DE60129648T2 - Turboladerwelle mit zentrierenden Verbindungen - Google Patents

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James W. Riverside Heilenbach
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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft abgasbetriebene Motorturbolader und im Spezielleren einen Turboladerrotor mit Ausrichtungskupplungen und einem Befestigungsstab, der Verdichter- und Turbinenräder mit einer Verbindungswelle verbindet.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Es ist im Stand der Technik der abgasbetriebenen Motorturbolader bekannt, einen Rotor mit einem Turbinenrad und einem Verdichterrad vorzusehen, die durch eine Welle zur Rotation miteinander um eine Achse verbunden sind. In einigen Fällen ist die Welle als eine Verlängerung des Turbinenrades gebildet. Separate Wellen- und Radbauteile können vor dem abschließenden maschinellen Bearbeiten miteinander verschweißt werden. Alternativ kann eine Stahlwelle mit dem Turbinen- und mit dem Verdichterrad durch separate Verbindungsmittel verbunden sein. Üblicherweise ist das Flügelrad oder das Verdichtenad aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, um die rotierende Masse zu minimieren.
  • Verschiedene Typen von Verbindungsmitteln waren zum Ausrichten und Verbinden der Räder und der Welle für eine axiale Rotation vorgesehen. Wenn sich das Verbindungsmittel durch das Verdichterrad erstreckt und das Rad unter Druck gegen die Welle klemmt, sollte die Konstruktion übermäßige Schwankungen der Klemmkraft auf Grund unterschiedlicher thermischer Expansion und der Auswirkungen der Zentrifugalkraft auf den Stahl und das Aluminium während verschiedenen arbeitenden und ruhenden Bedingungen vermeiden. Das Mittel zum Verbinden des Verdichterflügelrades und des Turbinenrades mit der Welle ist auch wichtig, da der Rotor nach dem Wuchten zerlegt werden muss, um den Rotor in den Turbolader zu einzubauen. Nach dem Wiederzusammenbau des Rotors muss die Dauerwucht die ursprüngliche Wucht so weit wie möglich erhalten, ohne dass der Rotor in der Turboladeranordnung überhaupt nachgewuchtet werden muss. Es ist daher ein Verbindungsmittel erwünscht, das eine Trennung und einen Wiederzusammenbau der Bauteile erlaubt, ohne dass die Wucht verändert ist.
  • Die JP 57-168 004 A offenbart einen Rotor für einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht einen Rotor mit einem Turbinenrad und einem Verdichterrad vor, die durch eine Welle zur Rotation miteinander um eine Achse verbunden sind. Ein neues Verbindungsmittel erstreckt sich zwischen dem Verdichter- und dem Turbinenrad und begrenzt die Schwankung der Klemmkraft oder Haltekraft, die auf das Verdichterrad unter verschiedenen Wärmeausdehnungsbedingungen, denen es während eines Betriebes und Ausschaltens ausgesetzt ist, ausgeübt wird. Das Verbindungsmittel dient auch zum koaxialen Ausrichten oder Zentrieren der Verdichter- und Turbinenräder auf der Achse der Verbindungswelle mit der Möglichkeit eines einfachen und wiederholbaren Wiederzusammenbaus.
  • Das Verbindungsmittel umfasst einen einzelnen langen Befestigungsstab wie z. B. eine Schraube oder einen Bolzen, die/der sich durch sowohl das Verdichterrad als auch die Verbindungswelle erstreckt, um mit dem Tur binenrad in Eingriff zu gelangen und sowohl das Verdichterrad als auch die Verbindungswelle unter Druck anzuordnen. Vorzugsweise ist der Befestigungsstab in das Turbinenrad geschraubt und trägt eine Mutter oder einen Kopf, die/der das Verdichterrad und die Welle in eine Anordnung mit dem Turbinenrad klemmt. Optional könnte der Befestigungsstab sich auch durch das Turbinenrad erstrecken und an dem Turbinenrad durch eine Mutter oder einen Kopf gesichert sein.
  • Das Verbindungsmittel umfasst auch ein erstes und zweites Verbindungsstück zwischen der Welle und dem Verdichterrad an einem Ende und dem Turbinenrad an dem anderen Ende. Die Verbindungsstücke sind derart konfiguriert, dass sie die koaxiale Ausrichtung der Verdichter- und Turbinenräder mit der Welle aufrechterhalten, während sie eine hohe axiale und Biegesteifigkeits- und Drehmomentübertragungsleistung bereitstellen. Verschiedene Formen von Verbindungsstücken könnten vorgesehen sein, um diese Anforderungen zu erfüllen. Beispiele umfassen unter anderen geführte Schultern und Polygonverbindungen. Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform verwendet Zahnkupplungen mit so genannten CURVICTM-Kupplungszähnen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Merkmal der Erfindung umfasst die Verwendung eines Stahladapters, der auf einen Ansatz des Aluminiumlegierungs-Verdichterrads pressgepasst ist, um ein Verbindungsstückmaterial ähnlich dem der Verbindungswelle vorzusehen. Der Adapter kann auch eine Öldichtfläche bereitstellen. Ein ähnlicher Adapter kann, falls gewünscht, auch an dem Turbinenrad vorgesehen sein.
  • Die Welle kann eine oder mehrere radiale Druckfläche/n umfassen, die vorzugsweise innen von zugeordneten Lagerzapfen angeordnet ist/sind, um die Anforderungen an die Öldichtung zu begrenzen. Die Druckflächen weisen vorzugsweise nach außen und sind an Flanschen gebildet, die einstückig mit der Welle sind.
  • Diese und weiter Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgende Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines Motorturboladers mit einem Rotor, der die Merkmale gemäß der Erfindung umfasst;
  • 2 eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, des Rotors in der Ausführungsform von 1;
  • 3 eine Seitenansicht von der Ebene der Linie 3-3 von 2, die einen Zahnkupplungsabschnitt des Verdichterrades zeigt;
  • 4 eine vergrößerte Seitenansicht der in dem Kreis 4 von 3 gezeigten Verdichterradkupplungszähne;
  • 5 eine vergrößerte Seitenansicht der Rotorwellenkupplungszähne, die konfiguriert sind, um mit den Verdichterradkupplungszähnen zusammenzupassen; und
  • 6 eine Ansicht ähnlich 2, die jedoch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 7 eine fragmentarische Querschnittsansicht, die einen alternativen Rotor mit einer beispielhaften geführten Schulterkupplung zeigt;
  • 8 eine Ansicht ähnlich 7, die jedoch eine Polygonkupplung zeigt; und
  • 9 eine Seitenansicht von der Linie 9-9 von 8, die die Form der Polygonausnehmung in der Wellenkupplung zeigt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail, bezeichnet die Ziffer 10 allgemein einen abgasbetriebenen Turbolader für einen Motor wie z. B. einen Dieselmotor, der zur Verwendung in Eisenbahnlokomotiven oder anderen Anwendungen von Dieselmotoren mittlerer Drehzahl vorgesehen ist. Der Turbolader 10 umfasst einen Rotor 12, der durch ein Rotorlager 14 für eine Rotation auf einer Längsachse 16 getragen ist und ein Turbinenrad 18 und ein Verdichterrad 20 umfasst. Das Verdichterrad ist von einer Verdichtergehäuseanordnung 22 umgeben, die Bauteile umfasst, die auf einer axial gewandten ersten Seite 24 des Rotorlagers 14 gelagert sind. Ein Abgaskanal 26 besitzt ein Verdichterende 28, das auf einer zweiten Seite 30 des Rotorlagers 14 montiert ist, die von der ersten Seite 24 axial beabstandet ist.
  • Der Abgaskanal 26 ist physikalisch zwischen dem Rotorlager 14 und dem Turbinenrad 18 angeordnet, um Abgase aufzunehmen, die durch das Turbinenrad strömen, und sie zu einem Abgasauslass 32 zu transportieren. Ein Turbinenende 34 des Abgaskanals 26 und eine zugehörige Düsenhalteanordnung 35 sind separat von einem Abgaskanalträger 36 getragen, der mit dem Abgaskanal 26 an dem Turbinenende 34 verbunden ist. Der Abgaskanalträger 36 trägt auch eine Turbineneinlassschnecke 38, die Abgas von dem zugehörigen Motor aufnimmt und es durch einen Düsenring 40 zu dem Turbinenrad 18 leitet, um Energie zum Antreiben des Turboladerverdichterrades 20 zu übertragen.
  • Das Rotorlager 14 umfasst ein Paar seitlich beabstandeter Befestigungsfüße 42, die starr mit einem nach oben stehenden Montageabschnitt 44 des Rotorlagers 14 verbunden sind und ausgebildet sind, um auf einer starren Basis, nicht gezeigt montiert zu werden. Das Rotorlager 14 umfasst ferner einen sich verjüngenden Rotorlagerabschnitt 46 mit Lagern 48, 50, die den Rotor 12 drehbar lagern. Das Lager 48 ist ein Kombinations-Gleit- und Drucklager, während das Lager 50 hauptsächlich ein Gleitlager ist.
  • Unter spezieller Bezugnahme auf 2 umfasst der Rotor 12 eine Welle 52, die mit dem Turbinenrad 18 an einem Ende und dem Verdichterrad 20 an dem entgegengesetzten Ende verbunden ist. Die Welle 52 umfasst ein Paar axial beabstandeter, lagergestützter Abschnitte oder Zapfen 54, 56, die neben den Verdichter- bzw. Turbinenradenden der Welle angeordnet sind. Ein Flansch 57 innen von dem Zapfen 54 trägt eine radiale Druckreaktionsfläche 58. Ein zweiter Flansch 59 innen von dem Zapfen 56 trägt eine radiale Gegendruckreaktionsfläche 60. Die Zapfen 54, 56 sind jeweils in den Lagern 48, 50 gelagert (1). Die radiale Fläche 58 transportiert Druckkräfte zu dem Gleit/Drucklager 48 und die radiale Fläche 60 begrenzt die axiale Bewegung des Rotors 12.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung wird dadurch erzielt, dass sowohl die Druckreaktionsfläche 58 als auch die Gegendruckreaktionsfläche 60 nach außen in Richtung der Enden der Welle 52 weisen. Dies ist dadurch mög lich, dass die Welle von den Verdichter- und Turbinenrädern getrennt ist und erlaubt es, beide Flansche 57, 59 einstückig mit der Welle herzustellen, was separate Druckflansche vermeidet und das maschinelle Bearbeiten der Welle selbst vereinfacht. Die Trennung nutzt auch Konstruktionsmodifikations- und Reparaturfunktionen, da eine Modifikation oder ein Austausch der Turbine oder von Verdichterabschnitten die Lager oder den Wellenabschnitt nicht beeinträchtigen muss.
  • Gemäß der Erfindung sind die Rotorelemente, die das Verdichterrad 20, die Welle 52 und das Turbinenrad 18 umfassen, in Anordnung durch ein Verbindungsmittel zusammengehalten, das einen Befestigungsstab, vorzugsweise mit einer Schraube 62 und einer Mutter 64, umfasst. Die Schraube 62 erstreckt sich durch axiale Öffnungen in dem Verdichterrad 20 und die Welle 52 ist in eine mit einem Gewinde versehene Ausnehmung in einem inneren Ende 66 des Turbinenrades 18 geschraubt. Die Mutter 64 ist auf ein entgegengesetztes Ende der Schraube geschraubt und steht mit einer Unterlegscheibe 68 an einem äußeren Ende des Verdichterrades in Eingriff. Die Mutter 64 ist mit einem vorbestimmten Betrag festgezogen, um zusätzliche Elemente des Verbindungsmittels, die Verbindungen oder ein erstes und zweites Verbindungsstück 70, 72 zwischen der Welle 52 und dem Verdichterrad 20 bzw. dem Turbinenrad 18 umfassen, unter eine Druckbelastung zu setzen.
  • Die Schraube 62 ist derart dimensioniert, dass sie sich um einen gewünschten Betrag elastisch streckt, wenn die Mutter festgezogen wird, um die Rotorelemente zusammenzudrücken. Auf diese Weise werden Schwankungen der Druckkraft auf die Rotorelemente auf Grund von axialen Abmessungsänderungen in den Rotorkomponenten, im Betrieb oder im Ruhezustand durch Strecken der Schraube 62 begrenzt, sodass übermäßigen Schwankungen der Druckbelastung nicht begegnet wird. Dies ist be sonders wünschenswert, da das Verdichterrad aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als die Schraube 62 und weitere Elemente des Rotors, die aus Stahl hergestellt sind. Falls gewünscht, könnte eine weitere geeignete Form eines Befestigungsstabes wie z. B. ein langer Bolzen mit einem Kopf anstelle der Schraube 62 und der Mutter 64 verwendet werden, solange das kraftbegrenzende Merkmal eines Befestigungsstabes beibehalten wird. Die Verwendung eins Befestigungsstabes, um die Rotorelemente axial zu belasten und zu verbinden, erfordert lediglich eine relativ kleine axiale Öffnung durch das Verdichterrad und eine kleine, mit einem Gewinde versehene Ausnehmung in dem Turbinenrad. Somit sind Spannungen in den Rädern im Vergleich mit anderen Verbindungsverfahren verringert und erhöhte maximale Rotordrehzahlen sind erlaubt.
  • Gemäß der Erfindung sind das ersten und zweite Verbindungsstück 70, 72 des Verbindungsmittels vorgesehen, um die Verdichter- und Turbinenräder an ihren jeweiligen Enden der Welle 52 auszurichten und zu verbinden. Die Verbindungsstücke 70, 72 müssen eine koaxiale Ausrichtung der Verdichter- und Turbinenräder mit der Welle aufrechterhalten, während sie eine hohe axiale Steifigkeit unter Druck, ein/e hohe/s Biegesteifigkeit und Drehmomentübertragungsvermögen bereitstellen. Es existieren viele Verbindungsstückkonfigurationen, die die obigen Anforderungen erfüllen könnten, und diese sollen innerhalb des weiten Umfangs der Erfindung eingeschlossen sein. Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Kosten sind ebenfalls Faktoren, die beim Auswählen einer geeigneten Verbindungsstückkonfiguration zu berücksichtigen sind.
  • Derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Verbindungsstücke 70, 72 sind in den 25 veranschaulicht. Das Verdichterrad 20 umfasst an einem inneren Ende einen Ansatz 74, der einen darauf gepressten Stahl adapter 76 mit einer ringförmigen Stirnfläche 78 des Verdichterrades trägt, das mit einem Verdichterende 80 der Welle 52 an dem ersten Verbindungsstück 70 in Eingriff steht. Der Adapter 76 umfasst auch eine allgemein zylindrische Dichtfläche 81, die mit einer Verdichteröldichtung des Turboladers zusammenwirkt, um einen Ölaustritt in Richtung des Verdichterrades 20 zu verhindern. In ähnlicher Weise umfasst das Turbinenrad 18 an seinem inneren Ende 66 einen Stahladapter 82 mit einer ringförmigen Stirnfläche 84, die mit einem Turbinenende 86 der Welle 52 an dem zweiten Verbindungsstück 72 in Eingriff steht. Auch der Adapter 82 umfasst eine allgemein zylindrische Dichtfläche 87, die mit einer Turbinenöldichtung zusammenwirkt, um einen Ölaustritt in Richtung der Turbine zu verhindern. Die innere Anordnung der Druckflansche und ihrer Reaktionsflächen 58, 60 der Welle 52 ist auch hilfreich, um eine Undichtheit der Öldichtung zu verhindern, da Öl, das von den Druckflanschen fließt, von den Öldichtungsflächen 81, 87 weg geleitet wird.
  • Die 35 zeigen Details des ersten Verbindungsstückes, die ähnlich jenen des zweiten Verbindungsstückes sind. An der Stirnfläche 78 des Verdichterrades 20 ist ein axial zentrierter erster Ring aus Kupplungszähnen 80 montiert, die sich von der Stirnfläche 78 axial nach innen in Richtung des Verdichterendes 80 der Welle 52 erstrecken. In ähnlicher Weise besitzt die Welle 52 an dem Verdichterende 80 einen zweiten Ring aus passenden Kupplungszähnen 90, die sich axial nach außen in einen Eingriff mit den Kupplungszähnen 88 des ersten Ringes erstrecken. Vorzugsweise besitzen die Kupplungszähne die Form einer sogenannten CURVICTM-Kupplung, in der der erste Ring aus Zähnen 88 des Verdichterrades mit konkaven Seiten gebildet ist, die durch konvexseitige Zwischenräume 92 getrennt sind, und die passenden Zähne 90 an der Welle konvexe Seiten aufweisen, die durch konkav gekrümmte Zwischenräume 94 getrennt sind. Diese Konfigurationen sind am besten in den 4 und 5 gezeigt.
  • Das zweite Verbindungsstück 72 umfasst in ähnlicher Weise einen axial zentrierten dritten Ring aus Kupplungszähnen 88, die sich von der Stirnfläche 84 der Turbine axial nach innen in Richtung des Turbinenendes 86 der Welle 52 erstrecken. Die Welle weist in ähnlicher Weise an dem Turbinenende 86 einen vierten Ring aus passenden Kupplungszähnen 90 auf, die sich axial nach außen in Eingriff mit den Kupplungszähnen 88 des dritten Ringes erstrecken. Auch diese Zähne besitzen vorzugsweise die Form einer CURVICTM-Kupplung, wie oben beschrieben. Die Zahnkupplungen an dem ersten und zweiten Verbindungsstück erfüllen die Anforderungen an die Verbindungsstücke, indem sie die koaxiale Ausrichtung der Verdichter- und Turbinenräder mit der Welle aufrechterhalten, während sie eine hohe axiale Steifigkeit unter Druck mit einer/m hohen Biegesteifigkeit und Drehmomentübertragungsvermögen bereitstellen
  • Der Rotor 12 wird zuerst außerhalb des Turboladers zusammengebaut, wie in 2 gezeigt. Er wird gewuchtet, markiert, um die Positionen der passenden Kupplungszähne anzuzeigen, und danach für einen Wiederzusammenbau mit anderen Bauteilen im Aufbau eines kompletten Turboladers zerlegt. Beim Wiederzusammenbau innerhalb des Turboladers werden die Rotorbauteile durch die Zahnkupplungen axial ausgerichtet und winkelmäßig positioniert, wobei dieselben Phasenwinkel während des Wuchtens durch Ausrichten der markierten Zähne der Kupplungen beibehalten werden. Der wieder zusammengebaute Rotor ist somit im Wesentlichen im selben Wuchtzustand beibehalten wie ursprünglich durch den Betrieb mit der ursprunglichen Wucht außerhalb des Turboladers vorgesehen.
  • Unter nunmehriger Bezugnahme auf 6 der Zeichnungen, wobei gleiche Ziffern gleiche Teile oder Merkmale bezeichnen, bezeichnet die Ziffer 100 einen Turboladerrotor ähnlich dem von 2. Der Rotor 100 unter scheidet sich von dem Rotor 12 darin, dass der Turbinenadapter durch eine Dichtungsmanschette 102 ersetzt ist, die eine zylindrische Dichtfläche 104 bildet, jedoch keine Innenfläche des Turbinenrades 106 bildet. Stattdessen besitzt ein Stumpf 108 des Rades 106 ein inneres Ende 110, das einstückig mit einer ringförmigen Innenfläche 112 ist, und einen dritten Ring aus Kupplungszähnen 114, der einstückig an der Innenfläche 112 gebildet ist. Die Zähne 114 können wie die Zähne 88 an dem Turbinenradadapter 82 der Ausführungsform von 2 konfiguriert sein und somit kann das Turbinenrad 106 austauschbar mit dem in den 1 und 2 veranschaulichten Turbinenrad 18 sein. Die Kupplungszähne können an dem Turbinenrad gebildet sein, da das Turbinenradmaterial eine ähnliche Härte aufweist wie die Welle 52, mit der es gekoppelt ist. Das Aluminiummaterial des Verdichterrades verwendet den Adapter 76, der notwendig oder zumindest wünschenswert ist, um zu vermeiden, dass die Aluminiumzähne an dem Verdichterrad 20 mit den Stahlzähnen an der Welle 52 in Eingriff gelangen.
  • Die 79 veranschaulichen zwei Beispiele von alternativen Verbindungsstückkonfigurationen, die zur Verwendung in einem Turboladerrotor gemäß der Erfindung ausgewählt werden könnten. Diese Beispiele sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken, sondern lediglich bestimmte in Betracht gezogene Alternativen zeigen.
  • 7 veranschaulicht eine Form eines geführten Schulter-Kupplungsverbindungsstücks 116, das an dem inneren Ende des Verdichterrades 20 angeordnet ist, aber auch als das Verbindungsstück zwischen der Welle und dem Turbinenrad, nicht gezeigt, verwendbar ist. Das Verbindungsstück 116 umfasst eine Steckerkupplung 118, die an einem Adapter 120 gebildet ist, welcher an dem inneren Ende des Verdichterrades 20 befestigt ist. Die Kupplung 118 umfasst eine ringförmige Schulter 122, die eine mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildete, vorstehende, zylindrische Führung 124 umgibt. Eine passende Buchsenkupplung 126 ist in einem Ende der Verbindungswelle 128 gebildet und umfasst einen ringförmigen Anschlag 130, der mit der Schulter 122 in Eingriff steht. Eine zylindrische Ausnehmung 132 ist an dem Wellenende axial zentriert und nimmt die Führung 124 der Kupplung 118 mit einem engen Sitz auf. Die Führung 124 und die umgebende Schulter 122 und die passende Ausnehmung 132 und der Anschlag 130 der Kupplungen stellen die koaxiale Ausrichtung – des Verdichterrades 20 mit der Welle 128 sicher, wenn die Bauteile durch die Schraube 62 und die Mutter 64, umfassend den Befestigungsstab, zusammengedrückt werden. Ein ähnliches Kupplungsverbindungsstück, nicht gezeigt, kann an dem Turbinenende der Welle 128 angewendet werden. Vorzugsweise verbindet ein Dübel 134 den Adapter 120 mit der Welle 128, um die winkelmäßige Positionierung der Bauteile beim Wiederzusammenbau des Rotors beizubehalten.
  • Die 8 und 9 veranschaulichen eine Form eines so genannten Polygon-Kupplungsverbindungsstückes 136. Das Polygonverbindungsstück ist ähnlich dem soeben beschriebenen geführten Schulterverbindungsstück 116 und kann in denselben Positionen verwendet werden. Die durch den Adapter positionierte Polygonkupplung 138 unterscheidet sich darin, dass die vorstehende Führung 140 und die passende Ausnehmung 142 der Wellenkupplung 144 der Welle 146 polygonförmige Querschnitte aufweisen, wie z. B. durch die Ausnehmung 142 in 9 gezeigt. Die Schulter 148 der Steckerkupplung 138 und der passende Anschlag 150 der Wellenkupplung 144 unterscheiden sich in der Konfiguration, dienen aber demselben Zweck wie die ähnlichen Merkmale 122, 130 des Verbindungsstückes 116. Mit dem Polygonverbindungsstück 136 ist ein Positionierungsdübel nicht erforderlich, da ein Markieren der zusammengebauten Rotorbauteile einen Wiederzusammenbau in derselben durch die Polygon führung bestimmten Position zulässt. Ansonsten können die Kupplungsverbindungsstücke 136 und 116 im Wesentlichen dieselben sein.
  • Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte einzusehen sein, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Geistes und Umfangs des beschriebenen erfinderischen Konzepts vorgenommen werden könnten. Demgemäß soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern den vollen, durch den Wortlaut der nachfolgenden Ansprüche zugelassenen Umfang besitzen.

Claims (14)

  1. Rotor (12) für einen Motorturbolader (10), wobei der Rotor (12) ein Turbinenrad (18), ein Verdichterrad (20), eine separate Welle (52), die an entgegengesetzten Enden mit den Turbinen- und Verdichterrädern (18, 20) zur Rotation miteinander um eine gemeinsame Achse verbunden ist, und ein Verbindungsmittel aufweist, umfassend: einen Befestigungsstab (62), der sich axial durch zumindest die Welle (52) und das Verdichterrad (20) erstreckt und mit dem Turbinenrad (18) in Eingriff steht, um die Welle (52) und die Räder (18, 20) mit einer Druckkraft zusammenzuhalten, gekennzeichnet durch ein erstes und zweites Verbindungsstück (70, 72, 102, 116, 136), die jeweils Ausrichtungskupplungen (88, 90, 118, 138) umfassen, die entgegengesetzte Enden der Welle (52) mit angrenzenden inneren Enden des Verdichterrades (20) bzw. des Turbinenrades (18) verbinden, wobei die Kupplungen (88, 90, 118, 138) konfiguriert sind, um die Welle (52) mit den Verdichter- und Turbinenrädern (20, 18) koaxial auszurichten und antriebsmäßig in Eingriff zu bringen, und dadurch, dass der Stab (62) elastisch streckbar ist, um Veränderungen der Haltekraft an den Rädern (18, 20) und der Welle (52) aufgrund von axialen Abmessungsänderungen in den Rotorbauteilen während arbeitenden und ruhenden Bedingungen zu begrenzen.
  2. Rotor (12) nach Anspruch 1, wobei die Welle (52) axial beabstandete Lagerzapfen (54, 56) zum Lagern des Rotors (12) und Druckflansche (57, 59) innen von den Lagerzapfen (54, 56) umfasst.
  3. Rotor (12) nach Anspruch 2, wobei die Druckflansche (57, 59) einstückig mit der Welle (52) sind und axial nach außen weisende Druckflächen (58, 60) aufweisen.
  4. Rotor (12) nach Anspruch 1, wobei das Verdichtenad (20) einen Ansatz (74) umfasst, an dem ein erster Adapter (76) montiert ist, wobei der erste Adapter (76) eine der Ausrichtungskupplungen (88, 90, 118, 138) des ersten Verbindungsstücks definiert.
  5. Rotor (12) nach Anspruch 4, wobei der erste Adapter (76) eine Schmiermitteldichtfläche (81) umfasst.
  6. Rotor (12) nach Anspruch 1, wobei das Turbinenrad (18) einen Ansatz (66) umfasst, an dem ein zweiter Adapter (82) montiert ist, der eine der Ausrichtungskupplungen des zweiten Verbindungsstücks (88, 90, 118, 138) definiert.
  7. Rotor (12) nach Anspruch 6, wobei der zweite Adapter (82) eine Schmiermitteldichtfläche (87) umfasst.
  8. Rotor (12) nach Anspruch 5, wobei das Turbinenrad (18) einen Ansatz (66) umfasst, an dem eine Dichtungsmanschette (102) montiert ist, die eine Schmiermitteldichtfläche (104) umfasst.
  9. Rotor (12) nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtungskupplungen des ersten Verbindungsstücks (70) einen ersten und zweiten Ring aus passenden Kupplungszähnen (88, 90) umfassen, wobei der erste Ring aus Zähnen an einer Stirnfläche des Verdichtenades (20) ge bildet ist und der zweite Ring aus Zähnen an einem ersten Ende der Welle (52) gebildet ist.
  10. Rotor (12) nach Anspruch 9, wobei die Kupplungszähne (88, 90) des ersten und zweiten Rings als CURVICTM-Kupplungszähne gebildet sind.
  11. Rotor (12) nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtungskupplungen des zweiten Verbindungsstücks einen dritten und vierten Ring aus passenden Kupplungszähnen (88, 90) umfassen, wobei der dritte Ring aus Zähnen an einer Stirnfläche des Turbinenrades (18) gebildet ist und der vierte Ring aus Zähnen an einem zweiten Ende der Welle (52) gebildet ist
  12. Rotor nach Anspruch 11, wobei die Kupplungszähne (88, 90) des dritten und vierten Rings als CURVICTM-Kupplungszähne gebildet sind.
  13. Rotor (12) nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtungskupplungen von zumindest einem der Verbindungsstücke ein geführtes Schulter-Kupplungsverbindungsstück (116) definieren.
  14. Rotor (12) nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtungskupplungen von zumindest einem der Verbindungsstücke ein Antriebspolygon-Kupplungsverbindungsstück (136) definieren.
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