EP2280177B1 - Charging device, in particular exhaust gas turbocharger for a motor vehicle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, having the features of the preamble of claim 1.

Aus der DE 196 53 210 C2 ist ein Turbolader für Verbrennungsmotoren bekannt. Dabei wird bei Temperaturschwankungen auf der Verdichterseite sowohl eine Wärmeausdehnung der Welle sowie eines auf der Welle angeordneten Bauelementes, wie z. B. eines Verdichterrades, als auch eine Wärmeausdehnung von Teilbereichen des umgebenden Gehäuses berücksichtigt. Durch zumindest die Ausbildung eines an dem Verdichtergehäuse angeordneten und dem Verdichterrad zugewandten Wandelementes aus Werkstoff, der weicher als der Werkstoff des Verdichterrads ist, kann im Falle einer Wärmeausdehnung das Verdichterrad bei Kontakt mit dem Wandelement dieses soweit abraspeln, bis zwischen Verdichterrad und Wandelement gerade kein Kontakt mehr auftritt. Dadurch ist zusätzlich der Spalt zwischen einer Gehäuseinnenwand und dem Verdichterrad minimiert und der Verdichterwirkungsgrad verbessert.From the DE 196 53 210 C2 a turbocharger for internal combustion engines is known. In this case, both thermal expansion of the shaft and a arranged on the shaft component, such. As a compressor wheel, as well as a thermal expansion of portions of the surrounding housing considered. By at least the formation of a arranged on the compressor housing and the compressor wheel facing wall element of material that is softer than the material of the compressor, in the case of thermal expansion, the compressor in contact with the wall element this far abraspeln until between compressor wheel and wall element just no contact more occurs. As a result, the gap between a housing inner wall and the compressor wheel is additionally minimized and the compressor efficiency is improved.

Aus der EP 1 193 370 A2 ist eine Ladeeinrichtung bekannt, bei der ein Verdichterrad von einer Welle getragen wird, wobei das Verdichterrad mit Hilfe einer als Wellenmutter ausgebildeten Fixiereinrichtung auf der Welle fixiert ist. Das Verdichterrad weist auf seiner der Turbinenseite zugewandten Seite einen Stutzen auf, der in einem als Aufnahme ausgebildeten Bauelement angeordnet ist. Somit wird auch das Bauelement mit Hilfe der Fixiereinrichtung auf der Welle fixiert. Das Verdichterrad ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und weist somit einen größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als die aus Stahl hergestellte Welle und andere aus Stahl hergestellte Bestandteile des Rotors.From the EP 1 193 370 A2 a charging device is known in which a compressor wheel is supported by a shaft, wherein the compressor wheel is fixed by means of a fixing device designed as a shaft nut on the shaft. The compressor wheel has, on its side facing the turbine side, a connecting piece which is arranged in a component designed as a receptacle. Thus, the device is fixed by means of fixing on the shaft. The compressor wheel is made of an aluminum alloy and thus has a greater coefficient of expansion than the shaft made of steel and other components of the rotor made of steel.

In der EP 1 467 062 A2 ist ein Abgasturbolader mit einem Rotor beschrieben, der eine Welle aufweist, welche ein Verdichterrad trägt und mittels einer nicht näher beschriebenen Fixiereinrichtung auf der Welle fixiert ist. Auf der Turbinenseite ist ein als Buchse ausgebildetes weiteres Bauelement angeordnet, welches ebenfalls durch die Fixiereinrichtung auf der Welle fixiert wird. Dieses Bauelement ist aus Stahl hergestellt, während das Verdichterrad aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.In the EP 1 467 062 A2 an exhaust gas turbocharger is described with a rotor having a shaft which carries a compressor wheel and is fixed by means of a fixing device not described in more detail on the shaft. On the turbine side designed as a sleeve further component is arranged, which is also fixed by the fixing device on the shaft. This device is made of steel, while the compressor wheel is made of an aluminum alloy.

Weitere Ladeeinrichtungen sind aus der EP 1 803 941 A1 , der US 2002/0001522 A1 , der US 3,019,039 , der US 6,171,009 B1 und der DE 30 39 961 A1 bekannt.Other charging devices are from the EP 1 803 941 A1 , of the US 2002/0001522 A1 , of the US 3,019,039 , of the US 6,171,009 B1 and the DE 30 39 961 A1 known.

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 Aluminiumoder 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.Even components that are arranged on the compressor side on the shaft, like the shaft itself, in the event of a temperature increase, thermal expansion. It is currently customary to produce at least some components arranged on the shaft from a uniform steel grade with the shaft. For the compressor wheel can be used to reduce weight usually an aluminum or titanium material. In order to prevent the imbalance of the compressor wheel, the components arranged on the shaft are fixed on the shaft by a fixing device with a corresponding, initial tensioning force. In the case of a temperature increase, however, expands the compressor due to the higher expansion coefficient of z. B. an aluminum or titanium material stronger than the shaft on which the compressor wheel is arranged. This increases the clamping force with which the components are fixed on the shaft in addition to a caused by the greater thermal expansion of the compressor wheel expansion force. Accordingly, this expansion force occurring due to the thermal expansion is to be taken into account in the initial clamping force, since otherwise the permissible surface pressure of the clamped components can be exceeded and, in the worst case, the shaft can be torn off. However, it is conceivable that the maximum allowable initial clamping force is not always sufficient for all applications of arranged on the shaft components. Due to a too low initial tension, which in the case of a sinking temperature, for. B. in winter, can be additionally attenuated by the large expansion coefficients of the compressor wheel, it can lead to slipping, twisting or tilting of the compressor wheel. This in turn can result in a negative imbalance change of the compressor wheel, which could be objected to by the customer as an acoustic disturbance.

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 present invention addresses the problem of providing for a loading device an improved or at least another embodiment, which is characterized in particular by a possible increase in the initial clamping force with which the components are fixed on the shaft, without being in the entire field of application the permissible surface pressure of the elements clamped on the shaft is exceeded.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of 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. Erfindungsgemäß ist der Ausdehnungskoeffizient des zumindest einen Bauelements nahezu null oder negativ, wobei zumindest ein Fixierelement der Fixiereinrichtung einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner als der Ausdehnungskoeffizient des Verdichterrades ist und wobei zumindest ein solches Fixierelement einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner als der Ausdehnungskoeffizient des Wellenabschnittes ist. 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 combination of materials arranged on the compressor side of a shaft components and the shaft itself to make so that in a predetermined temperature range, an expansion coefficient of at least one component is smaller than an expansion coefficient of the compressor wheel. According to the invention, the expansion coefficient of the at least one component is almost zero or negative, wherein at least one fixing element of the fixing device has an expansion coefficient which is smaller than the expansion coefficient of the compressor wheel and wherein at least one such fixing element has an expansion coefficient which is smaller than the expansion coefficient of the shaft section. By such a combination of materials, a temperature-induced expansion of the compressor wheel can be partially compensated by a smaller extent of the at least one component such that the expansion force resulting from the expansion of the compressor wheel and acting on the shaft is reduced. Since the compressor wheel, in combination with the at least one component, expands to a lesser extent relative to the shaft than the compressor wheel alone, the resulting clamping force is also reduced. This makes it possible to increase the initial tensioning force with which the components are positioned on the shaft by a fixing device, since the maximum surface pressure of the components arranged on the shaft and positioned by the fixing device is not exceeded due to the reduced expansion force occurring when the temperature increases. Due to a correspondingly increased initial tension force, a sufficiently stable positioning of the compressor wheel is ensured at least with regard to its imbalance on the shaft.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem vorbestimmten Temperaturbereich der Ausdehnungskoeffizient des zumindest einen Bauelementes nicht nur kleiner als der Ausdehnungskoeffizient des verdichter rades 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 compressor wheel but even smaller than the coefficient of expansion of the shaft. 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.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.

Es zeigt, schematisch, die einzige Fig. 1 ein auf einer Welle fixiertes Verdichterrad.It shows, schematically, the only one Fig. 1 a compressor wheel fixed on a shaft.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann bei einer Ladevorrichtung 1 ein Verdichterrad 2 auf einer Welle 3 mittels einer Fixiereinrichtung 4 fixiert werden. Zusätzlich zu dem Verdichterrad 2 kann des Weiteren auch zumindest ein weiteres Bauelement, wie z. B. eine Dichtungsbuchse 5, ein vorgelagerter, zwischen Dichtungsbuchse 5 und Verdichterrad 2, angeordneter Teilbereich 6 der Dichtungsbuchse 5 und/oder eine Anlaufscheibe 7 durch die Fixiereinrichtung 4 zusammen mit dem Verdichterrad 2 auf der Welle 3 positioniert werden. Um in einem vorbestimmten Temperaturbereich eine Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2, das bevorzugt aufgrund des geringen Gewichts aus einem Aluminium- und/oder Titanwerkstoff hergestellt ist, zumindest teilweise zu kompensieren, wird zumindest ein ebenfalls auf der Welle 3 angeordnetes und zusammen mit dem Verdichterrad 2 durch die Fixiereinrichtung 4 positioniertes Bauelement 5,6,7 aus einem Material hergestellt, dessen Ausdehnungskoeffizient α₃ kleiner ist als der Ausdehnungskoeffizient α₁ des Verdichterrades 2. Aufgrund einer solchen Materialpaarung dehnt sich eine Kombination aus Verdichterrad 2 mit einem Ausdehnungskoeffizienten α₁ und zumindest einem Bauelement 5,6,7 mit einem kleineren Ausdehnungskoeffizienten α₃ (α₁>α₃) relativ gesehen zur Welle 3 weniger stark aus als das Verdichterrad 2 für sich allein genommen. Dies hat zur Folge, dass die aus der Wärmeausdehnung resultierende und auf die Welle 3 wirkende Ausdehnungskraft geringer ist, als im Fall eines Verdichterrades 2 aus einem Aluminium- und/oder Titanwerkstoff und ebenfalls auf der Welle angeordneten Bauelementen 4,5,6,7, die aus einem gleichen Material wie die Welle 3 hergestellt sind oder einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten α₂ wie die Welle 3 aufweisen.As in Fig. 1 1, in a charging device 1, a compressor wheel 2 can be fixed on a shaft 3 by means of a fixing device 4. In addition to the compressor 2, moreover, at least one further component, such. B. a sealing bushing 5, an upstream, between the bushing 5 and compressor 2, arranged portion 6 of the sealing bushing 5 and / or a thrust washer 7 are positioned by the fixing device 4 together with the compressor 2 on the shaft 3. In order to compensate at least partially for a thermal expansion of the compressor wheel 2, which is preferably made of an aluminum and / or titanium material in a predetermined temperature range, at least one is also arranged on the shaft 3 and together with the compressor 2 through the Fixing device 4 positioned component 5,6,7 made of a material whose expansion coefficient α _{3 is} smaller than the expansion coefficient α _{1 of} the compressor wheel 2. Due to such a material pairing stretches a combination of compressor 2 with an expansion coefficient α ₁ and at least one component 5,6,7 with a smaller coefficient of expansion α ₃ (α ₁ > α ₃ ) relative to the shaft 3 less than the compressor 2 taken by itself. As a result, the expansion force resulting from the thermal expansion and acting on the shaft 3 is lower than in the case of a compressor wheel 2 made of an aluminum and / or titanium material and also arranged on the shaft components 4,5,6,7, which are made of a same material as the shaft 3 or have a similar coefficient of expansion α ₂ as the shaft 3.

Üblicherweise werden durch die Fixiereinrichtung 4 das Verdichterrad 2 sowie weitere Bauelemente 5,6,7 auf der Welle durch Verspannung fixiert. Dabei ist eine anfängliche Spannkraft so zu wählen, dass im Falle einer durch eine Temperaturerhöhung eintretenden Wärmeausdehnung aller Komponenten durch die entstehende und auf die Welle wirkende Ausdehnungskraft die zulässige Flächenpressung der verspannten Bauteile 2,4,6,5,7 nicht überschritten wird. Wären sowohl die Fixiereinrichtung 4 als auch die Bauelemente 5,6,7 aus einem gleichen Material hergestellt, wie die Welle 3, so würde ausschließlich die Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 zu einer zusätzlich zur Spannkraft auftretenden und auf die Welle 3 wirkenden Ausdehnungskraft im Falle einer Temperaturerhöhung führen. Dies kommt deshalb zustande, da der Ausdehnungskoeffizient α₂ der Welle aufgrund der üblichen Materialpaarung kleiner ist, als der Ausdehnungskoeffizient α₁ des Verdichterrades 2. Im Falle einer Temperaturerhöhung ist somit unter anderem die entlang der Welle eintretende Ausdehnung des Verdichterrades 2 größer als die Längenausdehnung der Welle 3. Dadurch kommt es, da der axiale Platz des Verdichterrades 2 auf der Welle 3 durch die Fixiereinrichtung 4 beschränkt ist, zu einer aufgrund der Wärmeausdehnung resultierenden Ausdehnungskraftwirkung auf die Welle 3. Deshalb muss die anfängliche Spannkraft, mit der die Bauteile 2,5,6,7 auf der Welle positioniert werden, so gewählt werden, dass auch im Falle einer Wärmeausdehnung die maximal zulässige Flächenpressung der miteinander verspannten Bauteile 2,4,5,6,7 nicht überschritten wird.Usually, the compressor 2 and other components 5,6,7 are fixed by the fixing device 4 on the shaft by bracing. In this case, an initial clamping force is to be selected so that in the case of an occurring by a temperature increase thermal expansion of all components by the resulting and acting on the shaft expansion force, the allowable surface pressure of the strained components 2,4,6,5,7 is not exceeded. If both the fixing device 4 and the components 5, 6, 7 were made of the same material as the shaft 3, only the thermal expansion of the compressor wheel 2 would result in an expansion force occurring in addition to the clamping force and acting on the shaft 3 in the event of a temperature increase to lead. This is due to the fact that the coefficient of expansion α _{2 of} the shaft due to the usual material pairing is smaller than the expansion coefficient α _{1 of} the compressor wheel 2. In the case of a temperature increase, inter alia, the expansion of the compressor wheel 2 entering along the shaft is greater than the longitudinal extent of the As a result, since the axial space of the compressor wheel 2 on the shaft 3 is limited by the fixing device 4, the expansion force effect due to the thermal expansion on the shaft 3 occurs. Therefore, the initial clamping force with which the components 2.5 , 6,7 can be positioned on the shaft, so be selected that even in the case of thermal expansion, the maximum permissible surface pressure of the components 2, 4, 6, 6, 7 which are clamped together is not exceeded.

Nun ist es möglich, diese anfängliche Spannkraft zu erhöhen, wenn zumindest eines der Bauelemente 5,6,7 mit einem Ausdehnungskoeffizienten α₃ ausgestattet wird, der zumindest kleiner ist als der Ausdehnungskoeffizient α₁ des Verdichterrades 2. Durch eine solche Maßnahme lässt sich die aufgrund der Temperaturerhöhung einstellende Ausdehnungskraft verringern, wodurch es möglich wird, die anfängliche Spannkraft zu erhöhen. Dies hat wiederum den Vorteil, dass im gesamten, vorbestimmten und betrachteten Temperaturbereich, bzw. dem Betriebsbereich der Ladevorrichtung 1, die auf die Bauteile 2,4,6,5,7 wirkende Spannkraft in einem Bereich bleibt, in dem weder die zulässige Flächenpressung der verspannten Bauteile 2,4,5,6,7 überschritten wird, noch die auf die Bauteile 2,5,6,7 wirkende Spannkraft, z. B. aufgrund einer Temperaturerniedrigung, soweit abfällt, dass es zu einem Verrutschen, Verdrehen oder Verkippen zumindest des Verdichterrades 2 kommt.Now, it is possible to increase this initial clamping force, if at least one of the components 5,6,7 is equipped with an expansion coefficient α _3, which is at least smaller than the expansion coefficient α _{1 of} the compressor wheel 2. Such a measure can be due to reduce the temperature increase adjusting expansion force, thereby making it possible to increase the initial clamping force. This in turn has the advantage that in the entire, predetermined and considered temperature range, or the operating range of the charging device 1, the clamping force acting on the components 2,4,6,5,7 remains in a range in which neither the permissible surface pressure of strained components 2,4,5,6,7 is exceeded, nor the force acting on the components 2,5,6,7 clamping force, z. B. due to a decrease in temperature, to the extent that it comes to slipping, twisting or tilting at least the compressor wheel 2.

Dabei folgt die Wärmeausdehnung folgender Formel $$l^x={\left(l_0+\mathrm{\Delta }l\right)}^x={l_0}^x{\left(1+\mathrm{\alpha }\cdot \mathrm{\Delta }T\right)}^x$$

• wobei: α Längenausdehnungskoeffizient
• I Länge
• x Dimension von 1 bis 3

und die aufgrund der Längenausdehnung resultierenden Kräfte dem Hookschen Gesetz gemäß der Formel: $$F_l=\frac{E\cdot A}{l_0}\cdot \mathrm{\Delta }l$$

• mit E Elastizitätsmodul
• A Querschnittsfläche.

The thermal expansion follows the following formula $$l^x={\left(l_0+\mathrm{\Delta }l\right)}^x={l_0}^x{\left(1+\mathrm{\alpha }\cdot \mathrm{\Delta }T\right)}^x$$

• where: α coefficient of linear expansion
• I length
• x dimension from 1 to 3

and the forces resulting from the length expansion according to Hooke's law according to the formula: $$F_l=\frac{e\cdot A}{l_0}\cdot \mathrm{\Delta }l$$

• with E modulus of elasticity
• A cross-sectional area.

Somit tritt aufgrund der Längenausdehnung Δl des Verdichterrades 2, die sich aufgrund des geringeren Ausdehnungskoeffizienten α₂ der Welle 3 nur unvollständig ausbilden kann, eine Dehnung der Welle 3 und eine Stauchung der auf der Welle 3 angeordneten Bauteile 2,4,5,6,7 auf.Thus, due to the longitudinal extent .DELTA.l of the compressor wheel 2, which can form only incomplete due to the lower expansion coefficient α _{2 of} the shaft 3, an elongation of the shaft 3 and a compression of the arranged on the shaft 3 components 2,4,5,6,7 on.

Bevorzugt kann der Ausdehnungskoeffizient α₃ in einem vorbestimmten Temperaturbereich des zumindest einen Bauelements 5,6,7 so gewählt werden, dass er sogar kleiner als der Ausdehnungskoeffizient α₂ der Welle 3 ist. In diesem Fall würde sich die Welle 3 gegenüber dem zumindest einen Bauelement 5,6,7 stärker ausdehnen als das zumindest eine Bauelement 5,6,7. Dadurch kommt es zu einem Platzgewinn im Falle einer Wärmeausdehnung bei einer Temperaturerhöhung, der der Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 zur Verfügung steht. Durch diese Materialverpaarung kann die aufgrund einer mit einer Temperaturerhöhung einhergehenden Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 stärker oder sogar bei dementsprechender Ausbildung, nahezu vollständig kompensiert werden. Dadurch ist eine weitere Verminderung der durch Temperaturerhöhung eintretenden Ausdehnungskraft ermöglicht. Dies ist im Prinzip bei allen Ladevorrichtungen 1 durchführbar, bei denen z. B. die Welle aus Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt ist und das Verdichterrad aus Aluminium oder Titan oder einer Aluminiumlegierung und/oder einer Titanlegierung hergestellt ist. In diesem Fall ist der Ausdehnungskoeffizient α₂ der Welle 3 in jedem Fall kleiner als der Ausdehnungskoeffizient α₁ des Verdichterrades 2.Preferably, the expansion coefficient α _{3 can be selected} in a predetermined temperature range of the at least one component 5, 6, 7 such that it is even smaller than the expansion coefficient α _{2 of} the shaft 3. In this case, the shaft 3 would expand more than the at least one component 5, 6, 7 compared to the at least one component 5, 6, 7. This results in a gain in space in the case of thermal expansion at a temperature increase, which is the thermal expansion of the compressor wheel 2 available. As a result of this mating of the material, the thermal expansion of the compressor wheel 2, which is accompanied by a temperature increase, can be compensated for almost completely or even with the appropriate design, almost completely. As a result, a further reduction of the temperature increase occurring by the expansion force is made possible. This is in principle in all charging devices 1 feasible, in which z. B. the shaft is made of steel or a steel alloy and the compressor wheel made of aluminum or titanium or an aluminum alloy and / or a titanium alloy. In this case, the expansion coefficient α _{2 of} the shaft 3 is smaller than the expansion coefficient α _{1 of} the compressor wheel 2 in any case.

Bevorzugt wird für zumindest ein solches Bauelement 5,6,7 eine Legierung verwendet, die aufgrund des Invar-Effektes der Legierung einen Ausdehnungskoeffizienten α₃ aufweist, der anomal niedrig ist. Solche Legierungen, die eine derartige Invarianz der Dehnung bzgl. einer Temperaturänderung aufweisen (Invar-Effekt) können sogar in bestimmten Temperaturbereichen negative Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dadurch lassen sich Ausdehnungskoeffizienten α₃ von zumindest einem Bauteil 5,6,7 ausbilden, die nahezu null bzgl. negativ sind.Preferably, for at least one such component 5, 6, 7, an alloy is used which, due to the Invar effect of the alloy, has an expansion coefficient α ₃ which is abnormally low. Such alloys, which have such an invariance of the elongation with respect to a change in temperature (Invar effect) can even have negative coefficients of thermal expansion in certain temperature ranges. As a result, expansion coefficients α ₃ of at least one component 5, 6, 7 can be formed, which are almost zero with respect to negative.

Das Prinzip, die Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 durch zumindest ein Bauelement 5,6,7 mit einem geringeren Ausdehnungskoeffizienten zu kompensieren, kann für jedes zusammen mit dem Verdichterrad 2 auf der Welle angeordneten und durch die Fixiereinrichtung 4 positionierten bzw. verspannten Bauteil angewendet werden. So lassen sich z. B. die Bauelemente 5,6,7 mit einem im Vergleich zu dem Ausdehnungskoeffizienten α₁ des Verdichterrades 2 geringeren Ausdehnungskoeffizienten α₃ ausbilden Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zumindest ein Fixierelement der Fixiereinrichtung 4 so auszubilden, dass das zumindest eine Fixierelement einen Ausdehnungskoeffizienten α_f aufweist, der kleiner ist als der Ausdehnungskoeffizient α₁ des Verdichterrades 2. Zumindest ein solches Fixierelement ist mit einem Ausdehnungskoeffizienten α_f ausgestattet, der kleiner als der Ausdehnungskoeffizient α₂ des Wellenabschnittes ist. Dies lässt sich, ebenso wie bei den Bauelementen 5,6,7 durch eine Legierung erreichen, die einen Invar-Effekt aufweist. Dadurch ist der Ausdehnungskoeffizient α_f der Legierung eines solchen Fixierelementes anomal niedrig und durch eine solche Ausbildung des Ausdehnungskoeffizienten α_f lässt sich die oben beschriebene Kompensation der Wärmeausdehnung des Verdichterrades 2 bewerkstelligen. Dabei ist es möglich, dass ein solches Fixierelement z. B. als Wellenmutter ausgebildet ist.The principle of compensating the thermal expansion of the compressor wheel 2 by means of at least one component 5, 6, 7 with a lower coefficient of expansion can be applied to each component arranged on the shaft together with the compressor wheel 2 and positioned or clamped by the fixing device 4. So can be z. B. the components 5,6,7 with a comparison with the expansion coefficient α _{1 of} the compressor wheel 2 lower expansion coefficient α ₃ form According to the invention, at least one fixing of the fixing device 4 form so that the at least one fixing element has an expansion coefficient α _f , which is smaller than the expansion coefficient α ₁ of the compressor wheel 2. at least one such fixation element is provided with an expansion coefficient α _f that is less than the coefficient of expansion α ₂ of the shaft portion. This can be achieved, just as with the components 5, 6, 7 by an alloy which has an Invar effect. As a result, the expansion coefficient α _{f of} the alloy of such a fixing element is abnormally low, and by such a configuration of the expansion coefficient α _f , the above-described compensation of the thermal expansion of the compressor wheel 2 can be accomplished. It is possible that such a fixing z. B. is designed as a shaft nut.

Claims (9)

1. Charging device (1), in particular an exhaust gas turbocharging device for a motor vehicle comprising:

   - a shaft (3) supporting a compressor wheel (2),

   - 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 fixed by the fixing device (4) together with the compressor wheel (2),

   wherein at least in a predefined temperature range an expansion coefficient (α₃) of the at least one component (5, 6, 7) is smaller than an expansion coefficient (α₁) of the compressor wheel (2),
   characterised in that

   - the expansion coefficient (α₃) of the at least one component (5, 6, 7) is virtually zero or negative,

   - at least one fixing element of the fixing device (4) has an expansion coefficient (α_f) which is smaller than the expansion coefficient (α₁) of the compressor wheel (2),

   - at least one such fixing element has an expansion coefficient (α_f) which is smaller than the expansion coefficient (α₂) of the shaft section.
2. Charging device (1) according to claim 1, characterised in that in the predefined temperature range an expansion coefficient (α₂) of the shaft (3) is smaller than the expansion coefficient (α₁) of compressor wheel (2).
3. Charging device (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that in the predefined temperature range the expansion coefficient (α₃) of the at least one component (5, 6, 7) is smaller than the expansion coefficient (α₂) of the shaft (3).
4. Charging device (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the shaft (3) is made of steel or from a steel alloy.
5. Charging device (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the compressor wheel (2) is made of aluminium or titanium or from an aluminium alloy and/or titanium alloy.
6. Charging device (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that at least one such component (5, 6, 7) is made from an alloy, wherein because of the INVAR effect of the alloy the expansion coefficient (α₃) of the at least one component (5, 6, 7) is abnormally low.
7. Charging device (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that at least one such fixing element is made from an alloy, wherein because of the INVAR effect of the alloy the expansion coefficient (α_f) of the at least one fixing element is abnormally low.
8. Charging device (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that at least one such fixing element is designed as a shaft nut.
9. Charging device (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that at least one such component (5, 6, 7) is designed as a sealing bush (5), as part (6) of the sealing bush (5) or as a thrust washer (7).

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