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的前序部分的一個渦輪機轉(zhuǎn)子，并且涉及如權(quán)利要求13所述的用于生產(chǎn)此類型的渦輪機轉(zhuǎn)子的 一 個方法。
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)燃機的渦輪增壓器并且提供此類型的一種渦輪增壓器的一個渦輪機轉(zhuǎn)子，該渦輪機轉(zhuǎn)子使之有可能在渦輪機轉(zhuǎn)子與渦輪機葉輪之間提供一種連接裝置，該連接裝置具有一種簡單設(shè)計、易于進行生產(chǎn)并且同時滿足相對于強度和耐熱性的常規(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的這些特征實現(xiàn)的。就該渦4侖機轉(zhuǎn)子以及用于生產(chǎn)一個渦4侖機轉(zhuǎn)子的方法而言，該目的是通過權(quán)利要求11和13的這些特征實現(xiàn)的。
分別引用獨立權(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。
通過舉例，具體是在由TiAl (鈦鋁合金)制成的一個渦輪機轉(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)明使該渦輪機葉輪的軸線與該轉(zhuǎn)子軸的軸線滿意地彼此對準(zhǔn)并且減少從該渦輪機葉輪到該轉(zhuǎn)子軸的熱傳導(dǎo)。
此外，存在的優(yōu)點是根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器或者根據(jù)本發(fā)明的渦輪機轉(zhuǎn)子的連接裝置不再需要額外的幫助，例如焊接劑。
相對于本發(fā)明的進一步的優(yōu)點，可以參見以下清單
-構(gòu)造簡單，-部件數(shù)目小，
-根據(jù)本發(fā)明的渦輪機轉(zhuǎn)子的這些單獨部件的簡單、可靠的準(zhǔn)備， -相對簡單的連接方法，
-利用了該渦輪機轉(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)來加工該渦輪機轉(zhuǎn)子的這 些部件，其結(jié)果是這樣該材料具有對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轉(zhuǎn)子軸，并且在最好的情況下甚至能夠連接一個精 車削的轉(zhuǎn)子軸。這導(dǎo)致進一步的優(yōu)點，即可以將重點放在減少制造成本上， 并且除此之外，有可能減少因為研磨在優(yōu)待連接的這些部件上的機械負(fù) 荷，該研磨引起了在這些表面中的一種壓縮應(yīng)力，并且這對連接強度具有 一種積一及影響。


本發(fā)明進一 步的細(xì)節(jié)、優(yōu)點和特征將由參見以下附圖的示例性方案的
以下說明而變得清楚，在附圖中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一臺渦輪增壓器的一個部分切除的透視圖解，
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個渦輪機轉(zhuǎn)子將該轉(zhuǎn)子軸與該渦輪機葉輪連 接之前的一個部分切除的側(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)子軸與該渦輪機葉輪連接之后，對應(yīng)于圖2的渦輪 機轉(zhuǎn)子的一個圖示，并且
圖4A至圖4C示出根據(jù)本發(fā)明的渦輪機轉(zhuǎn)子的一個連接裝置的一個軸 頸截面的不同變體。
具體實施例方式
圖1以一個部分切除的示圖示出根據(jù)本發(fā)明的一臺渦輪增壓器1。 該渦4^增壓器1具有一個渦輪機2，該渦4侖才幾包"fe—個排氣入口開口 3以及一個才非氣出口開口 4。此外，將緊固到一個轉(zhuǎn)子軸6的一端上的一個渦輪機葉輪5安排在渦 輪機2的殼體內(nèi)。
將多個葉片(圖1中只能看到渦輪機的葉片7)安排在排氣入口開口 3與渦輪機葉輪5之間的渦輪機殼體中。
此外，渦輪增壓器1具有一臺壓縮機8，該壓縮機包括一個壓縮機葉 輪9,該壓縮機葉輪被緊固到轉(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支承殼體，等等，但是在下文不對 它們進行說明，因為不需要它們來說明本發(fā)明的原理。
圖2示出在將轉(zhuǎn)子軸6與所述渦輪機轉(zhuǎn)子的渦輪機葉輪5彼此連接之 前渦4侖機轉(zhuǎn)子10的一個部分截面示圖。
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所展示的實施方案 中，連接部件12具有一個中心孔16,該中心孔配備有相對于轉(zhuǎn)子軸6的 中軸線A橫向延伸的一個通風(fēng)孔13。
渦輪機葉輪5具有一個緊固部分，該緊固部分(作為舉例)被實施為 一個軸頸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發(fā)生的并且將表示一個否則的 話會被包藏在內(nèi)的空氣容積)能夠逸出。
在圖2和圖3中，雖然渦輪機葉輪5配備有一個軸頸17并且轉(zhuǎn)子軸6 配備有一個對應(yīng)尺寸的孔16,但也可以通過相反的安排(即通過具有一個 軸頸的一個轉(zhuǎn)子軸6以及包括一個對應(yīng)實施的孔的渦輪機葉輪)來連接這 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是一個三角形的等寬弧線形，此術(shù)語表示一 個截面，該截面展示了對于每一個方向具有相同厚度的一個圖形。
該截面形狀Ql ，表示根據(jù)圖4A帶有多個圓拐角的等寬弧線形。
通過舉例，圖4C展示了一個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，例如一個四邊形的等寬弧線形。
能夠看到這種截面形狀的優(yōu)點在于，不僅通過壓力裝配而且通過額外 的強制鎖定來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)的一個渦輪機葉輪5。進而，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)以上說明的渦輪機轉(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。
能夠通過研磨來獲得渦輪機葉輪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)力對于一種可能是相對脆性的材料特性是有益的。
根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)子軸6配備有一個精確配合的孔16。在這種情況下， 優(yōu)選使渦輪機葉輪的軸頸具有使這兩個部件5、 6更易連接的一個切角或 倒角18。材料組合TiAl/鋼能夠進行不同選擇；然而， 一種閥門鋼代表一 個優(yōu)選的實施方案，因為這在渦輪機葉輪5與轉(zhuǎn)子軸6之間造成相對地相 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。
如以上所說明，該壓力裝配是通過軸頸17或孔16的兩個互相鄰接的 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 渦輪機葉輪5與轉(zhuǎn)子軸6連接。
此外，有利的是在這個安排中，將該連接方法中的兩個元件通過一種 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葉輪5中的孔16之中的 程度。
關(guān)于以上已同樣說明的通風(fēng)孔13，應(yīng)該強調(diào)的是有可能提供至少一個 孔，但也可能是多個這樣的孔。
除了以上本發(fā)明的這些特征的書面說明之外，為了其額外的披露對圖 1至圖4C中的本發(fā)明的展示性說明作出明確的參引。參考標(biāo)記清單 1渦輪增壓器/排氣渦輪增壓器
2渦輪機
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壓縮機葉輪
10 渦輪機轉(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)-包括一臺壓縮機(8)，該壓縮機具有一個壓縮機葉輪(9)，該壓縮機葉輪被固定到一個轉(zhuǎn)子軸(6)的一端上；并且-包括一臺渦輪機(2)，該渦輪機具有一個渦輪機轉(zhuǎn)子(10)，該渦輪機轉(zhuǎn)子包括一個渦輪機葉輪(5)，該渦輪機葉輪具有能夠通過一個連接裝置(14，15)連接到該轉(zhuǎn)子軸(6)的一個連接部件(12)上的一個緊固部分(11)，其特征在于-該連接裝置(14，15)被實施為一種壓力連接與一種強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 )被實施為一個孔(16)并且該連接部件(12)纟皮實施為一個軸頸(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 )被實施為一個軸頸(17)并且該連接部件(12);故實施為一個孔(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)配備有一個通風(fēng)孔(13 )。
9. 一種渦輪增壓器(1)的一個渦輪機轉(zhuǎn)子-包括一個渦輪機葉輪(5),該渦輪機葉輪具有一個緊固部分(11),并且-包括一個轉(zhuǎn)子軸(6)，該轉(zhuǎn)子軸具有一個連接部件(12),該連接部件能夠通過一個連接裝置(14, 15)連接到該渦輪機葉輪(5)的緊固部分(11 )上，其特征在于-該連接裝置(14， 15)被實施為一種壓力連接與一種強制鎖定連接的一種組合，其中該連接部件(12)的截面(Q1, Ql，， Ql")被實施為一種等寬弧線形。
10. 如權(quán)利要求9所述的渦輪機轉(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。
11. 用于生產(chǎn)一種渦輪增壓器(1 )的一個渦輪機轉(zhuǎn)子(10)的一種方法，其中該渦輪機轉(zhuǎn)子(10)具有一個渦輪機葉輪(5),該渦輪機葉輪配備有能夠通過一個連接裝置(14, 15)連接到一個轉(zhuǎn)子軸(6)的一個連接部件(12)上的一個緊固部分(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)計為一個孔(16)并且該緊固部分(11 )被設(shè)計為一個軸頸(17),其中該壓力裝配是通過在該孔(16)的圓周上進行均勻加熱然后將其連接到該軸頸(17)上來產(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)計為一個孔(16)并且該轉(zhuǎn)子軸(6)的連接部件(12)被實施為一個軸頸，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)的長度，并且該通風(fēng)孔(13)被安排在該孔(16)的一個區(qū)域內(nèi)，該孔在已將該轉(zhuǎn)子軸(6)與該渦輪機葉輪(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壓縮機(8)和一個渦輪機轉(zhuǎn)子(10)，該壓縮機帶有被固定到一個轉(zhuǎn)子軸(6)一端上的一個壓縮機葉輪(9)，該渦輪機轉(zhuǎn)子具有一個渦輪機葉輪(5)，該渦輪機葉輪帶有一個固定部分(11)，該固定部分可以通過一個連接裝置(14，15)連接到轉(zhuǎn)子軸(6)的一個連接器部件(12)上，所述連接器裝置(14，15)被設(shè)計為壓力連接與強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F01D5/02GK101535600SQ200780041891
公開日2009年9月16日 申請日期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 申請人:博格華納公司