WO2012045397A1 - Laufrad für einen abgasturbolader, abgasturbolader sowie verfahren zum auswuchten eines laufzeugs für einen abgasturbolader - Google Patents

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WO2012045397A1
WO2012045397A1 PCT/EP2011/004689 EP2011004689W WO2012045397A1 WO 2012045397 A1 WO2012045397 A1 WO 2012045397A1 EP 2011004689 W EP2011004689 W EP 2011004689W WO 2012045397 A1 WO2012045397 A1 WO 2012045397A1
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WO
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balancing
impeller
radrücken
exhaust gas
mark
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PCT/EP2011/004689
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Gernot Hertweck
Markus Schneid
Thomas Streule
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Daimler Ag
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/662—Balancing of rotors
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/027—Arrangements for balancing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/30—Compensating imbalance
    • G01M1/34—Compensating imbalance by removing material from the body to be tested, e.g. from the tread of tyres
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an impeller for an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of claim 1, an exhaust gas turbocharger according to claim 9 and a method for balancing a running gear for an exhaust gas turbocharger specified in the preamble of claim 10.
  • US 3 446 100 discloses a device for automatically correcting an imbalance of an object. In this case, a so-called balancing mark is introduced into the object.
  • Patent claim 9 and by a method for balancing a running gear for an exhaust gas turbocharger with the features of claim 10.
  • Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • the first aspect of the invention relates to an impeller for an exhaust gas turbocharger, which is rotatably mounted in a housing of the exhaust gas turbocharger about an axis of rotation, and which has a Rarier with at least one balancing mark.
  • the balancing mark extends in the circumferential direction of the wheel back at least substantially arcuate and passes over a substantially extending in the direction of extension of the balancing transition region in the adjoining Rastore, one by a
  • Forming the balancing mark is a running gear, which is associated with the impeller and which comprises a shaft with which to connect the impeller rotatably, or
  • the balancing mark extends in the circumferential direction of the wheel back at least substantially circular segment-shaped.
  • the running gear is particularly well balanced. Furthermore, in addition sharp and the strength of the impeller negatively influencing edges, transitions or the like are avoided.
  • the Raffle on at least two balancing marks both of which are advantageously formed circular segment-shaped and extend in the circumferential direction of the Raiser at least substantially over an angular range equal to or less than 180 °.
  • This allows a further improved balancing of the running tool and the representation of a particularly smooth soft curve of the balancing mark without sharp edges or transitions or the like, which is the strength of the impeller especially against centrifugal beneficial.
  • the provision of two balancing marks, for example, allows a two-stage
  • Balancing wherein in a first step of balancing one of the balancing marks and in a second step, the second balancing mark is formed. This is provided, for example, when performed after the first step of balancing
  • the balancing marks are formed at least essentially mirror-symmetrically to a straight line extending in the radial direction of the running wheel through the axis of rotation. This avoids the emergence of new imbalances by the provision of the balancing marks, so that the running gear during the operation of the
  • Exhaust gas turbocharger has a particularly good and quiet rotational movement.
  • the balancing mark comprises a radial balancing mark profile and a radially outer and inner
  • Balancing mark profile include an angle with the Ra lake, which is at least substantially less than 40 °.
  • the value of the tangent angle of the first tangent and / or the second tangent with the Rade is less than 40 °.
  • the advantage of limiting the value of at least one of these angles is that in the area of the radially outer and radially inner Wuchtmarkenkante sharp edges and
  • the radial balancing mark profile is formed arcuate, whereby a further increase in the strength is brought about.
  • the radial balancing mark profile can be, for example, circular, elliptical, parabolic or oval-shaped, in particular deviating from a circular shape. Important is an arcuate configuration of the radial balancing mark profile, as a result
  • notch stress relevant edges and the associated increased voltages are avoidable. If the radial balancing profile has a relative balancing mark radius, its value has at least 0.08 times the outer radius of the impeller, this has the advantage that thereby a further increase in strength is achieved.
  • Balancing profile has at most 0.025 times the value of the outer impeller radius, whereby the strength of the impeller is additionally increased.
  • the outer balancing mark edge has an outer balancing mark radius whose value is at most 0.85 times the value of the outer wheel radius. This contributes to a further increase in the strength of the impeller.
  • the balancing mark depth is designed to extend axially parallel to the axis of rotation in the direction of at least one impeller blade of the impeller.
  • a necessary minimum gap between the Ramony and the corresponding housing portion, air guide portion or exhaust gas guide portion is necessary. If the balancing mark depth is designed to extend in the direction of the impeller blade, balancing of the corresponding impeller or running tool can take place inexpensively without changing the minimum gap.
  • the balancing mark depth is formed axially extending parallel to the axis of rotation in the direction of a shaft, with which the impeller is rotatably connected, extending.
  • the second aspect of the invention relates to an exhaust gas turbocharger for a
  • Internal combustion engine with a rotatably mounted in a housing running gear, which has a shaft and at least one rotatably connected to the shaft
  • inventive impeller comprises.
  • Advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.
  • the running gear of the turbocharger points as a result of
  • Exhaust gas turbocharger and a long life desselbigen is beneficial.
  • the third aspect of the invention relates to a method for balancing a in a housing of an exhaust gas turbocharger rotatably mounted about a rotation axis to Laufzeugs, in particular an impeller, wherein at least one balancing mark is formed on a Rared an impeller of the running tool.
  • the balancing mark is formed extending in the circumferential direction of the wheel back at least substantially arcuately, wherein in consequence of
  • Exhaust gas turbocharger is also the particularly quiet rotational movement of the impeller or the running gear conducive, which is realized by the corresponding formation of the balancing mark.
  • the balancing mark is preferably by means of a milling cutter in the Ra12.
  • Balancing mark at least substantially circular and thus arcuate form.
  • the cutter is, for example, in the circumferential direction of the Raelle in an angular range of from greater than or equal to 1 ° to less equal to 180 ° moves, whereby the at least substantially circular balance mark is formed.
  • the impeller or the running gear of the exhaust gas turbocharger fully automatically by means of a
  • the running tool is provided, for example by a user of the balancing machine with a 0 ° reference mark.
  • the running tool is removed from a loading system to a receiving position of a feed belt to the balancing machine and placed in a measuring station without angular position orientation. This is followed by
  • the running gear which represents a balancing body to be balanced, braked to a standstill and determined during the measurement unbalance values, that is size and angle, displayed on a meter and output and transmitted via an interface for further processing.
  • the loading system is then another rotor, which is also referred to as rotor, at the receiving position.
  • the first runner is picked up from the measuring station of the loading system.
  • the first loading system loads the measuring station with the other tool.
  • the further loading system stores the first rotor in a balancing station, after which the balancing starts fully automatically, so that determined imbalances are at least substantially eliminated.
  • the running gear is stretched and in a
  • Offset position of a first level screwed This is followed by a compensation of the imbalance or imbalances in the first level by grinding. Then a further compensation by grinding in a second plane, whereupon the running gear is relaxed.
  • the further loading system stores the tool for a control run in the measuring station, and an automatic control run is performed. Subsequently, the running gear is removed from the measuring station by means of the first loading system and placed on a belt. If the imbalance or unbalance after this first balancing is not within a tolerance, then a further balancing can be carried out.
  • Control station to be performed. This fully automatic procedure allows the time and cost balancing of the tool with a low cycle time.
  • FIG. 1 shows a detail of a schematic perspective view of a running gear of an exhaust gas turbocharger with a shaft and a shaft rotatably connected to the turbine wheel, which has a Ramony with two balancing notches;
  • Fig. 2 is a schematic plan view of the running gear according to Fig. 1;
  • Fig. 3 shows a detail of a schematic sectional view along the section line
  • FIG. 1 shows a running gear 10 for an exhaust-gas turbocharger, which comprises a shaft 12 and a turbine wheel 14 connected in a rotationally fixed manner to the shaft 12.
  • the turbine wheel 14 has a plurality of impeller blades 16 connected to a wheel hub, which can be flowed in by exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the turbine wheel 14 and thus the shaft 12 is set in a rotational movement about an axis of rotation 18, wherein the axis of rotation 18 of the shaft 12 and the
  • two balancing notches 22 and 24 are provided on a wheel back 20 of the turbine wheel 14 which extend in the circumferential direction in the direction of the wheel back according to a directional arrow 26 at least substantially circular segment-shaped.
  • the balancing notches 22 and 24 are mirror-symmetrical to one another as a correction variable.
  • the balancing notches 22 and 24 extend in the circumferential direction of the wheel back 20 each over a circumferential angle ⁇ , which is substantially greater than 30 °, in particular greater than 90 ° and in particular greater than 120 °, but at least substantially is less than 180 °. In FIG. 2, this is illustrated by means of the balance notch 22. However, this also applies analogously to the force notch 24.
  • Rotary axis 18 extending straight 30 are formed mirror-symmetrically.
  • the running gear 10 on a particularly quiet rotational movement.
  • FIG. 3 shows a section A-A along the section line A-A shown in FIG. 2.
  • Fig. 3 shows that the balance notch 22 (analogous to the balance notch 24) over at least substantially in the direction of extension of the balancing mark 22 according to the directional arrow 26 extending transition region 32 of the balance notch 22 merges into the adjoining Rastructure 20.
  • a tangent 34 that runs through an intersection point S of the transitional region 32 with the adjoining wheel back 20 encloses an angle ⁇ with the wheel back 20, which is at least essentially smaller than 15 °, at the transition region 32.
  • the transition region 32 represents an outlet of a grinding wheel or a
  • Milling head for forming the balance notch 22 in the Raley 20, which are avoided by the limitations of the angle ⁇ at least substantially below 15 ° undesirably sharp edges and transitions of the Radiess. This leads to a strength of the turbine wheel 14, in particular to centrifugal forces that occur during operation of the exhaust gas turbocharger.
  • the turbine wheel 14 has a particularly high strength, which leads to a long service life of the power tool 10 and thus of the entire exhaust gas turbocharger.
  • the angle ⁇ thus represents the outlet angle of the grinding wheel or the milling head.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad (14) für einen Abgasturbolader, welches in einem Gehäuse des Abgasturboladers um eine Drehachse (18) drehbar zu lagern ist, und welches einen Radrücken (20) mit zumindest einer Wuchtmarke (22, 24) aufweist, wobei sich die Wuchtmarke (22, 24) in Umfangrichtung (26) des Radrückens (20) zumindest im Wesentlichen bogenförmig erstreckt und über einen zumindest im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung (26) der Wuchtmarke (22, 24) verlaufenden Übergangsbereich (32) in den sich daran anschließenden Radrücken (20) übergeht, wobei eine durch einen Schnittpunkt (S) des Übergangsbereichs (32) mit dem sich an diesen anschließenden Radrücken (20) verlaufende Tangente (34) an den Übergangsbereich (32) einen Winkel γ mit dem Radrücken (20) einschließt, welcher zumindest im Wesentlichen kleiner als 15 Grad ist, sowie ein Abgasturbolader mit einem solchen Laufrad (14). Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Auswuchten eines Laufzeugs (10) für einen Abgasturbolader.

Description

Laufrad für einen Abgasturbolader, Abgasturbolader sowie Verfahren zum Auswuchten eines Laufzeugs für einen Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft ein Laufrad für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art, einen Abgasturbolader gemäß Patentanspruch 9 sowie ein Verfahren zum Auswuchten eines Laufzeugs für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art.
Die US 3 446 100 offenbart eine Einrichtung zum automatischen Korrigieren einer Unwucht eines Objekts. Dabei wird eine so genannte Wuchtmarke in das Objekt eingebracht.
Zudem ist es bekannt, Laufzeuge für Abgasturbolader auszuwuchten, indem zumindest ein Laufrad des Laufzeugs mit einer Wuchtmarke versehen wird. Dabei wird diese Wuchtmarke beispielsweise in einen Radrücken des Laufrads eingebracht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laufrad für einen Abgasturbolader, einen solchen Abgasturbolader sowie ein Verfahren zum Auswuchten eines Laufzeugs eines solchen Abgasturboladers bereitzustellen, wodurch ein verbessertes Auswuchten ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Laufrad für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 9 sowie durch ein Verfahren zum Auswuchten eines Laufzeugs für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Laufrad für einen Abgasturbolader, welches in einem Gehäuse des Abgasturboladers um eine Drehachse drehbar zu lagern ist, und welches einen Radrücken mit zumindest einer Wuchtmarke aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die Wuchtmarke in Umfangsrichtung des Radrückens zumindest im Wesentlichen bogenförmige erstreckt und über einen im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung der Wuchtmarke verlaufenden Übergangsbereich in dem sich daran anschließenden Radrücken übergeht, wobei eine durch einen
Schnittpunkt des Übergangsbereichs mit dem sich anschließenden Radrücken verlaufende Tangente an den Übergangsbereich einen Winkel mit dem Radrücken einschließt, welcher zumindest im Wesentlichen kleiner als 15° ist. Durch diese
Ausbildung der Wuchtmarke ist ein Laufzeug, dem das Laufrad zugeordnet ist und welches eine Welle umfasst, mit welchem das Laufrad drehfest zu verbinden, bzw.
verbunden ist, besonders gut auszuwuchten, so dass das Laufzeug eine besonders gute und zumindest nahezu unwuchtfreie Drehbewegung während des Betriebs des
Abgasturboladers durchführen kann.
Darüber hinaus sind durch die Ausbildung der Wuchtmarke scharfe Kanten an dem Radrücken des Laufrads vermieden, wodurch eine hohe Festigkeit, insbesondere gegenüber Zentrifugalkräften im Betrieb des Abgasturboladers, erreicht ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Wuchtmarke in Umfangsrichtung des Radrückens zumindest im Wesentlichen kreissegmentförmig. Durch diesen zumindest im Wesentlichen bogenförmigen Verlauf der Wuchtmarke ist das Laufzeug besonders gut auszuwuchten. Des Weiteren sind darüber hinaus scharfe und die Festigkeit des Laufrads negativ beeinflussende Kanten, Übergänge oder dergleichen vermieden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Radrücken zumindest zwei Wuchtmarken auf, welche beide vorteilhafterweise kreissegmentförmig ausgebildet sind und sich in Umfangsrichtung des Radrückens zumindest im Wesentlichen über einen Winkelbereich von gleich oder insbesondere kleiner als 180° erstrecken. Dies ermöglicht ein weiter verbessertes Auswuchten des Laufzeugs sowie die Darstellung eines besonders sanften weichen Verlaufs der Wuchtmarke ohne scharfe Kanten oder Übergänge oder dergleichen, was der Festigkeit des Laufrads insbesondere gegenüber Zentrifugalkräften zuträglich ist. Das Vorsehen von zwei Wuchtmarken erlaubt beispielsweise ein zweistufiges
Auswuchten, wobei in einem ersten Schritt des Auswuchtens eine der Wuchtmarken und in einem zweiten Schritt die zweite Wuchtmarke ausgebildet wird. Dies ist beispielsweise vorgesehen, wenn eine nach dem ersten Schritt des Auswuchtens durchgeführte
Messung ergibt, dass nach wie vor eine unerwünscht hohe Unwucht des Laufzeugs vorliegt. So kann in einem zweiten Schritt ein besonders fein ausgestimmtes Auswuchten erfolgen und die Umwucht des Laufzeugs auf ein Minimum reduziert werden.
Zur Darstellung eines besonders guten Auswuchtens des Laufzeugs ist es vorteilhaft, wenn die Wuchtmarken zu einer in radialer Richtung des Laufrads durch die Drehachse desselbigen verlaufende Gerade zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. Dies vermeidet das Entstehen von erneuten Unwuchten durch das Vorsehen der Wuchtmarken, so dass das Laufzeug während des Betriebes des
Abgasturboladers eine besonders gute und ruhige Drehbewegung aufweist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Wuchtmarke ein radiales Wuchtmarkenprofil sowie ein in radialer Richtung äußere und innere
Wuchtmarkenkante, wobei eine erste durch einen ersten Schnittpunkt der äußeren Wuchtmarkenkante mit dem Wuchtmarkenprofil verlaufende Tangente an das
Wuchtmarkenprofil und/oder eine zweite durch einen zweiten Schnittpunkt der inneren Wuchtmarkenkante mit dem Wuchtmarkenprofil verlaufende Tangente an das
Wuchtmarkenprofil einen Winkel mit dem Radrücken einschließen, welcher zumindest im Wesentlichen kleiner als 40° ist. Mit anderen Worten ist der Wert des Tangentenwinkels der ersten Tangente und/oder der zweiten Tangente mit dem Radrücken kleiner als 40°. Der Vorteil der Begrenzung des Werts zumindest einer dieser Winkel ist, dass im Bereich der radial äußeren sowie radial inneren Wuchtmarkenkante scharfe Kanten und
Übergänge an dem Radrücken vermieden sind. Daraus resultiert eine weiter gesteigerte Festigkeit des Laufrads insbesondere gegenüber Zentrifugalkräften, die während des Betriebs des Abgasturboladers entstehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das radial Wuchtmarkenprofil bogenförmig ausgebildet, wodurch eine weitere Steigerung der Festigkeit herbeigeführt ist. Das radiale Wuchtmarkenprofil kann beispielsweise kreis-, ellipsen-, parabelförmige oder ovalförmig, insbesondere von einer Kreisform abweichend, ausgebildet sein. Wichtig ist eine bogenförmige Ausgestaltung des radialen Wuchtmarkenprofils, da dadurch
kerbspannungsrelevante Kanten und die damit verbundenen erhöhten Spannungen vermeidbar sind. Weist das radiale Wuchtprofil einen relativen Wuchtmarkenradius auf, dessen Wert zumindest das 0,08-fache des äußeren Radius des Laufrads aufweist, so birgt dies den Vorteil, dass dadurch eine weitere Steigerung der Festigkeit erreicht ist.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn eine Wuchtmarkentiefe des radialen
Wuchtmarkenprofils höchstens den 0,025-fachen Wert des äußeren Laufradradius aufweist, wodurch die Festigkeit des Laufrads zusätzlich gesteigert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die innere
Wuchtmarkenkante einen inneren Wuchtmarkenradius auf, dessen Wert mindestens den 0,51 -fachen Wert des äußeren Laufradradius beträgt, womit der Vorteil einhergeht, dass eine weitere Steigerung der Festigkeit des Laufrads realisiert ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die äußere Wuchtmarkenkante einen äußeren Wuchtmarkenradius auf, dessen Wert maximal den 0,85-fachen Wert des äußeren Laufradradius beträgt. Dies trägt zu einer weiteren Steigerung der Festigkeit des Laufrads bei.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Wuchtmarkentiefe sich axial parallel zur Drehachse in Richtung zumindest einer Laufradschaufel des Laufrads erstreckend ausgebildet ist. Zur Gewährleistung einer besonders reibungsarmen, insbesondere reibungsfreien, Rotation des Laufrads gegenüber eines Gehäuseabschnitts eines Gehäuses des Abgasturboladers, in welchem das Laufrad aufzunehmen bzw.
aufgenommen ist, ist ein notwendiger Mindestspalt zwischen dem Radrücken und dem entsprechenden Gehäuseabschnitt, Luftführungsabschnitt oder Abgasführungsabschnitt, notwendig. Ist die Wuchtmarkentiefe in Richtung der Laufradschaufel erstreckend ausgebildet, so kann eine Auswuchtung des entsprechenden Laufrads bzw. Laufzeug kostengünstig ohne Veränderung des Mindestspalts erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Wuchtmarkentiefe sich axial parallel zur Drehachse in Richtung einer Welle, mit welcher das Laufrad drehfest verbunden ist, erstreckend ausgebildet. Dies hat insbesondere bei filigran ausgebildeten Lauf rädern in Leichtbauweise den Vorteil, dass eine Auswuchtung herbeigeführt werden kann, ohne weiteres Material abzutragen.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine
Verbrennungskraftmaschine, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten Laufzeug, welches eine Welle sowie wenigstens ein mit der Welle drehfest verbundenes
erfindungsgemäßes Laufrad umfasst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung und umgekehrt anzusehen. Das Laufzeug des Turboladers weist in Folge des
vorteilhaften Auswuchtens des Laufrads und insbesondere des Laufzeugs eine
besonders ruhige Drehbewegung auf, was einem effizienten Betrieb des
Abgasturboladers sowie einer langen Lebensdauer desselbigen zuträglich ist.
Der dritte Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten eines in einem Gehäuse eines Abgasturboladers um eine Drehachse drehbar zu lagernden Laufzeugs, insbesondere eines Laufrads, bei welchem an einem Radrücken eines Laufrads des Laufzeugs zumindest eine Wuchtmarke ausgebildet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wuchtmarke sich in Umfangsrichtung des Radrückens zumindest im Wesentlichen bogenförmig erstreckend ausgebildet wird, wobei in Folge des
Ausbildens der Wuchtmarke diese über einen im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung der Wuchtmarke verlaufenden Übergangsbereich in den sich darin anschließenden Radrücken übergeht, und wobei eine durch einen Schnittpunkt des Übergangsbereichs mit dem sich an diesen anschließenden Radrücken verlaufenden Tangente an den Übergangsbereich einen Winkel mit dem Radrücken einschließt, welcher zumindest im Wesentlichen kleiner als 15° ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der ersten beiden Aspekte der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung und umgekehrt anzusehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in Folge des
Ausbildens der Wuchtmarke ein besonders gutes Auswuchten des Laufrads und insbesondere des Laufzeugs, wobei in Folge der Begrenzung des Winkels scharfe Kanten und Übergänge an bzw. im Radrücken vermieden sind. Dies ist der Festigkeit des Laufrads insbesondere gegenüber Zentrifugalkräften, die während des Betriebs des Abgasturboladers auftreten, zuträglich. Dies ermöglicht eine besonders lange
Lebensdauer des Laufzeugs und damit des Turboladers. Die Lebensdauer des
Abgasturboladers ist auch die besonders ruhige Drehbewegung des Laufrads bzw. des Laufzeugs zuträglich, welche durch das entsprechende Ausbilden der Wuchtmarke realisiert ist.
Die Wuchtmarke wird dabei bevorzugt mittels eines Fräsers in den Radrücken
eingebracht, welcher nicht nur im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Laufrads bewegt, sondern auch in Umfangsrichtung des Radrückens bewegt wird, um die
Wuchtmarke zumindest im Wesentlichen kreisförmig und damit bogenförmig auszubilden.
Dabei wird der Fräser beispielsweise in Umfangsrichtung des Radrückens in einem Winkelbereich von einschließlich größer gleich 1° bis einschließlich kleiner gleich 180° bewegt, wodurch die zumindest im Wesentlichen kreisförmige Wuchtmarke ausgebildet wird. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei möglich, das Laufrad bzw. das Laufzeug des Abgasturboladers vollautomatisch mittels einer
Auswuchtmaschine auszuwuchten.
Das Laufzeug wird beispielsweise von einem Bediener der Auswuchtmaschine mit einer 0° Referenzmarke versehen. Das Laufzeug wird von einem Beladesystem an eine Aufnahmeposition eines Zuführbandes zur Auswuchtmaschine entnommen und in eine Messstation ohne Winkellagenorientierung eingelegt. Daran schließt sich ein
automatischer Messlauf an. Dann wird das Laufzeug, welches einen auszuwuchtenden Wuchtkörper darstellt, bis zum Stillstand abgebremst und während des Messlaufs ermittelte Unwuchtwerte, dass heißt Größe und Winkel, an einem Messgerät angezeigt und über eine Schnittstelle zur Weiterverarbeitung ausgegeben und übermittelt.
Das Beladesystem ist dann ein weiteres Laufzeug, welches auch als Rotor bezeichnet wird, an der Aufnahmeposition auf. Das erste Laufzeug wird aus der Messstation des Beladesystem aufgenommen. Das erste Beladesystem belädt die Messstation mit dem weiteren Laufzeug. Das weitere Beladesystem lagert das erste Laufzeug in einer Ausgleichsstation ein, wonach das Auswuchten vollautomatisch startet, so dass ermittelte Unwuchten zumindest im Wesentlichen eliminiert werden.
Im Rahmen des Unwuchtausgleichs wird das Laufzeug gespannt und in eine
Ausgleichsposition einer ersten Ebene eingedreht. Daran schließt sich ein Ausgleich der Unwucht bzw. der Unwuchten in der ersten Ebene durch Schleifen an. Dann erfolgt ein weiterer Ausgleich durch Schleifen in einer zweiten Ebene, worauf hin das Laufzeug entspannt wird. Das weitere Beladesystem lagert das Laufzeug für einen Kontrolllauf in der Messstation, und ein automatischer Kontrolllauf wird durchgeführt. Anschließend wird das Laufzeug mittels des ersten Beladesystems aus der Messstation genommen und auf ein Band gelegt. Ist die Unwucht bzw. die Unwuchten nach diesem ersten Auswuchten nicht innerhalb einer Toleranz, so kann ein weiteres Auswuchten durchgeführt werden.
Ist die Unwucht bei dem ersten Messlauf größer, so dass sie nicht durch das Auswuchten zumindest im Wesentlichen ausgleichbar ist, so wird beim ersten Ausgleichen ein Überausgleich durchgeführt. Dadurch wird durch ein zweites Auswuchten eine noch freie Schweißfläche sichergestellt. Ein evtl. durchzuführendes Auswuchten kann
beispielsweise mittels eines manuellen Schleifausgleichs an einer separaten
Kontrollstation durchgeführt werden. Dieses vollautomatisches Verfahren ermöglicht das zeit- und kostengünstige Auswuchten des Laufzeugs mit einer nur geringen Taktzeit.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines Laufzeugs eines Abgasturboladers mit einer Welle und einem mit der Welle drehfest verbundenen Turbinenrad, welches einen Radrücken mit zwei Wuchtkerben aufweist;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht des Laufzeugs gemäß Fig. 1 ; und
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie
A-A in Fig. 2.
Die Fig. 1 zeigt ein Laufzeug 10 für einen Abgasturbolader, welches eine Welle 12 sowie ein mit der Welle 12 drehfest verbundenes Turbinenrad 14 umfasst. Das Turbinenrad 14 weist eine Mehrzahl von mit einer Radnabe verbundenen Laufradschaufeln 16 auf, welche von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine anströmbar sind. In Folge der Anströmung wird das Turbinenrad 14 und damit die Welle 12 in eine Drehbewegung um eine Drehachse 18 versetzt, wobei die Drehachse 18 der Welle 12 sowie dem
Turbinenrad 14 und damit dem gesamten Laufzeug 10 zugeordnet ist.
Zur Darstellung einer besonders ruhigen Drehbewegung des Laufzeugs 10 sind an einem Radrücken 20 des Turbinenrads 14 zwei Wuchtkerben 22 und 24 vorgesehen, welche sich in Umfangsrichtung in Richtung des Radrückens gemäß einem Richtungspfeil 26 zumindest im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildet sind. Die Wuchtkerben 22 und 24 sind spiegelsymmetrisch zueinander als Korrekturgröße ausgebildet.
Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, erstrecken sich die Wuchtkerben 22 und 24 in Umfangsrichtung des Radrückens 20 jeweils über einen Umfangswinkel δ, welcher wesentlich größer als 30°, insbesondere größer als 90° und insbesondere größer als 120° jedoch zumindest im Wesentlichen kleiner als 180° ist. In der Fig. 2 ist dies anhand der Wuchtkerbe 22 dargestellt. Dies gilt aber analog auch für die Wuchtkerbe 24.
Der Fig. 2 ferner zu entnehmen ist, dass die Wuchtkerben 22 und 24 bezogen auf eine in radialer Richtung des Turbinenrads 14 gemäß einem Richtungspfeil 28 durch die
Drehachse 18 verlaufende Gerade 30 spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. So weist das Laufzeug 10 eine besonders ruhige Drehbewegung auf.
Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt A-A entlang der in der Fig. 2 dargestellten Schnittlinie A-A. Insbesondere die Fig. 3 zeigt, dass die Wuchtkerbe 22 (analoges gilt für die Wuchtkerbe 24) über einen zumindest im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung der Wuchtmarke 22 gemäß dem Richtungspfeil 26 verlaufenden Übergangsbereich 32 der Wuchtkerbe 22 in den sich darin anschließenden Radrücken 20 übergeht. Dabei schließt eine durch einen Schnittpunkt S des Übergangsbereichs 32 mit dem sich an diesen anschließenden Radrücken 20verlaufende Tangente 34 an den Übergangsbereich 32 einen Winkel γ mit dem Radrücken 20 ein, welcher zumindest im Wesentlichen kleiner als 15° ist. Der Übergangsbereich 32 stellt dabei einen Auslauf einer Schleifscheibe oder eines
Fräskopfes zum Ausbilden der Wuchtkerbe 22 in dem Radrücken 20 dar, wobei durch die Begrenzungen des Winkels γ auf zumindest im Wesentlichen unter 15° unerwünscht scharfe Kanten und Übergänge des Radrückens vermieden sind. Dies führt zu einer Festigkeit des Turbinenrads 14, insbesondere gegenüber Zentrifugalkräfte, die während des Betriebs des Abgasturbolades auftreten.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausbildung der Wuchtkerben 22 und 24 ermöglichen einerseits ein besonders gutes Auswuchten des Laufzeugs 10 so dass dieses eine besonders ruhige Drehbewegung aufweist. Andererseits weist das Turbinenrad 14 eine besonders hohe Festigkeit auf, was zu einer hohen Lebensdauer des Laufzeugs 10 und damit des gesamten Abgasturboladers führt. Der Winkel γ stellt somit den Auslaufwinkel der Schleifscheibe bzw. des Fräskopfs dar.

Claims

Patentansprüche
1. Laufrad (14) für einen Abgasturbolader, welches in einem Gehäuse des
Abgasturboladers um eine Drehachse (18) drehbar zu lagern ist, und welches einen Radrücken (20) mit zumindest einer Wuchtmarke (22, 24) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Wuchtmarke (22, 24) in Umfangrichtung (26) des Radrückens (20) zumindest im Wesentlichen bogenförmig erstreckt und über einen zumindest im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung (26) der Wuchtmarke (22, 24) verlaufenden Übergangsbereich (32) in den sich daran anschließenden Radrücken (20) übergeht, wobei eine durch einen Schnittpunkt (S) des Übergangsbereichs (32) mit dem sich an diesen anschließenden Radrücken (20) verlaufende Tangente (34) an den Übergangsbereich (32) einen Winkel ( y ) mit dem Radrücken (20) einschließt, welcher zumindest im Wesentlichen kleiner als 15 Grad ist.
2. Laufrad (14) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Wuchtmarke (22, 24) in Umfangsrichtung (26) des Radrückens (14) zumindest im Wesentlichen kreissegmentförmig erstreckt.
3. Laufrad (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Wuchtmarke (22, 24) in Umfangsrichtung (26) des Radrückens (20) über einen Winkelbereich ( δ ) erstreckt, welcher zumindest im Wesentlichen kleiner oder gleich 180 Grad beträgt.
4. Laufrad ( 4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Radrücken (20) zumindest zwei Wuchtmarken (22, 24) aufweist.
5. Laufrad (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wuchtmarken (22, 24) zu einer in radialer Richtung (28) durch die Drehachse (18) des Laufrads (14) verlaufenden Gerade (30) spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
6. Laufrad (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wuchtmarke (22, 24) ein radiales Wuchtmarkenprofil sowie eine in radialer Richtung äußere und innere Wuchtmarkenkante umfasst, wobei eine erste, durch einen ersten Schnittpunkt der äußeren Wuchtmarkenkante mit dem
Wuchtmarkenprofil verlaufende Tangente an das Wuchtmarkenprofil und/oder eine zweite, durch einen zweiten Schnittpunkt der inneren Wuchtmarkenkante mit dem Wuchtmarkenprofil verlaufende Tangente an das Wuchtmarkenprofil einen Winkel mit dem Radrücken einschließen, welcher zumindest im Wesentlichen kleiner als 40 Grad ist.
7. Laufrad (14) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das radiale Wuchtmarkenprofil zumindest bereichsweise bogenförmig ausgebildet ist.
8. Laufrad (14) nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das radiale Wuchtmarkenprofil einen relativen Wuchtmarkenradius aufweist, dessen Wert zumindest das 0,08-fache eines äußeren Radius des Laufrads (14) aufweist.
9. Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten Laufzeug (10), welches eine Welle (12) sowie wenigstens ein mit der Welle (12) drehfest verbundenes Laufrad (14) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Verfahren zum Auswuchten eines in einem Gehäuse eines Abgasturboladers um eine Drehachse (18) drehbar zu lagernden Laufzeugs (10), bei welchem an einem Radrücken (20) eines Laufrads (14) des Laufzeugs (10) zumindest eine
Wuchtmarke (22, 24) ausgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wuchtmarke (22, 24) sich in Umfangrichtung (26) des Radrückens (20) zumindest im Wesentlichen bogenförmig erstreckend ausgebildet wird, wobei infolge des Ausbildens der Wuchtmarke (22, 24) diese über einen zumindest im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung (26) der Wuchtmarke (22, 24) verlaufenden Übergangsbereich (32) in den sich daran anschließenden Radrücken (20) übergeht, und wobei eine durch einen Schnittpunkt (S) des Übergangsbereichs (32) mit dem sich an diesen anschließenden Radrücken (20) verlaufende Tangente (34) an den Übergangsbereich (32) einen Winkel ( y ) mit dem Radrücken (20) einschließt, welcher zumindest im Wesentlichen kleiner als 15 Grad ist.
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