DE10343801B4

DE10343801B4 - Verfahren zum Auswuchten eines Turboladerrotors mit elektrischer Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE10343801B4
Application number: DE10343801A
Authority: DE
Inventors: Shoji Toyota Sasaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2023-09-23
Also published as: DE10343801A1; FR2844877A1; JP2004116317A

Abstract

Verfahren zum Auswuchten eines über eine Lagerung (14) drehbar gelagerten Turboladerrotors mit einem Turbinenlaufrad (12), einem Verdichterlaufrad (16) und einem Rotor (18) einer elektrischen Rotationsmaschine, wobei die gleichzeitige Auswuchtung hinsichtlich einer Primärresonanz und hinsichtlich einer Sekundärresonanz, um sowohl die Primär- als auch die Sekundärresonanz zu minimieren, durch Abtragung eines Teils von einer Schraubenmutter (22) zur Befestigung des Verdichterlaufrads (16) auf einer Welle (10) des Turboladerrotors, erfolgt.

Description

1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten eines Turboladerrotors, mit elektrischer Rotationsmaschine.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Turbolader ist so aufgebaut, dass ein Turboladerrotor (Laufzeug, Turboladerläufer) bestehend aus einem Turbinenlaufrad mit einem Verdichterlaufrad, die über eine Welle verbunden sind, mittels einer Lagerung drehbar gelagert ist. Der Aufbau des Turboladerrotors ist von ausserordentlich hoher Steifigkeit. Sollten dennoch Biegeschwingungen auftreten, so ist deren Eigenfrequenz sehr hoch. Der Turboladerrotor wird jedoch im Allgemeinen bei hohen Drehzahlen von über 100.000 Umdrehungen pro Minute betrieben. Folglich kann die Eigenfrequenz nahe an der Drehzahl liegen. Um einen Resonanzbruch zu vermeiden, werden deshalb üblicherweise im Voraus Maßnahmen zum Auswuchten eines jeden Produkts getroffen.

Das Auswuchten wird so durchgeführt, dass der Turboladerrotor in einer Testvorrichtung angeordnet wird und, während der Turboladerrotor in Drehung versetzt wird, schrittweise Teile des Turboladerrotors entfernt bzw. abgetragen werden. Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-47944 zeigt eine vorteilhafte Form eines Verdichterlaufrads zum Auswuchten durch Entfernen bzw. Abtragen eines Teils des Verdichterlaufrads, und einen vorzugsweise abzutragenden Teil. Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-39904 zeigt eine vorteilhafte Position, an der ein Beschleunigungsaufnehmer zur Erfassung von Schwingungen während des Auswuchtens angebracht ist.

Weitere Verfahren zum Auswuchten eines Turboladerrotors durch Abtragen eines Teils des Turbinen- und/oder Verdichterlaufrads sind in DE 689 05 480 T2 und DE 695 24 906 T2 offenbart.

Bislang bestand ein Turboladerrotor aus einem Turbinenlaufrad und einem Verdichterlaufrad, die mittels einer Welle verbunden waren, so dass das Verdichterlaufrad vom Turbinenlaufrad angetrieben wurde. Da jedoch in den letzten Jahren die elektronische Steuerung inbesondere auf dem Gebiet der Antriebssteuerung von Kraftfahrzeugen Einzug hielt, ist der Einbau eines elektrischen Motors oder eines Motors/Generators (in dieser Beschreibung allgemein als "elektrische Rotationsmaschine" bezeichnet) weit verbreitet, wie es z.B. in JP 03-197240 A offenbart ist, wodurch der Turbolader entsprechend den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors und des Kraftfahrzeugs effizienter betrieben werden kann. Der Einbau einer elektrischen Rotationsmaschine verlängert jedoch den Turboladerrotor um die Länge der elektrischen Rotationsmaschine und erhöht die rotierende Masse. Folglich kann es dazu kommen, dass eine sekundäre Eigenfrequenz des Turboladerrotors in einen Bereich absinkt, in dem die Eigenfrequenz nahe an der Betriebsdrehzahl des Turboladerrotors liegt, wobei eine bislang noch nicht berücksichtigte Sekundärresonanz auftritt.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verfahren zum Auswuchten eines Turboladerrotors vorzusehen, das eine einfache und kostengünstige Korrektur der Auswuchtung gestattet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es wird ein Verfahren zum Auswuchten eines Turboladerrotors, der ein Turbinenlaufrad, ein Verdichterlaufrad und einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine aufweist, und der mittels einer Lagerung drehbar gelagert ist, vorgeschlagen, bei dem eine Auswuchtung hinsichtlich einer Primärresonanz und eine Auswuchtung hinsichtlich einer Sekundärresonanz gleichzeitig erfolgen, um sowohl die Primär- als auch die Sekundärresonanz zu minimieren, und zwar durch Abtragung eines Teils von einer Schraubenmutter zum Befestigen des Verdichterlaufrads auf der Welle des Turboladerrotors.

Vorzugsweise wird weiter von wenigstens einem anderen Abschnitt des Turboladerrotors als der Schraubenmutter ein Teil abgetragen.

In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn einer der beiden Abschnitte zur Auswuchtung hinsichtlich der Primärresonanz, und der andere Abschnitt zum Auswuchten hinsichtlich der Sekundärresonanz dient.

Der wenigstens eine andere Abschnitt ist vorzugsweise ein Abschnitt des Turbinenlaufrads.

Gemäß dem Verfahren zum Auswuchten des Turboladerrotors werden beim Auswuchten des Turboladerrotors, der ein Turbinenlaufrad, ein Verdichterlaufrad und einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine umfasst, und der mittels einer Lagerung drehbar gelagert ist, die Auswuchtung hinsichtlich der Primärresonanz und die Auswuchtung hinsichtlich der Sekundärresonanz gleichzeitig durchgeführt, um sowohl die Primär- als auch die Sekundärresonanz zu minimieren. Folglich kann selbst dann, wenn die sekundäre Eigenfrequenz des Turboladerrotors, der aufgrund seiner größeren axialen Länge und seiner erhöhten Drehmasse Sekundärresonanz verursacht, nahe an den Betriebsdrehzahlbereich des Turboladerrotors kommt, eine negative Auswirkung auf den Betrieb des Turboladerrotors aufgrund von Sekundärresonanz verhindert werden, da die Auswuchtung im Voraus unter Berücksichtigung dieser Situation durchgeführt wird.

Wenn die Auswuchtung hinsichtlich der Primärresonanz und die Auswuchtung hinsichtlich der Sekundärresonanz zur Minimierung sowohl der Primär- als auch der Sekundärresonanz gleichzeitig und durch Abtragen eines Teils der Schraubenmutter zum Befestigen des Verdichterlaufrads auf dem Turboladerrotor erfolgt, können die Primär- und die Sekundärresonanz, wie oben erwähnt, auf einfache Weise vermieden werden, indem ein Teil des Materials von einem bestimmten Abschnitt des Turboladerrotors abgetragen wird.

Wenn beim Auswuchten ein Teil des Materials von der Schraubenmutter abtragen wird, kann die Auswuchtung im Falle eines fehlerfhaften Materialabtrags einfach durch einen Austausch der Schraubenmutter rückgängig gemacht werden.

Abgesehen von dem Fall, in dem der Materialabtrag vom Turboladerrotor hinsichtlich der Primärresonanz und hinsichtlich der Sekundärresonanz nur an einem Abschnitt, d. h. der Schraubenmutter, durchgeführt wird, ist es in dem Fall, in dem ein Materialabtrag auch an zumindest einem anderen Abschnitt als der Schraubenmutter erfolgt, grundsätzlich möglich, die Anpassung zur Verhinderung der Pri mär- und der Sekundärresonanz so schnell wie möglich und ohne gegenseitige Behinderung durchzuführen. Wenn ausserdem der wenigstens eine andere Abschnitt ein Abschnitt des Turbinenlaufrads ist, sind die Abschnitte weit voneinander entfernt. Folglich kann ein Einfluss des Materialabtrags an einem Abschnitt auf den anderen Abschnitt minimiert werden, wodurch die Primär- und Sekundärresonanz bestmöglichst vermieden werden können.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten Merkmale und die gewerbliche Anwendbarkeit der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels unter Berücksichtungung der beigefügten Zeichnungen verständlicher. Dabei ist
1 eine schematische Darstellung eines. Turboladerrotors mit einer elektrischen Rotationsmaschine, auf den das Auswuchtverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung angewandt ist;
2 eine schematische Darstellung, die einen Primärresonanzmodus des in 1 gezeigten Turboladerrotors darstellt;
3 eine schematische Darstellung, die einen Sekundärresonanzmodus des in 1 gezeigten Turboladerrotors darstellt; und
4 ein Ansicht, die speziell den in 1 gezeigten Turboladerrotor darstellt, auf den das Auswuchtverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel angewandt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES VORTEILHAFTEN AUSFÜHRUNGSBEIPIELS
In der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels genauer beschrieben.
1 zeigt schematisch einen Turboladerrotor mit einer elektrischen Rotationsmaschine, bei dem eine Welle S, an deren Endabschnitte ein Turbinenlaufrad T und ein Verdichterlaufrad C vorgesehen sind, an ihrem mittleren Abschnitt mittels einer Lagerung B-B drehbar gelagert, und ein Rotor M einer elektrischen Rotationsmaschine zwischen dem Verdichterlaufrad und der Lagerung vorgesehen ist. Wenn der Turboladerrotor nicht ausgewuchtet ist, kann Primärresonanz auftreten, bei der ein in 2 gezeigter Primärbiegemodus verstärkt wird. Folglich wird der Turboladerrotor zu Vermeidung der Primärresonanz ausgewuchtet. Wenn der Turboladerrotor jedoch durch den Einbau eines Rotors M einer elektrischen Rotationsmaschine zusätzlich zum Turbinenlaufrad T und dem Verdichterlaufrad C verlängert wird, kann Sekundärresonanz auftreten, bei der ein in 3 gezeigter Sekundärbiegemodus im Betriebsdrehzahlbereich des Turboladerrotors verstärkt wird. Dabei ist zu beachten, dass die in den 2 bzw. 3 gezeigten Verformungen im Primärbiegemodus bzw. im Sekundärbiegemodus zum Zweck der Erläuterung übertrieben dargestellt sind. Die Biegungen im Sekundärbiegemodus, in dem Biegungen an zwei oder mehreren Abschnitten auftreten, werden entsprechend der Anordnung des Turbinenlaufrads T, des Verdichterlaufrads C, des Rotors M einer elektrischen Rotationsmaschine und der Lagerung jeweils in bestimmten Formen erzeugt.
4 ist eine Seitenansicht des in den 1 bis 3 gezeigten Turboladerrotors. Ein Turbinenlaufrad 12 ist an einem Ende einer Welle 10 angebracht. Ein Verdichterlaufrad 16 ist am anderen Ende der Welle 10 angebracht, wobei zwischen dem Turbinenlaufrad 12 und dem Verdichterlaufrad 16 eine Lagerung 14 vorgesehen ist. Zwischen der Lagerung 14 und dem Verdichterlaufrad 16 ist ein Rotor 18 einer elektrischen Rotationsmaschine vorgesehen. Das Turbinenlaufrad 12 ist an einem Ende der Welle 10 an einem Nabenabschnitt 20 angeschweißt. Das Verdichterlaufrad 16 ist am anderen Ende der Welle 10 mittels einer Schraubenmutter 22 befestigt.
Das Auswuchten des aus dem Turbinenlaufrad 12 und der Welle 10 zusammengesetzten Körpers, und das Auswuchten des Verdichterlaufrads 16 erfolgt bevor der zusammengesetzte Körper und das Verdichterlaufrad 16 miteinander verbunden werden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Materialabtrag zum Auswuchten normalerweise an den mit 24, 26, 28, 30 bezeichneten Abschnitten durchgeführt.
Als Nächstes werden das Verdichterlaufrad 16 und der Rotor 18 einer elektrischen Rotationsmaschine an den aus der Welle 10 und dem Turbinenlaufrad 12 bestehenden Körper angebracht und zu einer Einheit zusammengebaut. Dann wird die Welle 10 an den beiden Lagerungen 14 drehbar gelagert nicht dargestellt. Das Turbinenlaufrad 12 wird durch verdichtete Luft mit einer Temperatur von 400°C oder höher angetrieben. Dann wird das Auswuchten des gesamten Turboladerrotors durchgeführt, wobei Schwingungen durch einen im Turboladergehäuse vorgesehenen Schwingungsaufnehmer (nicht dargestellt) erfasst werden. Für die Auswuchtung durch einen Materialabtrag ist ein Abschnitt der Nabe 21 auf Seiten des Turbinenlaufrads sowie, wie beschreiben, ein Abschnitt der Schraubenmutter 22 auf Seiten des Verdichterlaufrads 16 geeignet. Wenn ein Teil des Materials von der Schraubenmutter 22 abgetragen wird, kann, falls die Lage des Abtrags nicht geeignet war, der Abtrag einfach durch Ersetzen der Schraubenmutter 22 rückgängig gemacht werden.
Das Verfahren zum gleichzeitigen Auswuchten hinsichtlich der Primär- und der Sekundärresonanz, um sowohl die Primär- als auch die Sekundärresonanz zu minimieren, ändert sich von Produkt zu Produkt in Anhängigkeit von der Lagebeziehung zwischen dem Abtragsabschnitt, der zum Auswuchten hinsichtlich der Primärresonanz abgetragen werden muss, und dem Abtragsabschnitt, der zum Auswuchten der Sekundärresonanz abgetragen werden muss. Stimmen die beiden Abschnitte überein, wird natürlich nur an einem Abschnitt abgetragen. Wenn die Abschnitte jedoch nicht übereinstimmen, werden sie vorteilhafterweise so gewählt, dass sie sich an unterschiedlichen Stellen des Turboladerrotors befinden. Wenn zum Auswuchten hinsichtlich der Primärresonanz beispielsweise ein Abschnitt des Turbinenlaufrads gewählt wird, kann zum Auswuchtert der Sekundärresonanz ein Abschnitt des Verdichterlaufrads, also die Schraubenmutter 22 zum Befestigen des Verdichterlaufrads, gewählt werden. Die Abtragsabschnitte sollten vorteilhafterweise so weit wie möglich auseinander liegen, um eine Überlagerung der Anpassung hinsichtlich der Primärresonanz und der Anpassung hinsichtlich der Sekundärresonanz zu vermeiden.
Wenn das Auswuchten hinsichtlich der Primärresonanz und das Auswuchten hinsichtlich der Sekundärresonanz gleichzeitig durchgeführt werden, um sowohl die Primärals auch die Sekundärresonanz zu minimieren, können die Abtragungsabschnitte sowohl an unterschiedlichen Winkelpositionen als auch an unterschiedlichen Positionen in axialer Richtung gewählt werden. Wenn beispielsweise eine Winkelposition für den Materialabtrag zum Auswuchten hinsichtlich der Primärresonanz optimal geeignet ist, die Winkelposition zum Auswuchten hinsichtlich der Sekundär resonanz jedoch ungeeignet ist, kann die Anpassung durch Verlagern des Materialabtragungsabschnitts zum Auswuchten hinsichtlich der Primärresonanz bezüglich der optimalen Winkelposition erfolgen, um sowohl die Primär- als auch die Sekundärresonanz zu minimieren. Durch dieses Verfahren zur Minimierung sowohl der Primär- als auch der Sekundärresonanz kann das Auswuchten sowohl hinsichtlich der Primär- als auch hinsichtlich der Sekundärresonanz erzielt werden.

Claims

Verfahren zum Auswuchten eines über eine Lagerung (14) drehbar gelagerten Turboladerrotors mit einem Turbinenlaufrad (12), einem Verdichterlaufrad (16) und einem Rotor (18) einer elektrischen Rotationsmaschine, wobei die gleichzeitige Auswuchtung hinsichtlich einer Primärresonanz und hinsichtlich einer Sekundärresonanz, um sowohl die Primär- als auch die Sekundärresonanz zu minimieren, durch Abtragung eines Teils von einer Schraubenmutter (22) zur Befestigung des Verdichterlaufrads (16) auf einer Welle (10) des Turboladerrotors, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiter von wenigstens einem anderen Abschnitt des Turboladerrotors als der Schraubenmutter (22) ein Teil abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Abschnitte zur Auswuchtung hinsichtlich der Primärresonanz und der andere Abschnitt zur Auswuchtung hinsichtlich der Sekundärresonanz dient.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine andere Abschnitte ein Abschnitt des Turbinenlaufrads (12) ist.