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DE102008058506A1 - Charging device, particularly exhaust gas turbocharger for motor vehicle, has compressor and turbine wheel, which has shaft - Google Patents

Charging device, particularly exhaust gas turbocharger for motor vehicle, has compressor and turbine wheel, which has shaft Download PDF

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Klaus Czerwinski
Stefan Dr. Münz
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Abstract

The charging device has a compressor and a turbine wheel, which has a shaft (3). The shaft and turbine or compressor wheel (2) and dovetail guide or a conical bore are connected with each other in rotating manner on an undercut of a bayonet catch (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, according to the Preamble of claim 1.

Derartige Abgasturbolader bzw. Ladeeinrichtungen sind beispielsweise aus der DE 10 2005 037739 A1 sowie aus der WO 2008/064868 A2 bekannt.Such exhaust gas turbocharger or charging devices are for example from the DE 10 2005 037739 A1 as well as from the WO 2008/064868 A2 known.

Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass ein Turbinen-/Verdichterrad oftmals aus einem zu einer Welle eines Rotors der Ladeeinrichtung unterschiedlichen Werkstoff gefertigt ist. Zum Verbinden des Turbinenrades bzw. des Verdichterrades mit der Welle, müssen die beiden Werkstoffe miteinander gefügt werden, wodurch beispielsweise mechanische Schwachstellen, insbesondere an einer Fügestelle, wie beispielsweise einer Schweißnaht, geschaffen werden.adversely in the known state of the art is that a turbine / compressor wheel often from one to a shaft of a rotor of the charger made of different material. For connecting the turbine wheel or the compressor wheel with the shaft, the two must Materials are joined together, whereby, for example, mechanical Weak points, especially at a joint, such as a weld, created.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche derartige mechanische Schwachstellen bei einer Verbindung zwischen einem Turbinen-/Verdichterrad und einer Welle nicht mehr aufweist.The The present invention addresses the problem of for a charging device of the generic type Art to provide an improved embodiment which Such mechanical weaknesses in a connection between no longer has a turbine / compressor wheel and a shaft.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Problem is inventively by the subject of the independent claim 1 solved. advantageous Embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Turbinen-/Verdichterrad mit einer zugehörigen Welle beispielsweise über einen Hinterschnitt, einen Bajonettverschluss, eine Schwalbenschwanzführung oder eine konische Bohrung drehfest miteinander zu verbinden. Zusammen bilden das Turbinen-/Verdichterrad und die Welle einen Rotor einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers für ein Kraftfahrzeug. Im Unterschied zum Stand der Technik handelt es sich hierbei um ein lediglich rein mechanisches Verbindungsverfahren, bei welchem keine Änderungen der Materialeigenschaften, beispielsweise aufgrund von Fügeprozessen, auftreten.The The invention is based on the general idea of a turbine / compressor wheel with an associated wave, for example via an undercut, a bayonet lock, a dovetail guide or rotatably connect a conical bore with each other. Together The turbine / compressor wheel and the shaft form a rotor one Charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle. In contrast to the prior art acts this is a purely mechanical connection method, in which no changes in the material properties, for example, due to joining processes occur.

Demgemäß werden auch keine Schwachstellen, wie beispielsweise Schweißnähte, geschaffen, welche beispielsweise die Dauerstandsfestigkeit des Rotors negativ beeinflussen können. Von entscheidendem Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verbindungsverfahren ist jedoch, dass sich das Turbinen-/Verdichterrad, beispielsweise zu Reparatur- und Wartungszwecken, leicht von der Welle lösen lässt, wodurch einerseits nicht nur die Montage bzw. Demontage der Ladeeinrichtung erleichtert wird, sondern zugleich auch deren Wartungsfreundlichkeit gesteigert werden kann. Bajonettverschlüsse sind hinlänglich bekannt und bieten eine zuverlässige Verbindungstechnik zur Drehmomentenübertragung, wobei im vorliegenden Fall lediglich darauf geachtet werden muss, dass die gewählte Verbindungsgeometrie keine Unbuchten aufweist.Accordingly, become also no weak points, such as welds, created, for example, the creep strength of the Rotor can affect negatively. Of decisive Advantage in the connection method according to the invention is, however, that the turbine / compressor wheel, for example for repair and maintenance purposes, easily detached from the shaft, on the one hand not only the assembly or disassembly of the charging device is facilitated, but at the same time their ease of maintenance can be increased. Bayonet locks are sufficient known and offer a reliable connection technology for torque transmission, in the present case only care must be taken that the chosen Connection geometry has no bays.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist eine Schließrichtung des Bajonettverschlusses entgegen der Drehrichtung der Welle orientiert. Hierdurch soll ein unerwünschtes sich Lösen des Bajonettverschlusses während des Betriebs der Ladeeinrichtung vermieden werden, wodurch beispielsweise Schäden an der Ladeeinrichtung entstehen könnten. Eine Inbetriebnahme der Ladeeinrichtung bewirkt somit stets eine in Schließrichtung des Bajonettverschlusses wirkende Kraft, wodurch dieser bzw. die beiden über den Bajonettverschluss miteinander verbundenen Teile stets in Schließrichtung zueinander vorgespannt werden.at an advantageous embodiment of the invention Solution, is a closing direction of the bayonet lock oriented against the direction of rotation of the shaft. This is intended to be unwanted loosening of the bayonet lock be avoided during operation of the charging device, causing damage to the charging device, for example could. A commissioning of the charging device causes thus always in the closing direction of the bayonet lock acting force, whereby this or the two on the Bayonet catch interconnected parts always in the closing direction be biased to each other.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad und der Welle ein Isolierelement angeordnet. Ein derartiges Isolierelement, welches beispielsweise als Wärmetrennschicht bzw. Wärmetrennplättchen ausgebildet sein kann, verhindert einen unerwünschten Wärmeübertrag vom Turbinenrad auf die Welle bzw. von der Welle auf das Verdichterrad. Hierdurch soll insbesondere eine Temperaturbelastung im Ladegehäuse des Rotors reduziert und dadurch die Lagerung an sich verbessert werden. Ein derartiges Isolierelement kann dabei beispielsweise aus einem schlecht wärmeleitenden Material ausgebildet sein, wodurch die Wärmeübertragung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad und der Welle gesenkt werden kann.at a further advantageous embodiment of the invention Solution is between the turbine / compressor wheel and the Shaft an insulating arranged. Such an insulating element, which, for example, as Wärmetrennschicht or Wärmetrennplättchen may be formed, prevents unwanted heat transfer from the turbine wheel to the shaft or from the shaft to the compressor wheel. This should in particular a temperature load in the charging case reduces the rotor and thereby improves the storage itself become. Such an insulating element can for example formed of a poor thermal conductivity material be, whereby the heat transfer between the Turbine / compressor wheel and the shaft can be lowered.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawings and from the associated Description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.preferred Embodiments of the invention are in the drawings and will become more apparent in the following description explained, wherein the same reference numerals to the same or similar or functionally identical components relate.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,there show, in each case schematically,

1 eine Längsschnittdarstellung durch einen Rotor mit einer erfindungsgemäßen Verbindung zwischen einem Turbinen-/Verdichterrad und einer Welle, 1 3 shows a longitudinal section through a rotor with a connection according to the invention between a turbine / compressor wheel and a shaft,

2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einer anderen Verbindungsgeometrie, 2 a representation like in 1 but with a different connection geometry,

3 eine Ansicht auf ein Längsende einer Welle mit einer als Schwalbenschwanzführung ausgebildeten Verbindung zu einem Turbinen-/Verdichterrad. 3 a view of a longitudinal end of a shaft with a designed as a dovetail connection to a turbine / compressor.

Entsprechend der 1, weist ein Rotor 1 einer im Übrigen nicht gezeigten Ladeeinrichtung, beispielsweise eines Abgasturboladers für ein Kraftfahrzeug, ein Turbinen-/Verdichterrad 2 sowie eine Welle 3 auf. Dabei ist das Turbinen-/Verdichterrad 2 drehfest mit der Welle 3 verbunden und zwar, wie gemäß der 1 gezeigt ist, über beispielsweise einen Bajonettverschluss 4. Eine Verbindung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 erfolgt somit ausschließlich mechanisch, so dass auf einen Fügeprozess, wie beispielsweise ein Verschweißen, verbunden mit den damit einhergehenden Nachteilen, gänzlich verzichtet werden kann. Der Bajonettverschluss 4 steht dabei stellvertretend für eine allgemeine Steck-Dreh-Verbindung, bei welcher die beiden miteinander zu verbindenden Teile zunächst übereinander gestülpt werden, bis ein Pin 5 in eine zugehörige Ausnehmung 6 am gegenüberliegenden Teil eingreift. Der Pin 5 ist dabei im gezeigten Beispiel am Turbinen-/Verdichterrad 2 angeordnet, während die Ausnehmung 6 drehfest mit der Welle 3 verbunden ist. In diesem Fall wird die Welle 3 mit dem Bajonettverschluss 4 über einen entsprechenden axialen Fortsatz des Turbinen-/Verdichterrades 2 gestülpt und anschließend verdreht. Selbstverständlich kann dabei zur Sicherung der Verbindung zusätzlich eine nicht gezeigte Rasteinrichtung eingesetzt werden, welche ein Verrasten des Bajonettverschlusses 4 in dessen Schließstellung, wie beispielsweise bei Kameraobjektiven üblich, ermöglicht. Von besonderem Vorteil bei einem derartigen Bajonettverschluss 4 ist, dass dieser einerseits keinerlei mechanische Schwachstellen, wie sie beispielsweise beim Schweißen durch Gefügeveränderungen entstehen, aufweist und andererseits eine leicht lösbare Verbindung schafft, welche sowohl die Montage als auch die Demontage des Rotors 1 vereinfacht und insbesondere dazu beiträgt, Reparatur- und Wartungskosten zu senken.According to the 1 , has a rotor 1 an otherwise not shown charging device, such as an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, a turbine / compressor wheel 2 as well as a wave 3 on. Here is the turbine / compressor wheel 2 rotatably with the shaft 3 connected and that, as according to the 1 is shown, for example, a bayonet lock 4 , A connection between the turbine / compressor wheel 2 and the wave 3 takes place exclusively mechanically, so that a joining process, such as welding, combined with the associated disadvantages, can be completely dispensed with. The bayonet lock 4 stands as a representative of a general plug-and-turn connection in which the two parts to be joined together are first placed over each other until a pin 5 in an associated recess 6 engages the opposite part. The pin 5 is in the example shown on the turbine / compressor 2 arranged while the recess 6 rotatably with the shaft 3 connected is. In this case, the wave becomes 3 with the bayonet lock 4 via a corresponding axial extension of the turbine / compressor wheel 2 slipped over and then twisted. Of course, it can additionally be used to secure the connection a locking device, not shown, which is a latching of the bayonet lock 4 in its closed position, as usual for camera lenses, allows. Of particular advantage in such a bayonet closure 4 is that on the one hand this no mechanical weaknesses, such as those resulting from structural changes during welding, and on the other hand creates an easily detachable connection, which both the assembly and disassembly of the rotor 1 simplifies and in particular helps to reduce repair and maintenance costs.

Gemäß der 2 ist ebenfalls ein Bajonettverschluss 4 gezeigt, welcher hier insgesamt vier, jeweils im 90° Winkel zueinander angeordnete, Pins 5 aufweist. Diese greifen in zugehörige Ausnehmungen 6, welche gemäß der 2 am Turbinen-/Verdichterrad 2 angeordnet sind, ein. Im Unterschied zu 1, sind dabei die Pins 5 nicht am Turbinen-/Verdichterrad 2, sondern an der Welle 3 angeordnet. Darüber hinaus kann noch ein Anschlag 7 vorgesehen sein, welcher eine Drehbewegung des Bajonettverschlusses 4, hier des die Pins 5 tragenden Bauteils, begrenzt.According to the 2 is also a bayonet lock 4 shown, which here four in total, each arranged at 90 ° to each other, pins 5 having. These engage in associated recesses 6 , which according to the 2 at the turbine / compressor wheel 2 are arranged. In contrast to 1 , are the pins 5 not on the turbine / compressor wheel 2 but on the wave 3 arranged. In addition, there may still be a stop 7 be provided, which a rotational movement of the bayonet closure 4 , here's the pins 5 bearing component, limited.

Eine weitere Möglichkeit einer derartigen leicht lösbaren und rein mechanischen Verbindung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der zugehörigen Welle 3 ist in 3 gezeigt, wobei hier die Verbindung als Schwalbenschwanzführung 8 ausgebildet sind. Sämtliche Verbindungen müssen dabei selbstverständlich derart ausgebildet sein, dass sie bei einer Drehung der Welle 3 bzw. des Turbinen-/Verdichterrades 2 keine Unwucht erzeugen.Another possibility of such an easily detachable and purely mechanical connection between the turbine / compressor wheel 2 and the associated shaft 3 is in 3 shown, in which case the compound as a dovetail guide 8th are formed. Of course, all connections must be designed such that they rotate upon rotation of the shaft 3 or the turbine / compressor wheel 2 do not generate imbalance.

Um während des Betriebs der Ladeeinrichtung ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung, insbesondere des Bajonettverschlusses 4, zuverlässig ausschließen zu können, ist dessen Schließrichtung entgegen der Drehrichtung der Welle 3 orientiert. Bei einem Betrieb der Ladeeinrichtung, das heißt bei einer sich drehenden Welle 3 wird somit der Bajonettverschluss 4 in seine Schließstellung vorgespannt. Gleiches gilt hierfür selbstverständlich für die Schwalbenschwanzführung 8 oder ähnliche Verschlüsse.In order during the operation of the charger inadvertent release of the connection, in particular the bayonet closure 4 To be able to exclude reliably, its closing direction is opposite to the direction of rotation of the shaft 3 oriented. In an operation of the charging device, that is at a rotating shaft 3 thus becomes the bayonet lock 4 biased in its closed position. The same applies, of course, for the dovetail guide 8th or similar closures.

Um darüber hinaus eine unerwünschte, da starke, Wärmeübertragung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 vermeiden zu können, kann zwischen diesen beiden ein Isolierelement 9 angeordnet sein, welches üblicherweise aus einem schlecht wärmeleitenden Material besteht. Gemäß der 1 ist dabei das Isolierelement 9 an einer Stirnseite des axialen Fortsatzes des Turbinen-/Verdichterrades 2 angeordnet, während es gemäß der 2 an einer Stirnseite der Welle 3 angeordnet ist. Mittels des Isolierelementes 9 wird insbesondere ein Wärmeeintrag in die Welle 3 reduziert, wodurch sich die thermische Belastung, insbesondere auf Lager der Welle 3, deutlich reduzieren lassen.In addition, an undesirable because strong, heat transfer between the turbine / compressor wheel 2 and the wave 3 To avoid, between these two an insulating element 9 be arranged, which usually consists of a poor thermal conductivity material. According to the 1 is the insulating element 9 on an end face of the axial extension of the turbine / compressor wheel 2 while it is arranged according to the 2 on a front side of the shaft 3 is arranged. By means of the insulating element 9 In particular, a heat input into the shaft 3 reduces, thereby increasing the thermal load, especially on bearings of the shaft 3 , can be reduced significantly.

Mit der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad 2 und der Welle 3 kann somit eine leicht lösbare Verbindung geschaffen werden, welche neben einer vereinfachten Montage bzw. Demontage des Rotors 1 dazu beiträgt, die Reparatur- und Wartungskosten zu senken. Darüber hinaus ist es möglich für die Welle 3 beispielsweise einen verschleißbeständigen, insbesondere einen gehärteten, Wellenwerkstoff zu wählen oder durch einen anschließenden Härteprozess verschleißbeständig auszuführen. Durch die rein mechanische bzw. thermische Verbindung entstehen keine mechanischen Schwachstellen, beispielsweise durch eine Aufhärtung oder das Bilden von Warmrissen, wie dies üblicherweise beim Herstellen von Schweißverbindungen der Fall war.With the connection according to the invention between the turbine / compressor wheel 2 and the wave 3 Thus, an easily detachable connection can be created, which in addition to a simplified assembly and disassembly of the rotor 1 helps to reduce repair and maintenance costs. In addition, it is possible for the wave 3 For example, to select a wear-resistant, in particular a hardened, shaft material or perform wear-resistant by a subsequent hardening process. Due to the purely mechanical or thermal connection, no mechanical weak points arise, for example due to hardening or the formation of hot cracks, as was usually the case when producing welded joints.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005037739 A1 [0002] DE 102005037739 A1 [0002]
  • - WO 2008/064868 A2 [0002] - WO 2008/064868 A2 [0002]

Claims (3)

Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug mit einer, ein Verdichterrad (2) und ein Turbinenrad (2) tragenden Welle (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) und das Turbinen-/Verdichterrad (2) über einen Hinterschnitt, einen Bajonettverschluss (4), eine Schwalbenschwanzführung (8) oder eine konische Bohrung drehfest miteinander verbunden sind.Charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle with a, a compressor wheel ( 2 ) and a turbine wheel ( 2 ) carrying wave ( 3 ), characterized in that the shaft ( 3 ) and the turbine / compressor wheel ( 2 ) via an undercut, a bayonet catch ( 4 ), a dovetail guide ( 8th ) or a conical bore rotatably connected to each other. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließrichtung des Bajonettverschlusses (4) entgegen der Drehrichtung der Welle (3) orientiert ist.Charging device according to claim 1, characterized in that a closing direction of the bayonet closure ( 4 ) counter to the direction of rotation of the shaft ( 3 ) is oriented. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turbinen-/Verdichterrad (2) und der Welle (3) ein Isolierelement (9) angeordnet ist.Charging device according to claim 1 or 2, characterized in that between the turbine / compressor wheel ( 2 ) and the wave ( 3 ) an insulating element ( 9 ) is arranged.
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