WO2015000629A1

WO2015000629A1 - Läufer für eine turboladereinrichtung, turboladereinrichtung mit einem läufer und welle für einen solchen läufer

Info

Publication number: WO2015000629A1
Application number: PCT/EP2014/060290
Authority: WO
Inventors: Ralf Böning; Ralph-Maurice KÖMPEL
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-01-08
Also published as: EP3017146B1; US20160377089A1; EP3017146A1; CN105339589B; CN105339589A; US10227992B2; DE102013213023A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer (1) für eine Turboladereinrichtung (2) mit einer Welle (3, 3', 3'') sowie mit einem Schaufelrad (4), einem Dichtungsbuchsenelement (5) und einem mit der Welle rotierenden Axiallagerelement (8, 8'), die auf der Welle (3,3', 3'') axial hintereinander angeordnet und fixiert sind, wobei das Dichtungsbuchsenelement (5) und das Axiallagerelement (8, 8') mittels eines an wenigstens einem dieser Element vorgesehenen Innengewindes (10, 10', 10'') mit einem auf der Welle (3, 3', 3'') angeordneten ersten Außengewindes (11, 11') verschraubt und gegen eine Wellenschulter (12) verspannt sind. Durch diese Konstruktion wird eine festere und steifere Fixierung der auf die Welle aufgeschobenen Teile und damit auch eine geringere Störanfälligkeit gegen Vibrationen im Betrieb erreicht.

Description

Beschreibung

Läufer für eine Turboladereinrichtung, Turboladereinrichtung mit einem Läufer und Welle für einen solchen Läufer

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mechanik, speziell des Maschinenbaus und ist mit besonderem Vorteil bei Turbolade^¬ reinrichtungen einsetzbar. Bei Verbrennungsmotoren in Form von Kolbenmotoren werden

Turboladereinrichtungen eingesetzt, um die Luftansaugung der Kolben durch einen zur Verfügung gestellten Überdruck der zuströmenden Luft zu unterstützen. Zu diesem Zweck weist ein Turbolader üblicherweise eine Turbine auf, die im Abgasstrom durch heiße Luft angetrieben wird und die auf einer gemeinsamen Welle mit einem Verdichterrad fest montiert ist, das seinerseits im Zuluftkanal des Verbrennungsmotors eine Druckerhöhung der zuströmenden Luft bewirkt. Über die Welle, die die Turbine mit dem Verdichterrad verbindet, müssen beträchtliche Drehmomente bei sehr hohen Drehzahlen (einige 10.000 - 100.000 Umdrehungen pro Minute) übertragen werden. Herausforderungen bei der mechanischen Konstruktion sind unter anderem die Stabilität gegenüber hohen Temperaturen, die im Abgasstrom herrschen sowie die Lagerung der Welle für sehr hohe Drehzahlen. Im Zusammenhang damit stehen auch zusätzliche Probleme bei der Gestaltung der Ölschmierung der Lager, die üblicherweise als Gleitlager, teilweise mit schwimmenden Lagerbuchsen ausgestaltet sind. Auf der Welle sind dementsprechend Lagerelemente für die Radial^¬ lagerung und die Axiallagerung sowie Dichtungselemente für die Abdichtung des Ölraums im Gehäuse der Turboladereinrichtung verlässlich und stabil anzuordnen.

Eine bekannte Konstruktion baut in diesem Zusammenhang darauf auf, ein Axiallagerelement, ein Dichtungsbuchsenelement und ein Verdichterrad (Schaufelrad) axial hintereinander von einem ersten Ende der Welle aufzuschieben und diese dann mittels einer zentrischen Gewindemutter, die auf ein Außengewinde der Welle aufgeschraubt wird, in axialer Richtung so fest miteinander zu verspannen, dass auch bei den mechanischen Belastungen im Betrieb keine Lockerung der einzelnen Teile gegenüber der Welle zu befürchten ist und diese mit der Welle rotieren. Eine zusätzliche Maßnahme, um den Zusammenhalt der genannten Anordnungen zu gewährleisten, kann dabei darin bestehen, dass eine gewisse Elastizität und/oder ein elastisches Element vorgesehen wird, um ein eventuelles Setzverhalten der Teile auszugleichen. Hierzu konnte beispielsweise der Wellenschaft als "Dehnschraube" ausgebildet sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Läufer für eine Turboladereinrichtung zu schaffen, bei dem ein dauerhafter und zuverlässiger Zusammenhalt der einzelnen Teile in technisch einfacher und kostengünstiger Weise gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Pa^¬ tentanspruch 1 bezüglich eines Läufers für eine Turbo- ladereinrichtung gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteil^¬ hafte Ausgestaltungen der Erfindung dar. Zudem wird durch die Erfindung eine Turboladereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Läufer sowie eine Welle für einen solchen Läufer gemäß den Patentansprüchen 9 und 10 geschaffen.

Die Erfindung bezieht sich konkret auf einen Läufer für eine Turboladereinrichtung mit einer Welle sowie mit einem Schaufelrad, einem Dichtungsbuchsenelement und einem mit der Welle rotierenden Axiallagerelement, die auf der Welle axial hin- tereinander angeordnet und fixiert sind, wobei das Dich^¬ tungsbuchsenelement und das rotierende Axiallagerelement mittels eines an wenigstens einem dieser Elemente vorgesehenen Innengewindes mit einem auf der Welle angeordneten ersten Außengewinde verschraubt und gegen eine Wellenschulter verspannt sind.

Durch eine dem Dichtungsbuchsenelement und/oder dem mit der Welle rotierenden Axiallagerelement zugeordnete Gewindeverschraubung mit der Welle wird wenigstens eines dieser Teile fest mit der Welle verbunden und fixiert und gegebenenfalls das andere Teil zwischen dem verschraubten Teil und einer Wellenschulter festgeklemmt. Das Schaufelrad, das typischerweise als Ver- dichterrad ausgebildet sein kann, kann zusätzlich durch eine eigene Fixierung, beispielsweise eine weitere Verschraubung auf der Welle an deren erstem Ende fixiert werden. Es ist auf diese Weise möglich, die einzelnen Teile auf der Welle fester und zuverlässiger zu fixieren und auch beim Lösen eines einzelnen Teils den Zusammenhalt der übrigen Teile zu gewährleisten. Die elastischen Kräfte, die dabei erzeugt werden können, sind größer als bei der Fixierung aller Einzelteile mittels einer einzigen Verschraubung am Wellenende. Dadurch wird einerseits die Zu^¬ verlässigkeit des Zusammenhalts gesteigert, andererseits auch die Übertragung eines höheren Drehmoment ermöglicht, da die auf die Welle aufgesetzten Teile über ihren Zusammenhalt das Drehmoment, das über den Läufer insgesamt übertragbar ist, zusätzlich vergrößern. Es kann hierzu vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Dich^¬ tungsbuchsenelement ein Innengewinde aufweist, das mit einem ersten Außengewinde der Welle verschraubt ist und dass das mit der Welle rotierende Axiallagerelement axial zwischen dem Dichtungsbuchsenelement und der Wellenschulter angeordnet ist.

In diesem Fall kann das Axiallagerelement, das beispielsweise im Wesentlichen eine ringförmige Axiallagerscheibe aufweist, auf der Welle frei verschiebbar sein. Das Axiallagerelement wird in diesem Fall ausschließlich durch die Passung auf der Welle in radialer Richtung und durch die Klemmwirkung des

Dichtungsbuchsenelements axial auf der Welle fixiert.

Es kann vorteilhaft auch zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass das Axiallagerelement ein Innengewinde aufweist, das mit einem Außengewinde der Welle verschraubt ist. In diesem Fall wird das Axiallagerelement für sich zusätzlich auf einem Außengewinde der Welle verschraubt und gegen eine Wel^¬ lenschulter gedrückt. Auf diese Weise kann der axiale Pressdruck durch die Einzel- verschraubungen von Dichtungsbuchsenelement und Axiallagerelement addiert werden.

Es kann zudem vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Axialla- gerelement oder ein axialer Teilabschnitt des Axiallagerelements mit dem Dichtungsbuchsenelement einstückig ausgebildet ist.

In diesem Fall kann die Anzahl der auf die Welle aufgeschobenen Einzelteile verringert und deren Zusammenhalt weiter verbessert werden. Damit wird das durch den Läufer übertragbare Drehmoment gesteigert und die Steifigkeit des Läufers insgesamt vergrößert. Das zusätzlich übertragbare Drehmoment wird dann durch die Reibung zwischen dem Schaufelrad und dem Dichtungsbuchsenelement einerseits und die Reibung zwischen dem Axiallagerelement und der Wellenschulter andererseits bestimmt.

Insbesondere durch die Vergrößerung der Läufersteifigkeit infolge eines stabilen Zusammenhalts der aufgeschobenen Teile wird folgerichtig auch das Schwingungsverhalten des Läufers und der Welle verbessert, was bei den hohen Drehzahlen eines

Turboladers in Betrieb und auch bei den zu erwartenden Änderungen der Drehzahlen entsprechend verschiedenen Belastungszuständen des Motors sehr vorteilhaft ist. Das Lösen einzelner Teile des Läufers durch Vibrationen wird auf diese Weise ebenfalls un- wahrscheinlicher.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Schaufelrad mittels eines axial vom Ende der Welle her verschraubten zentralen Verschraubungselements , insbesondere einer auf ein zweites Außengewinde der Welle aufgeschraubten Gewindemutter gegenüber dem Dichtungsbuchsenelement, dem Axiallagerelement und insbesondere der Wellenschulter axial verspannt ist. Durch die Verschraubung des Schaufelrades gegen das Dichtungsbuchsenelement und gegebenenfalls das Axiallagerelement mit einer axialen Presskraft wird außer der Fixierung des Schaufelrades eine Haftreibung erzeugt, die auch zur zusätz- liehen Übertragung von Drehmomenten über die genannten, auf die Welle aufgeschobenen Teile zusätzlich zu dem vom Wellenkörper selbst übertragenen Drehmoment dienen kann. Zudem wird durch das axiale Zusammenpressen der aufgeschobenen Teile die Steifigkeit des Läufers über die Steifigkeit des Wellenkörpers hinaus erhöht. Üblich als einseitiges Verschraubungselement ist eine außen auf den Wellenschaft aufgeschraubte Gewindemutter, es ist jedoch auch denkbar, in eine Sackbohrung der Welle ein Innengewinde einzubringen, in das ein Abschlusskörper einschraubbar ist, der sich nach außen über den Durchmesser der Welle hinaus erstreckt, dort die Welle umgreift und auf das Schaufelrad eine Axialkraft aufbringt .

Beim Aufbringen der verschiedenen mit Gewinde versehenen Teile auf die Welle wird zweckmäßigerweise eines nach dem anderen festgeschraubt, beginnend bei dem üblicherweise der Wellen^¬ schulter am nächsten angeordneten Axiallagerelement, darauf folgend das Dichtungsbuchsenelement und zuletzt das Schaufelrad.

Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass das zweite Außengewinde der Welle und das erste Außengewinde der Welle gegensinnige Steigungen aufweisen.

In diesem Fall ist sichergestellt, dass ein auf das Schaufelrad aufgebrachtes Drehmoment, das beispielsweise im Betrieb in dem Luftwiderstand bestehen kann, der einer Drehung des Schaufelrades entgegengesetzt wird, das Schaufelrad gegenüber der Welle verdreht , und es wird zudem verhindert, dass das dem Schaufelrad benachbarte Element, also typischerweise das Dichtungsbuchsenelement durch die Haftreibungskräfte in demselben Richtungssinn mitgedreht wird. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Stabilisierung des Läuferzusammenhalts gegenüber ungewollten Verdrehungen, die in einer ungewollten Lockerung der Einzelteile resultieren könnten. Es kann zudem auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass das zweite Außengewinde der Welle und das erste Außengewinde der Welle gleichsinnige Steigungen mit unterschiedlichen Steigungswinkeln aufweisen, wobei das erste Außengewinde steiler ausgebildet ist als das zweite Außengewinde.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Außengewinde wird ebenfalls, wenn eines der Teile gedreht wird, das Mitdrehen des Haftreibungspartners, also beispielsweise bei primärer Drehung des Schaufelrads, das Mitdrehen des Dichtungsbuchselements verhindert, da die unterschiedlichen Steigungen der Gewinde eine Verstärkung des Aufeinanderpressens der Teile bewirken würde, was durch den bereits von Anfang an bei der Montage hergestellten Pressdruck verhindert wird. Die Erfindung bezieht sich außer auf einen Läufer, wie er bereits oben beschrieben wurde, auch auf eine Turboladereinrichtung mit einem derartigen Läufer und mit einem Gehäuse, wobei an dem Gehäuse gemäß der Erfindung eine gehäusefeste Axiallagerscheibe angeordnet ist, die ringsegmentförmig ausgebildet, zu einer Seite hin zur Montage offen und von der Welle durchsetzt ist.

Da die Welle üblicherweise als Ganzes vormontiert, d.h. auch mit den aufgeschobenen Teilen, wie dem mit der Welle rotierenden Axiallagerelement, einem Dichtungsbuchsenelement und einem Laufrad versehen, mit dem Gehäuse verbunden wird, ist der Läufer üblicherweise von einer Seite her quer zur Längsrichtung der Welle in das Gehäuse einzuschieben. Damit ist die Welle nicht durch ringförmige gehäusefeste Lagerelemente hindurchschiebbar und muss entweder bereits mit allen ringförmigen Lagerelementen vormontiert sein oder in gehäusefeste Lagerelemente von der Seite her eingeschoben werden. Dies wird in Bezug auf eine Axial^¬ lagerscheibe dadurch möglich, dass die gehäusefeste Axialla^¬ gerscheibe keinen vollständigen Ring sondern nur ein Ringsegment mit einer Öffnung darstellt, in die die Welle mit dem mit der Welle rotierenden Axiallagerelement eingeschoben werden kann. Ein weiterer Teil der gehäusefesten Axiallagerscheibe kann nach der Montage der Welle zur Komplettierung des Axiallagers hinzugefügt und verschraubt werden.

Außer einen Läufer der oben genannten Art sowie eine Turboladereinrichtung bezieht sich die vorliegende Erfindung zudem auf eine Welle für einen Läufer der oben beschriebenen Art, bei der die Welle zwischen einem ersten Wellenende und einer

Wellenschulter, an der die Welle, von dem ersten Wellenende aus gesehen, ihren Durchmesser sprunghaft vergrößert, ein erstes Außengewinde aufweist, und dass die Welle zusätzlich zu dem ersten Außengewinde ein weiteres Gewinde, insbesondere ein zweites Außengewinde aufweist, das von dem ersten Außengewinde räumlich getrennt ist.

Das Vorsehen von zwei separaten Gewinden oder, anders ausgedrückt, zwei räumlich voneinander getrennten Axialabschnitten, die jeweils mit einem Gewinde versehen sind, ermöglicht die separate Fixierung und axiale Druckbeaufschlagung oder Ver- pressung von einem Schaufelrad einerseits und einem auf die Welle aufgeschobenen Dichtungsbuchsenelement und/oder einem mit der Welle rotierenden Axiallagerelement andererseits. Hierdurch wird eine Lockerung einzelner dieser Teile gegenüber der Welle sicherer verhindert, als wenn alle Teile über eine einzige Verschraubung untereinander und gegen eine Wellenschulter verpresst wären. Es können auch insgesamt höhere Axialkräfte aufgebracht werden als bei einer einzigen Verschraubung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei^¬ spiels in den Figuren gezeigt und nachfolgend erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Läufer einer Turboladereinrichtung gemäß dem Stand der Technik mit einem Teil eines Gehäuses , Fig. 2 eine ausschnittsweise Vergrößerung aus der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines Läufers einer Turboladereinrichtung gemäß der Erfindung mit einem Teil eines Gehäuses,

Fig. 4 eine Ausschnittsvergrößerung aus der Fig. 3,

Fign. 5 bis 8 verschiedene Ansichten einer Kombinationsbuchse, die ein Dichtungsbuchsenelement und ein mit der Welle rotierendes Axiallagerelement zusammenfasst ,

Fig. 9 eine Darstellung eines Läufers teilweise in einer Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt mit einem Verdichterrad und einer auf die Welle aufgeschobenen Kombinationsbuchse,

Fig. 10 die Darstellung aus Fig. 9, wobei das Verdichterrad und die Kombinationsbuchse weggelassen sind,

Fig. 11 eine Darstellung einer gehäusefesten Axiallagerscheibe,

Fig. 12 eine Detaildarstellung einer Welle mit einer aufgeschraubten Kombinationsbuchse,

Fig. 13 eine Detaildarstellung einer Welle mit auf diese aufgeschobenen Teilen des mit der Welle rotierenden Axiallagerelementes sowie einem aufgeschraubten

Dichtungsbuchsenelement,

Fig. 14 im Detail zwei Teile eines mit der Welle rotierenden Axiallagerelements sowie ein Dichtungsbuchsenelement im

Längsschnitt,

Fig. 15 in einer Seitenansicht einen zu den in Fig. 14 dargestellten Teilen passenden Läufer mit einer teilweise unbe- stückten Welle,

Fig. 16 einen Läufer, der mit den in Fig. 14 dargestellten Teilen sowie einem Verdichterrad bestückt ist, Fig. 17 eine Detaildarstellung einer Kombinationsbuchse auf einer Welle im Längsschnitt sowie

Fig. 18 eine weitere Detaildarstellung einer anderen Ausfüh- rungsform einer Kombinationsbuchse auf einer Welle im Längs^¬ schnitt .

In der Fig. 1 ist ein Teil einer Turboladereinrichtung 2 gemäß dem Stand der Technik in einem Längsschnitt durch die Welle des Läufers sowie einer Teilansicht von Gehäuseteilen gezeigt. Der Läufer weist auf der Abgasseite ein Turbinenrad 18 auf, das durch den Abgasstrom eines Verbrennungs-Kolbenmotors angetrieben wird. Das Turbinenrad 18 ist auf einer gemeinsamen Welle 3 mit einem Schaufelrad/Verdichterrad 4 montiert, das in einem Zu- luftkanal zu den Ansaugventilen des Verbrennungsmotors Luft fördert und mit dem Ziel einer effektiveren Verbrennung in den Kolbenräumen verdichtet.

Das Verdichterrad 4 ist auf der Welle 3 mittels einer Gewin- demutter 13 befestigt, die als zentrisches Verschraubungselement auf einem endseitigen Außengewinde der Welle 3 verschraubt ist und das Verdichterrad 4 unter Zwischenlage verschiedener zusätzlicher Elemente gegen eine Wellenschulter verpresst. Im Inneren des Gehäuses 15 der Turboladereinrichtung 2 sind zudem zwei Radiallager 19, 20 vorgesehen, die für eine radiale Lagerung der Welle 3 auch bei den typischerweise mehrere zehntausend Umdrehungen pro Minute bis wenige einhunderttausend Umdrehungen pro Minute betragenden Drehzahlen dienen. Die Radiallager sind beispielsweise als schwimmende Gleitlager ausgebildet, bei denen die schwimmenden Lagerbuchsen sich gegenüber gehäusefesten Lagerelementen etwa mit der halben Umdrehungszahl der Welle drehen können. Über eine Ölzuführungseinrichtung 21 werden sowohl die Radiallager als auch ein weiter unten näher erläutertes Axiallager mit Schmieröl versorgt. Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Fig. 1, vergrößert im Detail, wobei insbesondere außer dem Verdichterrad 4 die zwischen diesem und einer Wellenschulter 12 verklemmten ringförmigen Bauteile dargestellt sind, von denen ein erstes ein Dich- tungsbuchsenelement 5, ein zweites ein erstes Teil 8 eines mit der Welle rotierenden Axiallagerelements und ein drittes ein zweites Teil 8 ' eines mit der Welle rotierenden Axiallager^¬ elements darstellt. Die drei genannten eingeklemmten Elemente 5, 8, 8' sind in Axialrichtung auf der Welle 3 frei verschiebbar und werden ausschließlich durch Haftreibungskräfte zwischen dem Verdichterrad 4 und der Wellenschulter 12 gehalten.

In der Fig. 2 ist zudem eine gehäusefeste Axiallagerscheibe 9 dargestellt, das zwischen das erste Teil 8 und das zweite Teil 8' des rotierenden Axiallagerelements radial hineinragt und axial zwischen diesen angeordnet ist. Die gehäusefeste Axi^¬ allagerscheibe 9 bildet somit eine im Wesentlichen ringförmige oder ringsektorförmige Scheibe, an der die beiden Teile 8, 8' des mit der Welle rotierenden Axiallagerelements gleiten und geführt sind.

Die Fig. 3 zeigt im Rahmen der Erfindung eine Konstruktion, bei der auf eine Welle 3', die ein erstes Außengewinde 11 trägt, eine Kombinationsbuchse 22 aufgeschraubt ist, die ein Dichtungs- buchsenelement sowie ein erstes und ein zweites Teil eines mit der Welle rotierenden Axiallagerelements einstückig in sich vereinigt. Dabei ist nur der axiale Abschnitt, der dem Dich^¬ tungsbuchsenelement entspricht, mit einem Innengewinde ver^¬ sehen, das auf das entsprechende erste Außengewinde 11 der Welle aufgeschraubt ist. Das erste und zweite Teil des Axiallager^¬ elements sind nicht mit einem Innengewinde versehen und auf den dem ersten Außengewinde 11 benachbarten axialen Abschnitt der Welle in einer genauen Passung aufgeschoben. Die Kombinationsbuchse 22 ist gegen eine Wellenschulter 12 der Welle 3' durch die Verschraubung fest verspannt. Vom ersten Ende 23 der Welle 3' her ist zudem ein Verdichterrad 4 auf die Welle 3' aufgeschoben und mittels einer Gewindemutter 13 gegenüber der Kombinationsbuchse 22 verpresst. Die Gewindemutter 13 ist dazu auf ein zweites Außengewinde 14 am ersten Ende 23 der Welle 3' aufgeschraubt. Die Gewindemutter 13 weist zu diesem Zweck eine passende Außenkontur, beispielsweise eine Sechskantkontur, auf.

Die Kombinationsbuchse 22 kann an wenigstens einem ihrer Elemente, also beispielsweise an dem Axialabschnitt der dem Dichtungsbuchsenelement entspricht, vorteilhaft jedoch an einem der Teile, die dem mit der Welle rotierenden Axiallagerelement entsprechen, eine Achtkant- oder Vierkantkontur aufweisen, die den Angriff eines Werkzeugs, beispielsweise eines Schrauben^¬ schlüssels zum Verschrauben erlaubt.

In der Fig. 4 ist die in der Fig. 3 übersichtsartig gezeigte Konstruktion in einem Ausschnitt detaillierter gezeigt. Es ist die Kombinationsbuchse 22 vergrößert dargestellt mit einem ersten axialen Abschnitt 5, der einem Dichtungsbuchsenelement entspricht, einem zweiten Abschnitt, der dem ersten Teil 8 eines rotierenden Axiallagerelements entspricht und einem dritten Abschnitt, der dem zweiten Teil 8 ^λ eines mit der Welle rotierenden Axiallagerelements entspricht. Die einzelnen Abschnitte sind in der Fig. 4 durch gestrichelte Linien gegeneinander abgegrenzt. Es ist aus der Fig. 4 zudem ersichtlich, dass der zweite und dritte Axialabschnitt der Kombinationsbuchse 22, gebildet durch das erste Teil 8 und das zweite Teil 8' des Axiallagerelements nicht mit einem Innengewinde sondern mit einer zylindrischen Innenfläche 24 versehen sind, die über das erste Außengewinde 11 der Welle 3' axial hinüberschiebbar ist. Das erste Außengewinde 11 ist zu diesem Zweck nach dem Schneiden des Gewindes derart überdreht, d.h. spanend bearbeitet, dass die Außenkontur des Außengewindes 11 möglichst genau der Außenkontur der Well 3' im Bereich der zylindrischen Innenfläche 24 der Elemente 8, 8' entspricht. Damit kann eine genaue Passung zwischen dem ge^¬ windefreien Teil der Kombinationsbuchse 22 und der Welle und damit eine Zentrierung und Fixierung erreicht werden, die dazu beiträgt, Unwuchten des Läufers zu vermeiden. In der Fig. 4 sind zudem ein Teil der gehäusefesten Axiallagerscheibe 9 gezeigt sowie Kolbenringe 16, 17 an dem ersten axialen Abschnitt der Kombinationsbuchse 22 der dem Dich^¬ tungsbuchsenelement 5 entspricht. Das Dichtungsbuchsenelement bildet somit mit umlaufenden Außennuten und darin geführten Kolbenringen 16, 17 eine wirksame Abdichtung der Welle gegenüber dem Gehäuse 15.

Die Fign. 5, 6, 7 und 8 zeigen aus verschiedenen Ansichten die Kombinationsbuchse 22, und zwar in der Fig. 5 in einer

Frontansicht, in der Fig. 6 in einer Seitenansicht, in der Fig. 7 in einem Längsschnitt und in der Fig. 8 in einer dreidimensionalen Ansicht. Insbesondere in der Fig. 7 sind die axialen Abschnitte der Kombinationsbuchse 22 entsprechend dem Dichtungs- buchsenelement 5, dem ersten Teil 8 des Axiallagerelements sowie dem zweiten Teil 8^λ des Axiallagerelements erkennbar. Es ist zudem erkennbar, dass ausschließlich das Dichtungsbuchsenelement 5 ein Innengewinde 10 aufweist. Zudem ist dargestellt, dass im Bereich des ersten Teils 8 des Axiallagerelements eine mehrkantige Außenkontur 25 der Kom^¬ binationsbuchse 22 vorgesehen ist.

In der Fig. 9 ist eine Seitenansicht und teilweise längsge- schnittene Ansicht eines Läufers 1 dargestellt, wie er grundsätzlich schon aus den Fign. 3 und 4 ersichtlich ist. Es ist anhand der Fig. 9 besonders deutlich zu sehen, dass an der Berührungsfläche 26, an der das Verdichterrad 4 an der Kom^¬ binationsbuchse 22 anliegt, größer ist als die Berührungsfläche, die die Kombinationsbuchse 22 im Berührungsbereich 27 mit der Wellenschulter 12 hat. Es wird deutlich, dass somit im Bereich zwischen der Kombinationsbuchse 22 und dem Verdichterrad 4 ein beträchtliches Drehmoment übertragen werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das zu übertragende

Drehmoment nicht durch die Berührungsfläche 27 zwischen der

Kombinationsbuchse 22 und der Wellenschulter 12 begrenzt, weil die Kombinationsbuchse 22 ihrerseits eine eigenständige Fi- xierung auf der Welle 3' aufweist. Hierdurch wird ein Teil der Vorteile der Erfindung realisiert.

Die Fig. 10 zeigt den Läufer aus der Fig. 9 ohne die aufgeschobene Kombinationsbuchse, das Verdichterrad und die Befestigungs^¬ mutter 13, jedoch mit dem ersten Außengewinde 11, das von dem zweiten Außengewinde 14 axial deutlich beabstandet ist.

Die Fig. 11 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht eine gehäusefeste Axiallagerscheibe 9, das eine ringsegmentförmige Lagerfläche 9' aufweist. Diese ist in einem Winkelbereich von etwa 60° unterbrochen, um zu dieser Seite die gehäusefeste Axiallagerscheibe offenzuhalten und ein seitliches Einschieben der Welle und des mit der Welle rotierenden Axiallagerelements zu ermöglichen. Beim Einschieben der Welle werden das erste und zweite Teil 8', 8" des mit der Welle rotierenden Axiallager^¬ elements beiderseits der gehäusefesten Axiallagerscheibe 9 positioniert . Die Fign. 13, 14, 15, 16 zeigen jeweils in unterschiedlichen Ausschnitten und Ansichten eine Konfiguration einer Turboladereinrichtung, bei der das Dichtungsbuchsenelement 5, das erste Teil 8 eines mit der Welle rotierenden Axiallagerelements und das zweite Teil 8 ^λ des Axiallagerelements als drei separate Bauteile mit jeweils einem zentrischen Innengewinde ausgebildet sind. Entsprechend ist auf der Welle 3' ' ein erstes Außengewinde 11 vorgesehen, das axial solang ausgebildet ist, dass alle drei Elemente 5, 8, 8^λ darauf gegenüber der Wellenschulter 12 verschraubt werden können. Mittels jedes einzelnen der Elemente 5, 8, 8^λ kann auf diese Weise ein Axialdruck aufgebaut werden, so dass die einzelnen Teile sehr gut gegen Lockerung gesichert sind. Es ist in diesem Zusammenhang sinnvoll, jedes der Bauteile 5, 8, 8^λ mit einer umfangsseitigen Außenkontur zu versehen, die den Angriff eines Werkzeugs, beispielsweise eines Schrauben- schlüsseis erlaubt, um jedes der Elemente einzeln auf dem Gewinde 11 festziehen zu können. Das Gewinde 11 reicht bis fast an die Wellenschulter 12 heran, wobei noch ein axialer Abstand zwischen dem Ende des Außengewindes 11 und der Wellenschulter 12 vor- gesehen ist. Die Welle 3' ' ' weist wenigstens drei axiale Ab^¬ schnitte mit unterschiedlichen Durchmessern auf, wobei der Bereich mit dem größten Durchmesser die Wellenschulter 12 bildet, ein Bereich mit geringerem Außendurchmesser das Außengewinde 11 trägt und relativ zu dem mit dem Außengewinde 11 versehenen Axialabschnitt der Welle ein dem ersten Wellenende 23 zugewandter Axialbereich im Durchmesser weiter reduziert ist, so dass die Elemente 5, 8, 8^λ auf der Welle über das erste Wellenende 23 einfach bis zum Außengewinde 11 hin aufgeschoben werden können.

Im endseitigen Bereich der Welle 3' ' ' weist diese das zweite Außengewinde 14 zum Aufschrauben einer Gewindemutter und zur Befestigung eines Verdichterrades zwischen der Gewindemutter 13 und dem Dichtungsbuchsenelement 5 auf.

Die Fig. 16 zeigt den montierten Läufer in einem teilweise als Längsschnitt ausgeführten Bild, während die Fig. 14 in

Längsschnitten übereinander die drei Elemente 5 (Dichtungs^¬ buchsenelement) , 8 (erstes Teil des mit der Welle rotierenden Axiallagerelements) und 8^λ (zweites Teil des mit der Welle rotierenden Axiallagerelements) darstellt.

Die Fign. 17 und 18 zeigen jeweils eine Konstruktion, bei der das erste Teil 8 des mit der Welle rotierenden Axiallagerelements mit dem Dichtungsbuchsenelement 5 einstückig zusammengefasst ist . In beiden dargestellten Konstruktionen ist der sogenannte Lagerbund, das heißt das zweite Teil 8 ^λ des Axiallagerelements von dem ersten Teil 8 des Axiallagerelements separiert und als eigenständiger Körper ausgebildet. Dies ermöglicht eine ver- einfachte Montage des Axiallagers, indem die Welle mit dem zweiten Teil des Axiallagerelements versehen und danach durch eine ortsfeste Axiallagerscheibe durchgesteckt werden kann. Damit kann gegebenenfalls die gehäusefeste Axiallagerscheibe als zweiteiliges vollringförmiges Lagerelement ausgebildet werden. Es ist jedoch auch in diesem Zusammenhang die Verwendung einer seitlich offenen Axiallagerscheibe denkbar. Die zu einem Stück zusammengefasste Kombinationsbuchse, die die Teile 5 (Dichtungsbuchsenelement) und 8 (erstes Teil des Axiallagerelements) in sich vereinigt, kann separat auf das Außengewinde 11' der Welle aufgeschraubt werden.

Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen einen besonders festen Zusammenhalt der verschiedenen auf eine Welle aufgeschobenen Teile, wie die Teile des mit der Welle rotierenden Axiallagerelements, eine Dichtungsbuchse und ein Verdichterrad. Zudem wird durch eine besonders feste Verbindung der auf die Welle aufgebrachten Teile die Biegesteifigkeit des Läufers erhöht und damit die Vibrationsanfälligkeit der Welle und die Anfälligkeit für die Entstehung von Unwuchten verringert. Letztlich können durch die beschriebenen Anordnungen besonders große Drehmomente zwischen einem Turbinenrad und einem Ver^¬ dichterrad übertragen werden.

Claims

Patentansprüche

1. Läufer (1) für eine Turboladereinrichtung (2) mit einer Welle (3, 3^λ, 3^{λ λ}) sowie mit einem Schaufelrad 4), einem Dich- tungsbuchsenelement (5) und einem mit der Welle (3, 3^λ, 3^{λ λ}) rotierenden Axiallagerelement (8, 8^λ), die auf der Welle (3, 3 3^{λ λ}) axial hintereinander angeordnet und fixiert sind, wobei das Dichtungsbuchsenelement (5) und das Axiallagerelement (8, 8^λ) mittels eines an wenigstens einem dieser Element vorgesehenen Innengewindes (10, 10 10 ^{λ λ}) mit einem auf der Welle (3, 3^λ, 3^{λ λ}) angeordneten ersten Außengewindes (11, 11 ^λ) verschraubt und gegen eine Wellenschulter (12) verspannt sind.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsbuchsenelement (5) ein Innengewinde (10) aufweist, das mit einem ersten Außengewinde (11) der Welle (3) verschraubt ist und dass das Axiallagerelement (8, 8^λ) axial zwischen dem Dichtungsbuchsenelement (5) und der Wellenschulter (12) an^¬ geordnet ist.

3. Läufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallagerelement (8, 8^λ) ein Innengewinde (10 10 ^{λ λ}) aufweist, das mit einem Außengewinde (11) der Welle (3, 3^λ, 3^{λ λ}) verschraubt ist .

4. Läufer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallagerelement (8, 8^λ) oder ein axialer Teilabschnitt des Axiallagerelements mit dem Dichtungsbuchsenelement (5) einstückig ausgebildet ist.

5. Läufer nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad (4) mittels eines axial vom Ende (23) der Welle (3) verschraubten zentralen Verschraubungselements (13), insbesondere einer auf ein zweites Außengewinde (14) der Welle (3) aufgeschraubten Gewindemutter gegenüber dem Dichtungsbuchsenelement (5), dem Axiallagerelement (8, 8^λ) und insbesondere der Wellenschulter (12) axial verspannt ist.

6. Läufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Außengewinde (14) der Welle (3) und das erste Außengewinde (3) der Welle (3) gegensinnige Steigungen aufweisen.

7. Läufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Außengewinde (14) der Welle (3) und das erste Außengewinde (11) der Welle (3) gleichsinnige Steigungen mit unterschied^¬ lichen Steigungswinkeln aufweisen, wobei das erste Außengewinde steiler ausgebildet ist als das zweite Außengewinde.

8. Läufer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Außengewinde (13) der Welle (3) derart bearbeitet ist, dass sein Außendurchmesser kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der Welle (3) zwischen dem ersten Außengewinde (11) und der Wellenschulter (12) ist.

9. Turboladereinrichtung mit einem Läufer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit einem Gehäuse (15), dadurch ge^¬ kennzeichnet, dass an dem Gehäuse eine gehäusefeste Axialla- gerscheibe (9) angeordnet ist, die ringsegmentförmig ausge^¬ bildet, zu einer Seite hin zur Montage offen und von der Welle durchsetzt ist.

10. Welle für einen Läufer (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) zwischen einem ersten Wellenende (23) und einer Wellenschulter (12), an der sich der Wellendurchmesser von dem ersten Wellenende aus gesehen sprunghaft vergrößert, ein erstes Außengewinde (11) aufweist und dass die Welle (3) zwischen dem ersten Außengewinde (11) und dem ersten Ende (23) der Welle (3) ein weiteres, von dem ersten

Außengewinde (11) räumlich getrenntes Gewinde (14), insbesondere ein zweites Außengewinde aufweist.