專利名稱：渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的一種渦輪增壓器，涉及根據(jù)
權(quán)利要求11的前序部分的一個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，并且涉及如權(quán)利要求13所述的用于生產(chǎn)此類型的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的 一 個(gè)方法。
背景技術(shù)：
由EP 1 621 774A2已知該屬類的一種渦輪增壓器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的一種用于內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器并且提供此類型的一種渦輪增壓器的一個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子使之有可能在渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子與渦輪機(jī)葉輪之間提供一種連接裝置，該連接裝置具有一種簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)、易于進(jìn)行生產(chǎn)并且同時(shí)滿足相對(duì)于強(qiáng)度和耐熱性的常規(guī)需要。
就根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器而言，此目的是通過權(quán)利要求1的這些特征實(shí)現(xiàn)的。就該渦4侖機(jī)轉(zhuǎn)子以及用于生產(chǎn)一個(gè)渦4侖機(jī)轉(zhuǎn)子的方法而言，該目的是通過權(quán)利要求11和13的這些特征實(shí)現(xiàn)的。
分別引用獨(dú)立權(quán)利要求1、 11以及13的這些權(quán)利要求包含了本發(fā)明的多種有利的改進(jìn)。
通過舉例，具體是在由TiAl (鈦鋁合金)制成的一個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子以及由鋼(如具體由閥門鋼或馬氏體鋼、奧氏體鋼或耐熱鋼)制成的一個(gè)轉(zhuǎn)子軸的情況下，因此有可能根據(jù)本發(fā)明使該渦輪機(jī)葉輪的軸線與該轉(zhuǎn)子軸的軸線滿意地彼此對(duì)準(zhǔn)并且減少?gòu)脑摐u輪機(jī)葉輪到該轉(zhuǎn)子軸的熱傳導(dǎo)。
此外，存在的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器或者根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的連接裝置不再需要額外的幫助，例如焊接劑。
相對(duì)于本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，可以參見以下清單
-構(gòu)造簡(jiǎn)單，-部件數(shù)目小，
-根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的這些單獨(dú)部件的簡(jiǎn)單、可靠的準(zhǔn)備， -相對(duì)簡(jiǎn)單的連接方法，
-利用了該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的這些材料的相似的物理值，
-由于在連接操作過程中減少的熱量流入而避免了這些材料的微結(jié) 構(gòu)的改變，
-由于通過幾何學(xué)上未定義的切削(研磨)來(lái)加工該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的這 些部件，其結(jié)果是這樣該材料具有對(duì)于避免裂紋有利的殘余壓縮應(yīng)力，在 鈦鋁合金中避免了裂紋，
-使用了預(yù)先車削的多個(gè)轉(zhuǎn)子軸，在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子 的這兩個(gè)元件的狹窄的配合以及小的徑向游隙使之有可能連接已被預(yù)先 車削為研磨尺寸的一個(gè)轉(zhuǎn)子軸，并且在最好的情況下甚至能夠連接一個(gè)精 車削的轉(zhuǎn)子軸。這導(dǎo)致進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，即可以將重點(diǎn)放在減少制造成本上， 并且除此之外，有可能減少因?yàn)檠心ピ趦?yōu)待連接的這些部件上的機(jī)械負(fù) 荷，該研磨引起了在這些表面中的一種壓縮應(yīng)力，并且這對(duì)連接強(qiáng)度具有 一種積一及影響。


本發(fā)明進(jìn)一 步的細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征將由參見以下附圖的示例性方案的
以下說(shuō)明而變得清楚，在附圖中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一臺(tái)渦輪增壓器的一個(gè)部分切除的透視圖解，
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子將該轉(zhuǎn)子軸與該渦輪機(jī)葉輪連 接之前的一個(gè)部分切除的側(cè)視圖，它是圖1中的渦輪增壓器的一部分，
圖3示出已將該轉(zhuǎn)子軸與該渦輪機(jī)葉輪連接之后，對(duì)應(yīng)于圖2的渦輪 機(jī)轉(zhuǎn)子的一個(gè)圖示，并且
圖4A至圖4C示出根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的一個(gè)連接裝置的一個(gè)軸 頸截面的不同變體。
具體實(shí)施例方式
圖1以一個(gè)部分切除的示圖示出根據(jù)本發(fā)明的一臺(tái)渦輪增壓器1。 該渦4^增壓器1具有一個(gè)渦輪機(jī)2，該渦4侖才幾包"fe—個(gè)排氣入口開口 3以及一個(gè)才非氣出口開口 4。此外，將緊固到一個(gè)轉(zhuǎn)子軸6的一端上的一個(gè)渦輪機(jī)葉輪5安排在渦 輪機(jī)2的殼體內(nèi)。
將多個(gè)葉片(圖1中只能看到渦輪機(jī)的葉片7)安排在排氣入口開口 3與渦輪機(jī)葉輪5之間的渦輪機(jī)殼體中。
此外，渦輪增壓器1具有一臺(tái)壓縮機(jī)8，該壓縮機(jī)包括一個(gè)壓縮機(jī)葉 輪9,該壓縮機(jī)葉輪被緊固到轉(zhuǎn)子軸6的另一端上并且被安排在壓縮機(jī)8 的殼體中。
當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器l還具有一臺(tái)渦輪增壓器的所有其他 常規(guī)元件，如帶有支承殼體單元的一個(gè)支承殼體，等等，但是在下文不對(duì) 它們進(jìn)行說(shuō)明，因?yàn)椴恍枰鼈儊?lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理。
圖2示出在將轉(zhuǎn)子軸6與所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)葉輪5彼此連接之 前渦4侖機(jī)轉(zhuǎn)子10的一個(gè)部分截面示圖。
如圖2所示，轉(zhuǎn)子軸6的末端之一配備有一個(gè)連接部件12，該連接部 件在圖2中以截面示出。由該示圖變得很清楚，在圖2所展示的實(shí)施方案 中，連接部件12具有一個(gè)中心孔16,該中心孔配備有相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸6的 中軸線A橫向延伸的一個(gè)通風(fēng)孔13。
渦輪機(jī)葉輪5具有一個(gè)緊固部分，該緊固部分(作為舉例)被實(shí)施為 一個(gè)軸頸17。圖2還示出軸頸17的外部圓周表面或側(cè)表面14以及孔16 的內(nèi)部圓周表面或內(nèi)側(cè)表面15，并且它們一起形成了根據(jù)本發(fā)明被實(shí)施為 一種壓力連接的一種連接裝置。根據(jù)本發(fā)明，將孔16的以及軸頸17的尺 寸提供為能夠生產(chǎn)根據(jù)DIN ISO 286 T2配置的一種過尺寸配合，以便將轉(zhuǎn) 子軸6與渦輪機(jī)葉輪5連接在一起。
通過舉例，可以包括一種過尺寸配合H6/r5。
從圖3可以獲悉完成連接的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子安排10,其中通風(fēng)孔13確保 密封空氣(該密封空氣是在連接這些部件時(shí)發(fā)生的并且將表示一個(gè)否則的 話會(huì)被包藏在內(nèi)的空氣容積)能夠逸出。
在圖2和圖3中，雖然渦輪機(jī)葉輪5配備有一個(gè)軸頸17并且轉(zhuǎn)子軸6 配備有一個(gè)對(duì)應(yīng)尺寸的孔16,但也可以通過相反的安排(即通過具有一個(gè) 軸頸的一個(gè)轉(zhuǎn)子軸6以及包括一個(gè)對(duì)應(yīng)實(shí)施的孔的渦輪機(jī)葉輪)來(lái)連接這 些部件。
圖4A至圖4C示出不同的截面形狀，可想像將這些截面形狀用于該軸 頸17的外表面14。圖4A至圖4C示出的這些截面是處于一種等寬弧線(orbiform)的形 式并且由Q1、 Ql，和Q1"表示。
在這種情況下，截面Ql是一個(gè)三角形的等寬弧線形，此術(shù)語(yǔ)表示一 個(gè)截面，該截面展示了對(duì)于每一個(gè)方向具有相同厚度的一個(gè)圖形。
該截面形狀Ql ，表示根據(jù)圖4A帶有多個(gè)圓拐角的等寬弧線形。
通過舉例，圖4C展示了一個(gè)五邊形的等寬弧線形Ql"。原則上，也 可想^泉其他的形狀，具體的，例如一個(gè)四邊形的等寬弧線形。
能夠看到這種截面形狀的優(yōu)點(diǎn)在于，不僅通過壓力裝配而且通過額外 的強(qiáng)制鎖定來(lái)確保力或扭矩的傳輸。
關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法，還應(yīng)參考以下內(nèi)容
^4居本發(fā)明的渦4侖^L轉(zhuǎn)子10可以優(yōu)選地由材料TiAl制成并且包括通 過熔模鑄造法生產(chǎn)的一個(gè)渦輪機(jī)葉輪5。進(jìn)而，轉(zhuǎn)子軸6優(yōu)選由閥門鋼或 耐熱鋼、馬氏體鋼或奧氏體鋼生產(chǎn)。
除其他因素外，根據(jù)本發(fā)明用于生產(chǎn)以上說(shuō)明的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子10的方 法的突出之處在于能夠不使用額外的幫助(例如焊接劑)而在兩個(gè)元件5 與6之間建立連接。用于連接這些部件5、 6所要求的緊密配合取決于這 些元件5、 6的和負(fù)載的大小。
能夠通過研磨來(lái)獲得渦輪機(jī)葉輪5的軸頸17的所優(yōu)選地要求的狹窄 的公差，有可能使渦輪機(jī)葉輪5在其以壓力裝配的連接表面處具有壓縮應(yīng) 力，該壓縮應(yīng)力對(duì)于一種可能是相對(duì)脆性的材料特性是有益的。
根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)子軸6配備有一個(gè)精確配合的孔16。在這種情況下， 優(yōu)選使渦輪機(jī)葉輪的軸頸具有使這兩個(gè)部件5、 6更易連接的一個(gè)切角或 倒角18。材料組合TiAl/鋼能夠進(jìn)行不同選擇；然而， 一種閥門鋼代表一 個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，因?yàn)檫@在渦輪機(jī)葉輪5與轉(zhuǎn)子軸6之間造成相對(duì)地相 等的熱膨脹系數(shù)，所以通過該閥門鋼允許獲得在不同溫度下的可靠配合。
如以上所說(shuō)明，該壓力裝配是通過軸頸17或孔16的兩個(gè)互相鄰接的 圓周表面或側(cè)表面14和15而獲得的，通過使用一個(gè)額外的連接裝置，該 連接裝置在軸(如果該轉(zhuǎn)子軸配備有孔16)的圓周上均勻地加熱并且將渦 輪機(jī)葉輪5的軸頸17盡可能遠(yuǎn)地插入到被均勻加熱的軸內(nèi)，則有可能將 渦輪機(jī)葉輪5與轉(zhuǎn)子軸6連接。
此外，有利的是在這個(gè)安排中，將該連接方法中的兩個(gè)元件通過一種 特別的負(fù)載連接在一起，該特別的負(fù)載(例如)是O.l N/mn^或更高，但小于渦輪機(jī)葉輪5的以及轉(zhuǎn)子軸6的屈服應(yīng)力。
此外，該連接操作能夠在保護(hù)性氣氛(例如惰性氣體或還原氣體)下 發(fā)生，其中在該連接方法中的這些元件之一通過射頻加熱被加熱到所要求 的連接溫度。
然而，如以上所說(shuō)明，如果軸頸17被裝配在轉(zhuǎn)子軸6上并且孔16被 裝配在渦輪機(jī)葉輪5內(nèi)，則能夠使用極大地降低溫度的一種介質(zhì)(例如像 液氮)將連接裝置中的軸冷卻到使其裝入渦輪機(jī)葉輪5中的孔16之中的 程度。
關(guān)于以上已同樣說(shuō)明的通風(fēng)孔13，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是有可能提供至少一個(gè) 孔，但也可能是多個(gè)這樣的孔。
除了以上本發(fā)明的這些特征的書面說(shuō)明之外，為了其額外的披露對(duì)圖 1至圖4C中的本發(fā)明的展示性說(shuō)明作出明確的參引。參考標(biāo)記清單 1渦輪增壓器/排氣渦輪增壓器
2渦輪機(jī)
3排氣入口開口
4排氣出口開口
5渦輪^L葉4侖
6轉(zhuǎn)子軸
7葉片
8壓縮才幾
9壓縮機(jī)葉輪
10 渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子
11 緊固部分
12 連4妄部件
13 通風(fēng)孔
14， 15連4妄裝置=11和12的側(cè)表面
16 孑L
17 軸頸
18 插入切角/倒角
Ql,Ql',Qr截面(處于不同變體中的等寬弧線形)
權(quán)利要求
1. 一種渦輪增壓器(1)-包括一臺(tái)壓縮機(jī)(8)，該壓縮機(jī)具有一個(gè)壓縮機(jī)葉輪(9)，該壓縮機(jī)葉輪被固定到一個(gè)轉(zhuǎn)子軸(6)的一端上；并且-包括一臺(tái)渦輪機(jī)(2)，該渦輪機(jī)具有一個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(10)，該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括一個(gè)渦輪機(jī)葉輪(5)，該渦輪機(jī)葉輪具有能夠通過一個(gè)連接裝置(14，15)連接到該轉(zhuǎn)子軸(6)的一個(gè)連接部件(12)上的一個(gè)緊固部分(11)，其特征在于-該連接裝置(14，15)被實(shí)施為一種壓力連接與一種強(qiáng)制鎖定連接的一種組合，其中該連接部件(12)的截面(Q1，Q1’，Q1”)被實(shí)施為一種等寬弧線形。
2. 如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于該緊固部分(11 )被實(shí)施為一個(gè)孔(16)并且該連接部件(12)纟皮實(shí)施為一個(gè)軸頸(17)。
3. 如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于該緊固部分(11 )被實(shí)施為一個(gè)軸頸(17)并且該連接部件(12);故實(shí)施為一個(gè)孔(16)。
4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的渦輪增壓器，其特征在于該等寬弧線形(Ql，)被實(shí)施為一種弧線三角形。
5. 如權(quán)利要求1至3之一所述的渦輪增壓器，其特征在于該等寬弧線形(Ql")被實(shí)施為一種等寬弧線形的多邊形。
6. 如權(quán)利要求1至5之一所述的渦輪增壓器，其特征在于該渦輪機(jī)葉輪(5)的材料是TiAl。
7. 如權(quán)利要求1至6之一所述的渦輪增壓器，其特征在于該轉(zhuǎn)子軸(6 )的材料是閥門鋼或一種馬氏體鋼、耐熱鋼或奧氏體鋼。
8. 如權(quán)利要求1至7之一所述的渦輪增壓器，其特征在于該孔(16)配備有一個(gè)通風(fēng)孔(13 )。
9. 一種渦輪增壓器(1)的一個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子-包括一個(gè)渦輪機(jī)葉輪(5),該渦輪機(jī)葉輪具有一個(gè)緊固部分(11),并且-包括一個(gè)轉(zhuǎn)子軸(6)，該轉(zhuǎn)子軸具有一個(gè)連接部件(12),該連接部件能夠通過一個(gè)連接裝置(14, 15)連接到該渦輪機(jī)葉輪(5)的緊固部分(11 )上，其特征在于-該連接裝置(14， 15)被實(shí)施為一種壓力連接與一種強(qiáng)制鎖定連接的一種組合，其中該連接部件(12)的截面(Q1, Ql，， Ql")被實(shí)施為一種等寬弧線形。
10. 如權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征為權(quán)利要求2至7中的這些特征的至少一個(gè)。
11. 用于生產(chǎn)一種渦輪增壓器(1 )的一個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(10)的一種方法，其中該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(10)具有一個(gè)渦輪機(jī)葉輪(5),該渦輪機(jī)葉輪配備有能夠通過一個(gè)連接裝置(14, 15)連接到一個(gè)轉(zhuǎn)子軸(6)的一個(gè)連接部件(12)上的一個(gè)緊固部分(11),其特征在于將該緊固部分(11)以及該連接部件(12)的尺寸和截面形狀選擇為將一種組合的壓力連接/強(qiáng)制鎖定連接建立成為該連接裝置(14， 15)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于該轉(zhuǎn)子軸(6)的連接部件(12)被設(shè)計(jì)為一個(gè)孔(16)并且該緊固部分(11 )被設(shè)計(jì)為一個(gè)軸頸(17),其中該壓力裝配是通過在該孔(16)的圓周上進(jìn)行均勻加熱然后將其連接到該軸頸(17)上來(lái)產(chǎn)生的。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于該緊固部分(11 )被設(shè)計(jì)為一個(gè)孔(16)并且該轉(zhuǎn)子軸(6)的連接部件(12)被實(shí)施為一個(gè)軸頸，為了產(chǎn)生該壓力裝配，在該連接操作之前將該軸頸冷卻到這樣一種程度使之有可能將該孔與該軸頸裝在 一起，此后 一旦該軸頸被加熱則產(chǎn)生該連接配合。
14. 如權(quán)利要求11至13之一所述的方法，其特征在于該孔(16)配備有一個(gè)通風(fēng)孔(13 )。
15. 如權(quán)利要求11至14之一所述的方法，其特征在于該轉(zhuǎn)子軸(6)是預(yù)車削的或者精車削的。
16. 如權(quán)利要求11至15之一所述的方法，其特征在于該孔(16)的深度被設(shè)定為大于該軸頸(17)的長(zhǎng)度，并且該通風(fēng)孔(13)被安排在該孔(16)的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，該孔在已將該轉(zhuǎn)子軸(6)與該渦輪機(jī)葉輪(5)連接在一起的狀態(tài)中不被該軸頸(17)覆蓋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪增壓器(1)，該渦輪增壓器包括一臺(tái)壓縮機(jī)(8)和一個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(10)，該壓縮機(jī)帶有被固定到一個(gè)轉(zhuǎn)子軸(6)一端上的一個(gè)壓縮機(jī)葉輪(9)，該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子具有一個(gè)渦輪機(jī)葉輪(5)，該渦輪機(jī)葉輪帶有一個(gè)固定部分(11)，該固定部分可以通過一個(gè)連接裝置(14，15)連接到轉(zhuǎn)子軸(6)的一個(gè)連接器部件(12)上，所述連接器裝置(14，15)被設(shè)計(jì)為壓力連接與強(qiáng)制裝配連接的一種組合，連接器部件(12)的截面(Q1，Q1’，Q”)是等寬弧線形的。
文檔編號(hào)F01D5/02GK101535600SQ200780041891
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者C·霍爾茨舒 申請(qǐng)人:博格華納公司