zu großflächigen, geschwungenen Trennlinien bzw. Stoßflächen, die eine innige, hochbelastbare Verbindung der beiden Grundkörperteile begünstigt.

[0013] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird ein Verdichterrad eines Radialverdichters vorgeschlagen, dessen zweiteiliger Grundkörper aus einem anströmseitigen und einem abströmseitigen Radteil zusammengefügt ist. Dabei liegt eine Teilungsebene zwischen dem anströmseitigen Radteil und dem abströmseitigen Radteil im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse und verläuft durch zumindest einen Teil der Verdichterschaufeln durch.

[0014] Durch geschickte Wahl der Teilungsebene entstehen zwei Radteile, deren einzelne Geometrie gegenüber dem gesamten Verdichterrad deutlich weniger komplex ist. Es können daher deutlich vereinfachte Formwerkzeuge mit keinen oder nur geringen Hinterschnitten eingesetzt werden, welche einerseits den Werkzeug- und Fertigungsaufwand vereinfachen. Andererseits entstehen geringere Maßtoleranzen, was der Fertigungspräzision bzw. der Bauteilgenauigkeit zugute kommt. Der Aufwand für die Nachbearbeitung und insbesondere für das Auswuchten ist verringert. In vorteilhafter Weiterbildung weisen die Verdichterschaufeln auf ihrer der Anströmseite zugewandten Seite eine Anströmkante und stromab der Anströmkante einen bezogen auf die Drehrichtung konkav gewölbten Anströmabschnitt auf, wobei die Teilungsebene stromab des Anströmabschnittes liegt. Insbesondere weisen die Verdichterschaufeln stromab des Anströmabschnittes einen entgegengesetzt zum Anströmabschnitt gewölbten Abströmabschnitt auf, wobei die Teilungsebene zwischen dem Anströmabschnitt und dem Abströmabschnitt liegt. Die Verdichterschaufeln sind zwar insgesamt mehrdimensional und teilweise gegenläufig gekrümmt bzw. geschwungen, die vorgenannte Lage der Teilungsebene führt jedoch dazu, dass die einzelnen, den beiden separaten Radteilen zugeordneten Schaufelabschnitte für sich alleine genommen maximal nur eine Krümmungsrichtung aufweisen. Nur diese muss mit dem jeweiligen, dem einzelnen Radteil zugeordneten Formwerkzeug abgebildet werden. Dies trägt zur Vereinfachung des Werkzeugaufbaus und zur erzielbaren Formgenauigkeit des Verdichterrades bei. In einer bevorzugten Ausführungsform folgen in Umfangsrichtung mindestens zwei verschiedene Verdichterschaufeln abwechselnd aufeinander, wobei Anströmkanten der zweiten Verdichterschaufeln in Strömungsrichtung bzw. in Axialrichtung gegenüber den Anströmkanten der ersten Verdichterschaufeln zurückversetzt angeordnet sind, und wobei die Teilungsebene stromauf der Anströmkanten der zweiten Verdichterschaufeln liegt. Die vorgenannte Wahl der Lage der Teilungsebene trägt dem Umstand Rechnung, dass das Verdichterrad auf der Anströmseite einen deutlich verringerten Durchmesser im Vergleich zur Abströmseite aufweist. Bei konstanter Anzahl von Verdichterschaufeln ist ihr Abstand in Umfangsrichtung zueinander an der Anströmseite geringer als an der Abströmseite. Dies erschwert den Formenbau und den Gießprozess im Bereich der Anströmseite. Die zurückversetzte Lage der Anströmkanten der zweiten Verdichterschaufeln führt jedoch dazu, dass im Anströmbereich nur eine geringere Anzahl von ersten Schaufeln in Umfangsrichtung aufeinander folgen, während zwischenliegende zweite Schaufeln fehlen. Der Abstand der einzelnen Schaufeln in Umfangsrichtung zueinander ist hier größer. Dieser Bereich, in dem der zweite Schaufelsatz fehlt, wird als separates erstes Radteil hergestellt, was eine deutliche Verringerung des Fertigungsaufwandes nach sich zieht. Im daran angeschlossenen zweiten Radteil ist der zweite Schaufelsatz zwar vorhanden. Wegen des hier vergleichsweise großen Durchmessers ist die Herstellung jedoch vergleichsweise leicht.

[0017] Das anströmseitige und das abströmseitige Radteil grenzen in der Teilungsebene mit jeweils zugeordneten Stoßflächen aneinander. Diese Stoßflächen können beispielsweise zur Erzeugung eines Formschlusses zwischen beiden Bauteilen strukturiert ausgeführt sein. In vorteilhafter Weiterbildung sind die Stoßflächen eben ausgeführt, was einerseits den Formenaufwand verringert und andererseits der Bauteilpräzision zugute kommen kann.

[0018] Für eine dauerhafte Verbindung der beiden Radteile bzw. Grundkörperteile hat sich eine Verklebung oder Verschweißung als zweckmäßig herausgestellt. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, dass das anströmseitige Radteil und das abströmseitige Radteil zusammen ein sequentiell gegossenes Zweikomponenten-Spritzgussteil bilden.

[0019] Die Herstellung des erfindungsgemäßen Verdichterrades umfasst vorteilhaft folgende Verfahrensschritte: Zunächst wird ein erstes der beiden Radteile gegossen und anschließend in eine den gesamten Grundkörper einschließlich seiner Verdichterschaufeln abbildenden Form eingelegt. Anschließend wird das zweite der beiden Radteile in die Form eingegossen, wobei sich die beiden Radteile miteinander zum gesamten Grundkörper verbinden. [0020] Diese Verbindung kann beispielsweise formschlüssig durch Hinterschneidungen oder dgl. sein. Bevorzugt werden das anströmseitige Radteil und das abströmseitige Radteil sequentiell aus Kunststoff gespritzt, wobei eine erstarrte Stoßfläche des ersten der beiden Radteile durch die Schmelze des zweiten der beiden Radteile derart angeschmolzen wird, dass die beiden Radteile nach dem Erstarren zusammen ein Zweikomponenten-Spritzgussteil bilden.

[0021] Insgesamt entsteht eine formgenaue, hochbelastbare und dauerhaft haltbare Fügung der beiden Radteile bzw. Grundkörperteile, die ohne oder allenfalls mit nur geringen Nacharbeiten im Bereich der Fuge auskommt.

[0022] Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verdichterrad aus einem metallischen Werkstoff gefertigt werden. Bevorzugt sind der Grundkörper des Verdichterrades bzw. dessen beiden Grundkörperteile einschließlich der Verdichterschaufeln aus Kunststoff und insbesondere aus Polyetheretherketon (PEEK) spritzgegossen. Die erfindungsgemäße Bauweise des Verdichterrades erlaubt trotz der komplexen Geometrie eine wirtschaftliche und hochgenaue Fertigung auf dem Wege des Kunststoffspritzgießens. Das Gesamtgewicht des Verdichterrades ist dabei gegenüber einer metallischen Bauweise deutlich verringert, womit auch die Gefahr einer Unwuchtbildung verringert ist. Gegebenenfalls kann auf eine anschließende Auswuchtung vollständig verzichtet werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0023] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der

Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

[0024] Figur 1 in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäß

ausgeführtes Verdichterrad mit axial ineinandergesteckten

Grundkörperteilen, die in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinander

folgende erste und zweite Verdichterschaufeln tragen,

[0025] Figur 2 eine Explosionsdarstellung des Verdichterrades nach Figur 1

mit Einzelheiten zur Ausgestaltung der beiden Grundkörperteile,

[0026] Figur 3 eine perspektivische Bodenansicht des Verdichterrades nach

Figur 1 mit Details im Bereich der Bodenplatte,

[0027] Figur 4 in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäß

ausgeführtes Verdichterrad mit einer senkrecht zur Drehachse liegenden

Teilungsebene und zwei in der Teilungsebene gefügten Radteilen,

[0028] Figur 5 Einzelheiten des abströmseitigen Radteiles des

Verdichterrades nach Figur 4,

[0029] Figur 6 Einzelheiten des anströmseitigen Radteiles des

Verdichterrades nach Figur 4.

Ausführungsform(en) der Erfindung

[0030] Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäß

ausgeführtes Verdichterrad 1 eines nicht näher dargestellten

Radialverdichters. Der Radialverdichter ist Teil eines Abgasturboladers für ein Kraftfahrzeug. Es können jedoch auch andere Bauformen und Anwendungsfälle zweckmäßig sein.

[0031] Das Verdichterrad 1 umfasst einen um eine Drehachse 4 drehbaren Grundkörper 5 mit einer äußeren Mantelfläche 6. Auf der Mantelfläche 6 sind in Umfangsrichtung verteilt Verdichterschaufeln 7, 8 angeordnet bzw. am Grundkörper 5 angeformt. Im Betrieb dreht sich das Verdichterrad 1 um die Drehachse 4 in Richtung eines Pfeiles 20. Infolge der Drehung saugen die Verdichterschaufeln 7, 8 Luft von einer Anströmseite 2 des Verdichterrades 1 an und blasen diese mit erhöhtem Druck an einer Abströmseite 3 des Verdichterrades 1 aus. Die Mantelfläche 6 des Grundkörpers 5 ist näherungsweise konisch ausgebildet und dabei konkav gewölbt. Dies führt in Verbindung mit der geometrischen Formgebung der Verdichterschaufeln 7, 8 dazu, dass der durch einen Pfeil 21 angegebene Luftstrom axial auf die Anströmseite 3 auftrifft und in etwa radial die Abströmseite 3 verlässt.

[0032] Im Bereich der Anströmseite 2 weist die Mantelfläche 6 einen bestimmten Minimaldurchmesser auf. In diesem Bereich ist eine eingangsseitige Stirnfläche 26 des Grundkörpers 5 gebildet, die für eine gute Anströmung im fertig montierten Zustand mit einer etwa sphärischen, nicht dargestellten Nasenkappe abgedeckt ist. Gegenüberliegend ist der Grundkörper 5 durch eine abströmseitige Bodenplatte 12 begrenzt. [0033] Für einen hohen Wirkungsgrad bei geringer Geräuschentwicklung sind mindestens zwei verschiedene Verdichterschaufeln 7, 8 in Gruppen angeordnet, wobei bezogen auf die Umfangsrichtung erste Verdichterschaufeln 7 und zweite Verdichterschaufeln 8 abwechselnd aufeinander folgen. Es kann aber auch zweckmäßig sein, dass die Verdichterschaufeln 7, 8 identisch sind, oder aber dass mehr als zwei solcher wechselseitig aufeinander folgenden Sorten vorgesehen sind.

[0034] Die ersten Verdichterschaufeln 7 weisen auf ihrer der Anströmseite 2 zugewandten Seite eine Anströmkante 14 auf. Stromab der Anströmkante 14 sind die Verdichterschaufeln 7 mit einem bezogen auf die Drehrichtung 20 konkav gewölbten Anströmabschnitt 15 versehen. Die konkave Seite des Anströmabschnittes 15 liegt also in der durch den Pfeil 20 angegebenen Drehrichtung. In der durch den Pfeil 21 angegebenen Durchströmungsrichtung folgt auf den Anströmabschnitt 15 ein im Wesentlichen nicht gewölbter, nicht bezeichneter Übergangsabschnitt, auf den wiederum ein bis zur Abströmseite 3 reichender Abströmabschnitt 16 folgt. Der Abströmabschnitt 16 ist bezogen auf die Drehrichtung 20 entgegengesetzt zum Anströmabschnitt 15 gewölbt.

[0035] Die jeweils zweiten Verdichterschaufeln 8 weisen ihrerseits Anströmkanten 17 auf, die in der durch den Pfeil 21 angegebenen Strömungsrichtung und damit auch in Axialrichtung gegenüber den Anströmkanten 14 der ersten Verdichterschaufeln 7 zurückversetzt angeordnet sind. Hierbei liegt je eine zweite Verdichterschaufel 8 zwischen je zwei Verdichterschaufeln 7 im Bereich von deren Übergangsabschnitt beziehungsweise Abströmabschnitt 16. Im Bereich der Anströmabschnitte 15 liegen jedoch in der Drehrichtung 20 keine zweiten Verdichterschaufeln 8 zwischen benachbarten ersten Verdichterschaufeln 7.

[0036] Der in Fig. 1 gezeigte Grundkörper 5 ist zweiteilig ausgeführt und umfasst ein erstes Grundkörperteil 9 sowie ein zweites Grundkörperteil 10. Am ersten Grundkörperteil 9 sind sämtliche erste Verdichterschaufeln 7 einteilig und materialeinheitlich angeformt, während am zweiten Grundkörperteil 10 sämtliche zweite Verdichterschaufeln 8 einteilig und materialeinheitlich angeformt sind. Das erste Grundkörperteil 9 und das zweite Grundkörperteil 10 sind in weiter unten näher beschriebener Weise derart koaxial zur Drehachse 4 zusammengefügt, dass in Umfangsrichtung auf je eine erste Verdichterschaufel 7 je eine zweite Verdichterschaufel 8 folgt. Es kann aber auch zweckmäßig sein, drei oder mehr Grundkörperteile mit je einem eigenen Satz von Verdichterschaufeln vorzusehen und diese in vorgenannter weise koaxial zu fügen.

[0037] Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des Grundkörpers 5 nach Fig. 1 mit Einzelheiten zur Ausgestaltung seiner beiden Grundkörperteile 9, 10. Das erste Grundkörperteil 9 weist mittig eine Nabe 19 auf, auf deren radialen Außenseite die Verdichterschaufeln 7 mit in Umfangsrichtung gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet sind. Zwischen den einzelnen Verdichterschaufeln 7 sind in der Nabe 19 jeweils Aussparungen 22 gebildet, die zur Aufnahme je einer Verdichterschaufel 8 des zweiten Grundkörperteiles 10 vorgesehen sind.

[0038] Das erste Grundkörperteil 9 weist ferner auf seiner der Abströmseite 3 zugewandten Seite für jede Verdichterschaufel 7 mindestens je eine radiale Stützrippe 11 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede Verdichterschaufel 7 auf ihrer der Bodenplatte 12 zugewandten Stirnseite mit je zwei Stützrippen 11 ausgesteift, die radial außenseitig durch eine Umfangswand etwa U-förmig miteinander verbunden sind, und die radial innenseitig fest mit der Nabe 19 verbunden sind. Zur Gewichtsersparnis ist zwischen den Stützrippen 11 ein Hohlraum 27 vorgesehen. Radial innenseitig ist noch auf der der Bodenplatte 12 zugewandten Stirnfläche ein zentrischer Ringbund 28 vorgesehen.

[0039] Das zweite Grundkörperteil 10 trägt auf der Abströmseite 3 die senkrecht zur Drehachse 4 (Fig. 1) liegende Bodenplatte 12 sowie die in Umfangsrichtung in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordneten Verdichterschaufeln 8. Die Verdichterschaufeln 8 sind radial innenseitig der Mantelfläche 6 durch Seitenwände 23 gegen die Bodenplatte 12 abgestützt. Zwischen je zwei Verdichterschaufeln 8 weist die Bodenplatte 12 je eine Aufnahmevertiefung 13 für die Stützrippen 11 der jeweils zugeordneten Verdichterschaufel 7 auf. Die Aufnahmevertiefungen 13 sind dabei in Umfangsrichtung durch die Seitenwände 23 begrenzt. Des Weiteren ist die Bodenplatte 12 noch mit einer zentrischen Kreisöffnung 29 versehen.

[0040] Die beiden vorstehend beschriebenen Grundkörperteile 9, 10 werden als Einzelteile separat gefertigt. Anschließend wird das zweite Grundkörperteil 10 entsprechend einem Pfeil 24 axial in das erste Grundkörperteil 9 eingesteckt. Die Seitenwände 23 des zweiten Grundkörperteils 10 liegen dabei spaltfrei an den Innenwänden der jeweiligen Aussparung 22 an, wodurch, wie in Fig. 1 dargestellt, um die jeweilige Wurzel der zweiten Verdichterschaufel 8 bogenförmig umlaufende Trennlinien 18 entstehen.

[0041] Fig. 3 zeigt eine perspektivische Bodenansicht des Grundkörpers 5 nach den Fig. 1 und 2 mit Details im Bereich der Bodenplatte 12, wobei die beiden Grundkörperteile 9, 10 nach Fig. 2 fertig montiert sind. Es ist zu erkennen, dass beide jeweils einer Verdichterschaufel 7 des ersten Grundkörperteils 9 zugeordnete Stützrippen 11 in Umfangsrichtung spaltfrei an der jeweils benachbarten Seitenwand 23 der Aufnahmevertiefung 13 in der Bodenplatte 12 anliegen. Die Stützrippen 11 stehen innerhalb der Aufnahmevertiefung 13 in Axialrichtung auf der Bodenplatte 12 auf. Des Weiteren greift der zentrische Ringbund 28 des ersten Grundkörperteils 9 in die zentrische Kreisöffnung 29 des zweiten Grundkörperteils 10 ein. Hierdurch ist eine formschlüssige, sich gegenseitig stützende Verbindung der beiden Grundkörperteile 9, 10 im Bereich der Bodenplatte 12 gegeben.

[0042] Des weiteren ist in Fig. 3 noch zu erkennen, dass die Bodenplatte 12 zwischen den Aufnahmevertiefungen 13 unterbrochen ist. An diesen Stellen sind Hohlräume 25 gebildet, die in Umfangsrichtung von jeweils zwei einer einzelnen Verdichterschaufel 8 zugeordneten Seitenwänden 23 begrenzt sind. Hierdurch ist eine dünnwandige, leichtgewichtige Bauweise des zweiten Grundkörperteils 10 vergleichbar zum ersten Grundkörperteil 9 mit den Hohlräumen 27 (Fig. 2) gegeben.

[0043] Die beiden Grundkörperteile 9, 10 entsprechend der Detaildarstellung nach Fig. 2 können aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Leichtmetallguss hergestellt sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich in beiden Fällen um Spritzgussbauteile aus Kunststoff, wobei bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, hier PEEK (Polyetheretherketon) gewählt ist. Es kann auch PPS (Polyphenylsulfid) oder PA (Polyamid) zweckmäßig sein, wobei die Kunststoffe mit einem hohen Anteil an Zusatzstoffen gefüllt sein können. Die beiden als separate Einzelteile hergestellten Grundkörperteile 9, 10 sind miteinander beispielsweise durch Eingriff der Stützrippen 11 in die jeweilige Aufnahmevertiefung 13 sowie durch Eingriff des Ringbundes 28 in die Kreisöffnung 29 formschlüssig verrastet. Alternativ oder zusätzlich sind sie an ihren aneinander angrenzenden, durch die Trennlinie 18 nach Fig. 1 angegebenen Stoßflächen miteinander verklebt oder verschweißt.

[0044] Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäß ausgeführtes Verdichterrad 1 eines nicht näher dargestellten Radialverdichters. Der Radialverdichter ist Teil eines Abgasturboladers für ein Kraftfahrzeug. Es können jedoch auch andere Bauformen und Anwendungsfälle zweckmäßig sein.

[0045] Das Verdichterrad 1 umfasst einen um eine Drehachse 4 drehbaren Grundkörper 5 mit einer äußeren Mantelfläche 6. Auf der Mantelfläche 6 sind in Umfangsrichtung verteilt Verdichterschaufeln 7, 8 angeordnet bzw. am Grundkörper 5 angeformt. Im Betrieb dreht sich das Verdichterrad 1 um die Drehachse 4 in Richtung eines Pfeiles 20. Infolge der Drehung saugen die Verdichterschaufeln 7, 8 Luft von einer Anströmseite 2 des Verdichterrades 1 an und blasen diese mit erhöhtem Druck an einer Abströmseite 3 des Verdichterrades 1 aus. Die Mantelfläche 6 des Grundkörpers 5 ist näherungsweise konisch ausgebildet und dabei konkav gewölbt. Dies führt in Verbindung mit der geometrischen Formgebung der Verdichterschaufeln 7, 8 dazu, dass der durch einen Pfeil 21 angegebene Luftstrom axial auf die Anströmseite 3 auftrifft und in etwa radial die Abströmseite 3 verlässt.

[0046] Im Bereich der Anströmseite 3 weist die Mantelfläche 6 einen bestimmten Minimaldurchmesser auf. In diesem Bereich ist eine eingangsseitige, nicht dargestellte Stirnfläche des Grundkörpers 5 gebildet, die für eine gute Anströmung mit einer etwa sphärischen Nasenkappe 35 abgedeckt ist. Gegenüberliegend ist der Grundkörper 5 durch eine abströmseitige Bodenplatte 12 begrenzt.

[0047] Für einen hohen Wirkungsgrad bei geringer Geräuschentwicklung sind mindestens zwei verschiedene Verdichterschaufeln 7, 8 in Gruppen angeordnet, wobei bezogen auf die Umfangsrichtung erste Verdichterschaufeln 7 und zweite Verdichterschaufeln 8 abwechselnd aufeinander folgen. Es kann aber auch zweckmäßig sein, nur eine Sorte von Verdichterschaufeln 7 oder mehr als zwei solcher, wechselseitig aufeinander folgende Sorten vorzusehen.

[0048] Die ersten Verdichterschaufeln 7 weisen auf ihrer der Anströmseite 2 zugewandten Seite eine Anströmkante 14 auf. Stromab der Anströmkante 14 sind die Verdichterschaufeln 7 mit einem bezogen auf die Drehrichtung 20 konkav gewölbten Anströmabschnitt 15 versehen. Die konkave Seite des Anströmabschnittes 15 liegt also in der durch den Pfeil 20 angegebenen Drehrichtung. In der durch den Pfeil 21 angegebenen Durchströmungsrichtung folgt auf den Anströmabschnitt 15 ein im Wesentlichen nicht gewölbter, nicht bezeichneter Übergangsabschnitt, auf den wiederum ein bis zur Abströmseite 3 reichender Abströmabschnitt 16 folgt. Der Abströmabschnitt 16 ist bezogen auf die Drehrichtung 20 entgegengesetzt zum Anströmabschnitt 15 gewölbt. [0049] Die jeweils zweiten Verdichterschaufeln 8 weisen ihrerseits Anströmkanten 17 auf, die in der durch den Pfeil 21 angegebenen Strömungsrichtung und damit auch in Axialrichtung gegenüber den Anströmkanten 12 der ersten Verdichterschaufeln 7 zurückversetzt angeordnet sind. Hierbei liegt je eine zweite Verdichterschaufel 8 zwischen je zwei Verdichterschaufeln 7 im Bereich von deren Übergangsabschnitt beziehungsweise Abströmabschnitt 16. Im Bereich der Anströmabschnitte 15 liegen jedoch in der Drehrichtung 20 keine zweiten Verdichterschaufeln 8 zwischen benachbarten ersten Verdichterschaufeln 7.

[0050] Der Grundkörper 5 ist zweiteilig ausgeführt. Hierzu ist ein anströmseitiges Radteil 30 und ein abströmseitiges Radteil 31 vorgesehen, die in einer Teilungsebene 32 aneinandergrenzen und dort zusammengefügt sind. Die Teilungsebene 32 zwischen dem anströmseitigen Radteil 30 und dem abströmseitigen Radteil 31 liegt senkrecht zur Drehachse 4 und verläuft entsprechend einer Trennlinie 18 durch den Grundkörper 5 und auch durch die Verdichterschaufeln 7. Die Teilungsebene 32 liegt stromab der konkav gewölbten Anströmabschnitte 15 der Verdichterschaufeln 7, jedoch stromauf der Anströmkanten 17 der zweiten Verdichterschaufeln 8. Damit verläuft sie also nur durch einen Teil der Verdichterschaufeln, nämlich durch die ersten Verdichterschaufeln 7, nicht jedoch durch die zweiten Verdichterschaufeln 8. Es kann aber auch zweckmäßig sein, dass die Teilungsebene 32 durch sämtliche Verdichterschaufeln 7, 8 hindurch verläuft. Im Übrigen liegt die Teilungsebene 32 im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen dem Anströmabschnitt 15 und dem Abströmabschnitt 16 der Verdichterschaufeln 7, verläuft also durch den zwischenliegenden Übergangsabschnitt.

[0051] Fig. 5 zeigt Einzelheiten des abströmseitigen Radteiles 31 des Verdichterrades 1 nach Fig. 4. Das abströmseitige Radteil 31 ist zusammen mit den daran ausgeformten Abschnitten der ersten Verdichterschaufeln 7 sowie mit den zweiten Verdichterschaufeln 8 einteilig und materialeinheitlich ausgebildet. Gegenüberliegend zur abströmseitigen Bodenplatte 12 weist das abströmseitige Radteil 31 eine Stoßfläche 34 auf, mit der es im montierten Zustand an eine in Fig. 6 dargestellte Stoßfläche 33 des anströmseitigen Radteiles 30 angrenzt. Die Stoßflächen 33, 34 liegen dabei im montierten Zustand nach Fig. 4 in der Teilungsebene 32 und sind im gezeigten Ausführungsbeispiel eben ausgeführt. Es kann jedoch auch eine strukturierte Ausführung der Stoßflächen 33, 34 beispielsweise zur Bildung eines Formschlusses zweckmäßig sein.

[0052] Der Darstellung nach Fig. 5 ist noch zu entnehmen, dass die Lage der Stoßfläche 34 entsprechend der Wahl der Teilungsebene 32 (Fig. 4) dazu führt, dass von den ersten Verdichterschaufeln 7 lediglich der jeweilige Abströmabschnitt 16 und ein Teil des in Strömungsrichtung vorgeschalteten Übergangsabschnittes einteilig mit dem abströmseitigen Radteil 31 ausgeformt ist, während die zweiten Verdichterschaufeln 8 vollständig einschließlich ihrer Anströmkanten 17 dem abströmseitigen Radteil 31 zugeordnet sind.

[0053] Fig. 6 zeigt Einzelheiten des anströmseitigen Radteiles 30 des Verdichterrades 1 nach Fig. 4. Demnach sind radial außenseitig einer Nabe 19 zumindest die Anströmabschnitte 15 einschließlich der Anströmkanten 12 der ersten Verdichterschaufeln 7 einteilig und materialeinheitlich angeformt.

[0054] Die beiden Radteile 30, 31 nach den Fig. 5 und 6 können aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Leichtmetallguss hergestellt sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich in beiden Fällen um Spritzgussbauteile aus Kunststoff, wobei bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, hier PEEK (Polyetheretherketon) gewählt ist. Alternativ kann auch PPS (Polyphenylsulfid) oder PA (Polyamid), beide auch als mit hohem Anteil an Zusatzstoffen gefüllte Varianten, vorgesehen sein. Es kann zweckmäßig sein, die beiden Radteile 30, 31 separat als Einzelteil herzustellen bzw. spritzzugießen und anschließend an den Stoßflächen 33, 34 insbesondere durch Kleben oder Schweißen zu fügen. Es kommt auch eine formschlüssige Schnappverbindung in Betracht. Alternativ kann es vorteilhaft sein, dass das anströmseitige Radteil 30 (Fig. 6) und das abströmseitige Radteil 31 (Fig. 5) zusammen den Grundkörper 5 (Fig. 4) mit den daran angeformten Verdichterschaufeln 7, 8 als sequentiell gegossenes Zweikomponenten-Spritzgussteil bilden. Zunächst wird ein erstes der beiden Radteile 30, 31 , hier das abströmseitige Radteil 31 in einer separaten Form gegossen. Anschließend wird dieses vorbereitete Radteil 31 in eine weitere, den gesamten Grundkörper 5 einschließlich seiner Verdichterschaufeln 7, 8 abbildenden Form eingelegt. Hierauf wird das zweite der beiden Radteile 30, 31 , hier das anströmseitige Radteil 30 in die Form eingegossen, wobei sich die beiden Radteile 30, 31 miteinander zum gesamten Grundkörper 5 verbinden. Diese Verbindung kann beispielsweise formschlüssig sein. Insbesondere werden das anströmseitige Radteil 30 und das abströmseitige Radteil 31 sequentiell aus Kunststoff gespritzt, wobei die erstarrte Stoßfläche 33, 34 des ersten der beiden Radteile 30, 31 , hier die erstarrte Stoßfläche 34 des abströmseitigen Radteils 31 durch die Schmelze des zweiten der beiden Radteile 30, 31 , hier des anströmseitigen Radteils 30 derart angeschmolzen wird, dass die beiden Radteile 30, 31 nach dem Erstarren zusammen ein Zweikomponenten-Spritzgussteil bilden. Durch das Aufschmelzen im Bereich der beiden Stoßflächen 33, 34 entsteht eine stoffschlüssige Verbindung, deren Tragfähigkeit noch weiter dadurch gestützt werden kann, dass für beide Radteile 30, 31 das gleiche Kunststoffmaterial eingesetzt wird. Zusätzlich kann die Verbindung noch durch eine Oberflächenstrukturierung der Stoßflächen 33, 34 beispielsweise mit formschlüssigen Hinterschneidungen gestärkt werden. Durch die vorgenannte Wahl der Lage der Teilungsebene 32 wird sich der Umstand zunutze gemacht, dass die beiden Radteile 30, 31 einzeln entformbar sind.

Claims

Ansprüche

1. Verdichterrad (1) eines Radialverdichters insbesondere eines Turboladers für

Kraftfahrzeuge, mit einer axialen Anströmseite (2) und einer radialen Abströmseite (3), umfassend einen etwa konischen, um eine Drehachse (4) drehbaren Grundkörper (5), auf dessen Mantelfläche (6) Verdichterschaufeln (7, 8) angeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) mindestens zweiteilig ausgeführt ist.

2. Verdichterrad (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass, ein erstes Grundkörperteil (9) erste Verdichterschaufeln (7) trägt, und ein zweites Grundkörperteil (10) zweite Verdichterschaufeln (8) trägt, wobei das erste und das zweite Grundkörperteil (9, 10) derart koaxial zusammengefügt sind, dass in Umfangsrichtung auf je eine erste Verdichterschaufel (7) je eine zweite Verdichterschaufel (8) folgt.

3. Verdichterrad nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Grundkörperteil (9) auf der Abströmseite (3) für jede Verdichterschaufel (7) mindestens je eine radiale Stützrippe (11) aufweist, dass das zweite Grundkörperteil (10) auf der Abströmseite (3) eine senkrecht zur Drehachse (4) liegende, die Verdichterschaufeln (8) stützende Bodenplatte (12) aufweist, und dass die Stützrippen (11) an der Bodenplatte (12) gehalten sind.

4. Verdichterrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (12) Aufnahmevertiefungen (13) für die Stützrippen (11) aufweist.

5. Verdichterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Grundkörperteil (9, 10) axial ineinander gesteckt sind.

6. Verdichterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Grundkörperteil (9) und das zweite Grundkörperteil (10) miteinander verrastet sind.

7. Verdichterrad (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens zweiteilige Grundkörper (5) aus einem ersten Grundkörperteil (9) und einem zweiten Grundkörperteil (10) zusammengefügt ist, wobei eines der Grundkörperteile (9) als anströmseitiges Radteil (30) und das andere Grundkörperteil (10) als abströmseitigen Radteil (31) ausgeführt ist, wobei eine Teilungsebene (32) zwischen dem anströmseitigen Radteil (30) und dem abströmseitigen Radteil (31) im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (2) liegt und durch zumindest einen Teil der Verdichterschaufeln (7) hindurch verläuft.

8. Verdichterrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterschaufeln (7) auf ihrer der Anströmseite (2) zugewandten Seite eine Anströmkante (14) und stromab der Anströmkante (14) einen bezogen auf die Drehrichtung konkav gewölbten Anströmabschnitt (15) aufweisen, wobei die Teilungsebene (32) stromab des Anströmabschnittes (15) liegt.

9. Verdichterrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterschaufeln (7) stromab des Anströmabschnittes (15) einen entgegengesetzt zum Anströmabschnitt (15) gewölbten Abströmabschnitt (16) aufweisen, wobei die Teilungsebene (32) zwischen dem Anströmabschnitt (15) und dem Abströmabschnitt (16) liegt.

10. Verdichterrad nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung mindestens zwei verschiedene Verdichterschaufeln (7, 8) abwechselnd aufeinanderfolgen, wobei Anströmkanten (17) der zweiten Verdichterschaufeln (8) in Strömungsrichtung gegenüber den Anströmkanten (14) der ersten Verdichterschaufeln (7) zurückversetzt angeordnet sind, und wobei die Teilungsebene (32) stromauf der Anströmkanten ( 14) der zweiten Verdichterschaufeln (8) liegt.

11. Verdichterrad nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das anströmseitige und das abströmseitige Radteil (30, 31) in der Teilungsebene (32) mit jeweils einer ebenen Stoßfläche (33, 34) aneinander angrenzen.

12. Verdichterrad nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das anströmseitige Radteil (30) und das abströmseitige Radteil (31) zusammen ein sequentiell gegossenes Zweikomponenten-Spritzgussteil bilden.

13. Verdichterrad nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Grundkörperteil (9) und das zweite Grundkörperteil (10) miteinander verklebt oder verschweißt sind.

14. Verdichterrad nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) des Verdichterrades (1) einschließlich der Verdichterschaufeln (7, 8) aus Kunststoff und insbesondere aus PEEK spritzgegossen ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines Verdichterrades (1) insbesondere eines Turboladers für Kraftfahrzeuge, mit einer axialen Anströmseite (2) und einer radialen Abströmseite (3), wobei das Verdichterrad (1) einen etwa konischen, um eine Drehachse (4) drehbaren Grundkörper (5) umfasst, auf dessen Mantelfläche (6) Verdichterschaufeln (7, 8) angeformt sind, wobei der Grundkörper (5) zweiteilig ausgeführt und aus einem anströmseitigen und einem abströmseitigen Radteil (30, 31) zusammengefügt ist, wobei eine Teilungsebene (32) zwischen dem anströmseitigen Radteil (30) und dem abströmseitigen Radteil (31) im wesentlichen senkrecht zur Drehachse (4) liegt und durch zumindest einen Teil der Verdichterschaufeln (7) hindurch verläuft, umfassend folgende Verfahrensschritte:

- zunächst wird ein erstes der beiden Radteile (30, 31) gegossen und anschließend in eine den gesamten Grundkörper (5) einschließlich seiner Verdichterschaufeln (7, 8) abbildenden Form eingelegt, - anschließend wird das zweite der beiden Radteile (30, 31) in die Form eingegossen, wobei sich die beiden Radteile (30, 31) miteinander zum gesamten Grundkörper (5) verbinden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das anströmseitige Radteil (30) und das abströmseitige Radteil (31) sequentiell aus Kunststoff gespritzt werden, wobei eine erstarrte Stoßfläche (33, 34) des ersten der beiden Radteile (30, 31) durch die Schmelze des zweiten der beiden Radteile (30, 31) derart angeschmolzen wird, dass die beiden Radteile (30, 31) nach dem Erstarren zusammen ein Zweikomponenten-Spritzgussteil bilden.

17. Verfahren zur Herstellung eines Verdichterrades (1) insbesondere eines Turboladers für Kraftfahrzeuge, mit einer axialen Anströmseite (2) und einer radialen Abströmseite (3), wobei das Verdichterrad (1) einen etwa konischen, um eine Drehachse (4) drehbaren Grundkörper (5) umfasst, auf dessen Mantelfläche (6) Verdichterschaufeln (7, 8) angeformt sind, wobei der Grundkörper (5) zweiteilig ausgeführt ist, wobei ein erstes Grundkörperteil (9) erste Verdichterschaufeln (7) trägt, wobei ein zweites Grundkörperteil (10) zweite Verdichterschaufeln (8) trägt, und wobei das erste und das zweite Grundkörperteil (9, 10) derart koaxial zusammengefügt sowie miteinander verrastet werden, dass in Umfangsrichtung auf je eine erste Verdichterschaufel (7) je eine zweite Verdichterschaufel (8) folgt.