根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分，本發(fā)明涉及一種具有輪轂主體以及布置在所述輪轂主體上的葉片的用于排氣渦輪增壓器的葉輪。而且，本發(fā)明涉及具有這種類型的葉輪的排氣渦輪增壓器。

背景技術(shù)：

US8721287B2已經(jīng)公開了一種用于具有輪轂主體和布置在所述輪轂主體上的葉片的排氣渦輪增壓器的通常類型的葉輪。為了能夠減小負(fù)荷，特別是葉片與輪轂主體的附接區(qū)域中的負(fù)荷，輪轂主體與葉片之間的過渡也以橢圓的方式倒圓角。

通常，葉輪由輪轂主體和布置在所述輪轂主體上的葉片組成，當(dāng)前的葉輪通常因熱動力學(xué)的原因而裝備有向后彎曲的葉輪輪廓。在葉片與輪轂主體的附接區(qū)域中的吸入側(cè)的離心力的影響下，所述向后的彎曲導(dǎo)致減少期望的使用壽命的高拉伸應(yīng)力。然而，出于使用壽命的原因，更高的轉(zhuǎn)速和/或甚至更顯著的向后的彎曲僅能夠是受限的程度。而且，當(dāng)前通常使用的輪轂主體被構(gòu)造為連續(xù)圓形的旋轉(zhuǎn)主體，這種簡單的幾何結(jié)構(gòu)對于特別發(fā)生在葉片與輪轂主體之間的過渡處的負(fù)荷并不是理想的。由于最高的負(fù)荷不會經(jīng)常發(fā)生在過渡處本身而是發(fā)生在過渡處端部處的輪轂主體中，所以這也能夠通過增加葉片與輪轂主體之間的過渡處的半徑來以有限的程度解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明因此關(guān)于如下問題：以首先重量優(yōu)化的構(gòu)造并且第二關(guān)于吸收可能的負(fù)荷的優(yōu)化構(gòu)造的方式構(gòu)造葉輪。

根據(jù)本發(fā)明，該問題通過獨立權(quán)利要求1的主題的方式解決。有益的實施例為從屬權(quán)利要求的主題。

本發(fā)明基于如下的主要構(gòu)思：現(xiàn)將對用于排氣渦輪增壓器的葉輪的輪轂主體以關(guān)于其設(shè)計進行變型的方式而使其構(gòu)造為圓形旋轉(zhuǎn)主體，特別是已經(jīng)達到臨界的負(fù)荷區(qū)域，例如輪轂主體與布置在所述輪轂主體上的葉片之間的過渡處，能夠被有效地緩解而葉輪本身無需顯著地更加堅硬并因此導(dǎo)致更重的構(gòu)造。作為替換，為此目的有兩個實施例可用，在第一實施例中，輪轂主體被構(gòu)造為具有關(guān)于彼此傾斜、數(shù)量與葉片的數(shù)量相對應(yīng)的多個部分的多邊形，并且，作為替換，輪轂主體具有面對葉片并且在周向上起伏的主表面，在這種情況下多個起伏對應(yīng)于多個葉片。本文的兩個實施例的共同特征為：對輪轂主體進行了變型，特別是在與葉片的過渡區(qū)域中，以改進的方式使其能夠吸收發(fā)生的應(yīng)力，特別是由于各個葉片的向后彎曲而引起的拉伸應(yīng)力，其結(jié)果是，不僅能夠增加性能，而且還能夠額外地增加這種類型的葉輪的使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明第一替換例的葉輪的有益開發(fā)，各個部分在徑向外側(cè)具有筆直的橫截面的主表面。在這種情況下，因此，輪轂主體被構(gòu)造為具有與各個葉片的數(shù)量相對應(yīng)的多個部分的多邊形，所述部分在每種情況下具有筆直的主表面并且在徑向外側(cè)以鋸齒狀彼此合并。特別地，輪轂主體的主表面與相關(guān)的葉片之間的過渡處的應(yīng)力臨界區(qū)域關(guān)于發(fā)生的應(yīng)力通過根據(jù)本發(fā)明的關(guān)于彼此傾斜布置的部分的筆直的主表面能夠被優(yōu)化。

在根據(jù)本發(fā)明的第一替換例的技術(shù)方案的進一步有益的實施例中，過渡處從進入相關(guān)的葉片中的部分被倒圓角。結(jié)果，特別地，能夠避免扭折以及因此導(dǎo)致的應(yīng)力加劇，其結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于發(fā)生的應(yīng)力的進一步的優(yōu)化。

在根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案的進一步有益的實施例中，倒圓角的過渡處由添加至相應(yīng)部分的主表面的材料而形成。因此，在每種情況下，一個輕微的材料積累設(shè)置在過渡區(qū)域中，所述材料積累足夠吸收發(fā)生的增加的應(yīng)力，只體現(xiàn)局部的材料應(yīng)用，然而，相比于完全加強的輪轂主體，并且結(jié)果使根據(jù)本發(fā)明的葉輪明顯更輕。

在根據(jù)本發(fā)明的第二替換例的葉輪的進一步有益的開發(fā)中，從主表面進入到相關(guān)的葉片中的過渡處布置在起伏頂點的區(qū)域中。結(jié)果，能夠在輪轂主體或者其進入相關(guān)的葉片中的主表面之間實現(xiàn)特別的流動以及因此的無缺口的過渡處，所述進入主表面的過渡處例如通過施加至起伏斜坡的切線而形成。由于這種類型的切線，在進入主表面中的過渡處的該區(qū)域中不產(chǎn)生扭折，并且因此也不會加劇應(yīng)力。另外，能夠設(shè)置過渡處被倒圓角，并且結(jié)果，也以無級和/或無扭折的方式分別合并到相關(guān)的葉片中，其結(jié)果是在該區(qū)域中也能夠避免應(yīng)力加劇。

根據(jù)本發(fā)明的葉輪的進一步有益的實施例，輪轂主體具有在周向上起伏的背面。在本文中，輪轂主體的背面上的多個起伏能夠與相反的前側(cè)上的多個葉片相對應(yīng)。這提供了如下特別的益處：通過起伏的形狀能夠加固輪轂主體的主表面并且同時關(guān)于發(fā)生的應(yīng)力能夠是材料優(yōu)化的構(gòu)造。通過輪轂主體的起伏的背面能夠消散通常發(fā)生在葉片以下的葉輪背面的局部發(fā)生的應(yīng)力。葉輪起伏的背面的益處為在高負(fù)荷部位的局部材料應(yīng)用。這使得關(guān)于可能的質(zhì)量生效的應(yīng)力消散，而無需增加重量。

而且，本發(fā)明基于如下的主要構(gòu)思：使排氣渦輪增壓器裝備有這種類型的葉輪，通過由于與之前完全加厚的葉輪相比僅低局部的材料應(yīng)用而明顯更輕的本發(fā)明的葉輪而實現(xiàn)了排氣渦輪增壓器的明顯改進的反應(yīng)性能。另外，由于所述葉輪的使用壽命的延長而不需要擔(dān)心葉輪的裂痕和因此產(chǎn)生的壓縮機外殼的破壞，所以也能夠延長整個排氣渦輪增壓器的使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明的第二替換實施例的有益的改進，起伏頂點沿徑向向內(nèi)和/或沿徑向向外逐漸變小，并且過渡處以沖洗的方式進入到主表面中，使得沒有起伏頂點出現(xiàn)在葉輪入口處和葉輪出口處。因此，起伏或者起伏頂點僅布置在由于發(fā)生負(fù)荷而實際需要的部位。以這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷優(yōu)化的葉輪并且同時實現(xiàn)了重量優(yōu)化的葉輪。

方便的情況是，對于相對于起伏頂點的最大徑向大小R_WB的葉輪的半徑R_VR的比例，應(yīng)用如下：

1.1<R_VR/R_WB<2.2

特別地，通過起伏頂點的布置的徑向區(qū)分及其旋轉(zhuǎn)地不對稱并返回原始狀態(tài)的特性，輪轂輪廓在葉輪入口的方向以及葉輪出口的方向上再次旋轉(zhuǎn)地對稱。以這種方式，能夠避免熱動力學(xué)的缺點。

本發(fā)明的進一步重要的特征和益處從從屬權(quán)利要求、附圖以及使用附圖的相關(guān)附圖描述顯現(xiàn)。

不言而喻的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，上文中提及的特征以及那些留待在下文中說明的特征不僅用于各個具體的結(jié)合中，而且可用于其他結(jié)合中或單獨使用。

附圖說明

本發(fā)明優(yōu)選的示例性實施例示出在附圖中并且在接下來的描述中將更加詳細(xì)地說明，相同的附圖標(biāo)記指代相同的或者相似的或者功能上等同的部件。

因此，在每種情況下圖解地：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的葉輪的輪轂主體的視圖，

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的葉輪的側(cè)視圖，

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的葉輪的側(cè)視圖，

圖4示出了穿過根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的變型的葉輪的剖視圖，以及

圖5示出了根據(jù)圖4的葉輪的側(cè)視圖。

具體實施方式

根據(jù)圖1至圖5，根據(jù)本發(fā)明的用于排氣渦輪增壓器2的葉輪1具有輪轂主體3和布置在所述輪轂主體3上的葉片4。圖1僅示出了輪轂主體3，而沒有示出相關(guān)的葉片4。為了隨后能夠?qū)Ω鶕?jù)本發(fā)明的葉輪1關(guān)于發(fā)生在各個葉片4與輪轂主體3之間的過渡處7的區(qū)域中的應(yīng)力進行優(yōu)化，提供了兩個替換的輪轂主體3的實施例，第一個替換例示出在圖1和圖2中，而第二個替換例示出在圖3至圖5中。

根據(jù)圖1和圖2，輪轂主體3在本文中根據(jù)本發(fā)明被構(gòu)造為具有相對于彼此傾斜、數(shù)量與葉片4的數(shù)量相對應(yīng)的多個部分5的多邊形。在本文中，各個部分5(同樣參見圖2)優(yōu)選地具有至少在徑向外側(cè)的直橫截面的主表面6，部分5根據(jù)需要能夠相對于輪轂主體3或者各個葉片4并且相對于彼此以不同的程度傾斜。在本文中，過渡處7優(yōu)選從部分5倒圓角到相關(guān)的葉片4中，倒圓角的部分或者倒圓角的過渡處7由材料附加部8形成，也就是說，施加至各個部分5的主表面6的附加材料。

相比于現(xiàn)有技術(shù)中已知的、并且已經(jīng)被專門構(gòu)造為圓形旋轉(zhuǎn)主體的輪轂主體，根據(jù)本發(fā)明的輪轂主體3以及因此的根據(jù)本發(fā)明的葉輪1提供了如下重要的益處：所述葉輪1專門局部地在排氣渦輪增壓器2運轉(zhuǎn)期間應(yīng)力最高的區(qū)域中得到加強。而且，部分5的主表面6以及相關(guān)的葉片4中的無缺口的過渡處能夠通過倒圓角的部分實現(xiàn)，其結(jié)果是能夠避免應(yīng)力峰值。

如果考慮圖3中的根據(jù)本發(fā)明第二替換實施例的葉輪1，能夠看出輪轂主體3在本文中具有面向葉片并且在圓周方向上起伏的主表面6，多個各個起伏部10對應(yīng)于多個葉片4。另外，在這種情況下，主表面6或者輪轂主體3的背面也是起伏的構(gòu)造，背面9的起伏部10與主表面6平行延伸。不言而喻，背面9在本文中也能夠構(gòu)造為不具有這種類型的起伏，也就是說，能夠是筆直的構(gòu)造，在本文中對于根據(jù)圖1和圖2的葉輪1的輪轂主體3的背面9也能夠是筆直的構(gòu)造或者構(gòu)造為具有起伏10。在本文中，從主表面6進入到相關(guān)的葉片4中的過渡處7優(yōu)選地布置在起伏頂點11的區(qū)域中或者至少稍微緊鄰起伏頂點11的區(qū)域中。能夠設(shè)置，而且，通過如根據(jù)圖3示出的中斷線，起伏的主表面6與相關(guān)的葉片4之間的過渡處7被倒圓角，這種類型的被倒圓角的過渡處7通過施加至起伏斜坡12的切線而合并到主表面6中。以相似的方式，也能夠?qū)崿F(xiàn)進入到相關(guān)的葉片4中的相切的過渡處。

在示出的并且替換的但盡管如此等同于應(yīng)力和重量的優(yōu)化的實施例中，在本文中共同的特征為它們能夠吸收，特別是，發(fā)生在以通過輪轂主體3的具體的構(gòu)造或尺寸變化的改進方式從輪轂主體3的主表面6進入到相關(guān)的葉片4中的過渡處7的區(qū)域中的高應(yīng)力，這在之前還不存在，并且其結(jié)果是確保了更長的使用壽命。相比于完全加厚的輪轂主體，也就是說所有部位都加厚的輪轂主體，不言而喻的是，根據(jù)本發(fā)明的這種類型的僅僅局部被加強的輪轂主體3是明顯更輕的，結(jié)果，減小了大量的慣性矩，其結(jié)果是裝備有所述葉輪1的排氣渦輪增壓器2呈現(xiàn)出改進的反應(yīng)性能。

以常規(guī)的方式，在本文中的情況是，按照圖3至圖5的全部實施例具有共同的事實是，起伏頂點11在每種情況下布置在兩個葉片4之間。

考慮到按照圖4的葉輪1，能夠看出起伏頂點11在徑向向內(nèi)和/或在徑向向外的方向上逐漸變小并且過渡處進入到主表面6中，使得沒有起伏頂點11出現(xiàn)在葉輪入口13處和葉輪出口14處。在本文中，在圖4中，通過實線示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的葉輪的原始輪廓，然而根據(jù)本發(fā)明的葉輪1的輪廓通過虛線示出在起伏頂點11的區(qū)域中。在按照圖4和圖5的葉輪1的情況下，輪轂主體3具有平面狀的背面9。

在本文中，起伏頂點11的徑向位置可以關(guān)于葉輪尺寸(葉輪半徑)從“葉輪半徑/起伏頂點位置”的商形成。在本文中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)起伏頂點11與葉輪1的半徑R_VR的比例位于1.1與2.2之間。對于葉輪1的半徑R_VR與起伏頂點11的最大半徑大小R_WB的比例，因此應(yīng)用如下：

1.1<R_VR/R_WB<2.2。

起伏頂點11的加厚，特別是附加材料部8因此僅出現(xiàn)在兩個相鄰的葉片4之間的中間區(qū)域中。依靠最高負(fù)荷區(qū)域而改變輪廓的外觀。然而，全部輪廓具有如下共同的事實：它們旋轉(zhuǎn)地不對稱并且返回到原始狀態(tài)，輪轂輪廓在葉輪入口13的方向以及葉輪出口14的方向上再次旋轉(zhuǎn)地對稱。以這種方式，能夠避免熱動力學(xué)的缺點。