DE102009035629A1 - Charging device, in particular exhaust gas turbocharger for a motor vehicle - Google Patents
Charging device, in particular exhaust gas turbocharger for a motor vehicle Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (1), insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer ein Verdichterrad (2) tragenden Welle (3), mit einer Fixiereinrichtung (4) zum Fixieren des Verdichterrades (2) auf der Welle (3), mit zumindest einem auf der Welle (3) und durch die Fixiereinrichtung (4) zusammen mit dem Verdichterrad (2) fixierten Bauelement (5, 6, 7). Durch geschickte Auswahl von Materialien lässt sich erreichen, dass eine Wärmeausdehnung des Verdichterrades (2) durch den Ausdehnungskoeffizienten (α) zumindest eines Bauelementes (5, 6, 7) zumindest teilweise kompensiert werden kann. Dadurch ist es möglich, die anfängliche Spannkraft, mit der die Bauelemente (5, 6, 7) auf der Welle (3) positioniert bzw. verspannt werden, zu erhöhen, ohne dass die für die verspannten Bauelemente (5, 6, 7) zulässige Flächenpressung überschritten wird.The invention relates to a charging device (1), in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, with a shaft (3) carrying a compressor wheel (2), with a fixing device (4) for fixing the compressor wheel (2) on the shaft (3) at least one component (5, 6, 7) fixed on the shaft (3) and by the fixing device (4) together with the compressor wheel (2). By carefully selecting materials, it is possible to at least partially compensate for thermal expansion of the compressor wheel (2) by means of the expansion coefficient (α) of at least one component (5, 6, 7). This makes it possible to increase the initial clamping force with which the components (5, 6, 7) are positioned or clamped on the shaft (3) without the permissible for the clamped components (5, 6, 7) Surface pressure is exceeded.
Description
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung, insbesondere
einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The
The present invention relates to a loading device, in particular
an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle with the features
of the preamble of
Aus
der
Auch Bauelemente, die verdichterseitig auf der Welle angeordnet sind, unterliegen, wie die Welle selbst, im Falle einer Temperaturerhöhung einer Wärmeausdehnung. Dabei ist es derzeit üblich, zumindest einige auf der Welle angeordnete Bauelemente aus einer mit der Welle einheitlichen Stahlsorte herzustellen. Für das Verdichterrad kann zur Gewichtsreduzierung üblicherweise ein Aluminium- oder Titanwerkstoff eingesetzt werden. Um einer Unwuchtbildung des Verdichterrads vorzubeugen, werden die auf der Welle angeordneten Bauelemente durch eine Fixiereinrichtung mit einer dementsprechenden, anfänglichen Spannkraft auf der Welle fixiert. Im Falle einer Temperaturerhöhung dehnt sich jedoch aufgrund des höheren Ausdehnungskoeffizienten das Verdichterrad aus z. B. einem Aluminium- oder Titanwerkstoff stärker aus, als die Welle, auf der das Verdichterrad angeordnet ist. Dadurch erhöht sich die Spannkraft mit der die Bauelemente auf der Welle fixiert werden zusätzlich um eine durch die stärkere Wärmeausdehnung des Verdichterrades hervorgerufene Ausdehnungskraft. Dementsprechend ist diese durch die Wärmeausdehnung auftretende Ausdehnungskraft bei der anfänglichen Spannkraft zu berücksichtigen, da sonst die zulässige Flächenpressung der verspannten Bauelemente überschritten werden kann und es im schlimmsten Fall zu einem Abreißen der Welle kommen kann. Es ist allerdings denkbar, dass die maximal zulässige anfängliche Spannkraft nicht immer für alle Einsatzbereiche der auf der Welle angeordneten Bauelemente ausreichend ist. Aufgrund einer zu geringen anfänglichen Spannkraft, die im Falle einer absinkenden Temperatur, z. B. im Winter, durch den großen Ausdehnungskoeffizienten des Verdichterrades zusätzlich noch abgeschwächt werden kann, kann es zu einem Verrutschen, Verdrehen oder Verkippen des Verdichterrades kommen. Daraus kann wiederum eine negative Unwuchtänderung des Verdichterrades resultieren, die als akustische Störung vom Kunden beanstandet werden könnte.Also Components which are arranged on the compressor side on the shaft, subject, like the wave itself, in case of a temperature increase a thermal expansion. It is currently common practice at least some arranged on the shaft components of a to produce uniform steel grade with the shaft. For the compressor wheel can be used for weight reduction usually an aluminum or titanium material can be used. To an imbalance prevent the compressor wheel, which are arranged on the shaft Components by a fixing device with a corresponding, fixed initial tension on the shaft. In the event of However, a temperature increase expands due to the higher expansion coefficient of the compressor wheel z. B. an aluminum or titanium material stronger, as the shaft on which the compressor wheel is arranged. Thereby the clamping force increases with the components The wave will be additionally fixed by one through the stronger one Thermal expansion of the compressor wheel caused expansion force. Accordingly, this is due to the thermal expansion To consider expansion force at the initial tension otherwise the permissible surface pressure of the strained Components can be exceeded and in the worst case can lead to a tearing off of the wave. It is, however conceivable that the maximum allowed initial Tension does not always apply to all uses the wave arranged components is sufficient. Because of a too little initial tension, which in case of a falling temperature, z. B. in winter, by the large expansion coefficient the compressor wheel additionally attenuated can cause slipping, twisting or tilting of the Compressor wheel come. This in turn can cause a negative imbalance change of the compressor wheel resulting as an acoustic disturbance could be objected to by the customer.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladevorrichtung eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine mögliche Erhöhung der anfänglichen Spannkraft, mit der die Bauelemente auf der Welle fixiert werden, auszeichnet, ohne dass in dem gesamten Einsatzbereich die zulässige Flächenpressung der auf der Welle verspannten Bauelemente überschritten wird.The The present invention addresses the problem of improved or at least for a loading device specify another embodiment, in particular by a possible increase in the initial one Clamping force with which the components are fixed on the shaft, without that in the entire field of application the permissible Surface pressure of the braced on the shaft components exceeded becomes.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this problem by the subject-matter of the independent claim solved. Advantageous embodiments are the subject the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Materialpaarung von verdichterseitig auf einer Welle angeordneten Bauelementen sowie der Welle selbst so vorzunehmen, dass in einem vorbestimmten Temperaturbereich ein Ausdehnungskoeffizient zumindest eines Bauelementes kleiner ist als ein Ausdehnungskoeffizient des Verdichterrades. Durch eine solche Materialpaarung kann teilweise eine temperaturbedingte Ausdehnung des Verdichterrades durch eine geringere Ausdehnung des zumindest einen Bauelementes so kompensiert werden, dass die durch die Ausdehnung des Verdichterrades resultierende und auf die Welle wirkende Ausdehnungskraft verringert ist. Da sich das Verdichterrad in Kombination mit dem zumindest einen Bauelement prozentual gegenüber der Welle weniger stark ausdehnt, als das Verdichterrad allein, ist auch die dadurch resultierende Spannkraft reduziert. Dies ermöglicht eine Erhöhung der anfänglichen Spannkraft, mit der die Bauelemente durch eine Fixiereinrichtung auf der Welle positioniert werden, da aufgrund der reduzierten, bei einer Temperaturerhöhung eintretenden Ausdehnungskraft, die maximale Flächenpressung der auf der Welle angeordneten und durch die Fixiereinrichtung positionierten Bauelemente nicht überschritten wird. Aufgrund einer dementsprechend erhöhten anfänglichen Spannkraft ist eine ausreichend stabile Positionierung des Verdichterrades zumindest bzgl. seiner Unwucht auf der Welle sichergestellt.The Invention is based on the general idea, a material pairing of compressor side arranged on a shaft components and the Wave yourself to make that in a predetermined temperature range an expansion coefficient of at least one component smaller is as an expansion coefficient of the compressor wheel. By a Such material pairing can be partially due to a temperature-related expansion the compressor wheel by a smaller extent of at least a component can be compensated so that by the expansion the compressor wheel resulting and acting on the shaft expansion force is reduced. Since the compressor wheel in combination with the at least one component percentage with respect to the shaft is less strong than the compressor wheel alone, is also the result resulting clamping force reduced. This allows a Increase the initial tension, with the the components positioned by a fixing device on the shaft because of the reduced, at a temperature increase entering expansive force, the maximum surface pressure which is arranged on the shaft and positioned by the fixing device Components is not exceeded. Due to a correspondingly increased initial clamping force is a sufficiently stable positioning the compressor wheel at least with respect to its imbalance on the shaft ensured.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem vorbestimmten Temperaturbereich der Ausdehnungskoeffizient des zumindest einen Bauelementes nicht nur kleiner als der Ausdehnungskoeffizient des Turbinenrades sondern sogar kleiner als der Ausdehnungskoeffizient der Welle. Dadurch lässt sich oben beschriebener Effekt vergrößern und demgemäß kann auch die anfängliche Spannkraft weiter erhöht werden.In a preferred embodiment, in the predetermined temperature range, the expansion coefficient of the at least one component is not only smaller than the expansion coefficient of the turbine wheel but even smaller than the extension coefficient of the wave. As a result, the effect described above can be increased, and accordingly, the initial clamping force can be further increased.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawing and from the associated Description of the figures with reference to the drawing.
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.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.One preferred embodiment of the invention is in the Drawing and shown in the following description explained in more detail.
Es
zeigt, schematisch, die einzige
Wie
in
Üblicherweise
werden durch die Fixiereinrichtung
Nun
ist es möglich, diese anfängliche Spannkraft zu
erhöhen, wenn zumindest eines der Bauelemente
Dabei
folgt die Wärmeausdehnung folgender Formel
- α
- Längenausdehnungskoeffizient
- l
- Länge
- x
Dimension von 1bis 3
- E
- Elastizitätsmodul
- A
- Querschnittsfläche.
- α
- Coefficient of linear expansion
- l
- length
- x
- Dimension from 1 to 3
- e
- modulus of elasticity
- A
- Cross sectional area.
Somit
tritt aufgrund der Längenausdehnung Δl des Verdichterrades
Bevorzugt
kann der Ausdehnungskoeffizient α3 in
einem vorbestimmten Temperaturbereich des zumindest einen Bauelements
Bevorzugt
wird für zumindest ein solches Bauelement
Das
Prinzip, die Wärmeausdehnung des Verdichterrades
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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