涡轮增压器的制作方法

本发明涉及涡轮增压器。

背景技术：

从de102013002605a1获知涡轮增压器的基础构造。涡轮增压器包含涡轮机，第一介质在涡轮机中膨胀。此外，涡轮增压器包含压缩机，第二介质在压缩机中被压缩，即通过利用在第一介质膨胀期间在涡轮机中提取的能量被压缩。涡轮增压器的涡轮机包含涡轮机壳体和涡轮机转子。涡轮增压器的压缩机包含压缩机壳体和压缩机转子。轴承壳体定位在涡轮机的涡轮机壳体与压缩机的压缩机壳体之间，其中轴承壳体一方面连接到涡轮机壳体，并且另一方面连接到压缩机壳体。轴安装在轴承壳体中，借助于该轴涡轮机转子联接到压缩机转子。

从实践中获知，涡轮机的涡轮机壳体，即所谓的涡轮机入口壳体，和轴承壳体经由优选被形成为夹紧瓦的紧固设备彼此连接。这样的被形成为夹紧瓦的紧固设备以其第一部段经由紧固装置被安装在涡轮机壳体的凸缘上，并以第二部段至少部分地覆盖轴承壳体的凸缘。借助于这样的紧固设备，尤其通过夹紧涡轮机壳体与轴承壳体之间的密封盖和喷嘴环，轴承壳体和涡轮机壳体的单元或组合被夹紧。

涡轮机壳体填充有待膨胀的第一介质，尤其是待膨胀的排气。涡轮机壳体的涡轮机入口壳体沿涡轮机转子的方向引导排气。在涡轮机入口壳体中，存在相对于环境的过压，在第一介质的膨胀期间，受提取能量的作用，在涡轮机中过压降低。在涡轮机壳体或涡轮机入口壳体与轴承壳体的接头区域中可发生泄漏，使得涡轮机中待膨胀的第一介质可以经由涡轮机壳体与轴承壳体之间的连接区域进入环境。这是不利的。

为了抵抗涡轮机中待膨胀的第一介质的这样的泄漏，根据实践，尤其借助于对于紧固装置的更高的紧固力矩来增加涡轮机壳体或涡轮机入口壳体与轴承壳体之间的夹紧，优选被形成为夹紧瓦的紧固设备经由所述紧固装置被安装在涡轮机壳体上。因此，紧固设备与轴承壳体之间的夹紧力也增大。由于轴承壳体与涡轮机壳体或涡轮机入口壳体的热膨胀不同，轴承壳体与紧固设备之间的接触点暴露于高的相对移动。结合轴承壳体与紧固设备之间的高接触压力或高预加载荷或高夹紧力，由于所谓的挖坑效应，紧固设备上和/或在轴承壳体上的磨损则会发生。因此，则可导致涡轮机中待膨胀的第一介质泄漏到环境中，而在极端情况下，涡轮机壳体或涡轮机入流壳体与轴承壳体的连接会松掉。

由此出发，本发明基于创造新类型的涡轮增压器的目标。

技术实现要素：

该目标通过根据权利要求1的涡轮增压器被解决。

紧固设备在第二部段的面向轴承壳体的凸缘的表面上被轮廓成形为弯曲的。通过紧固设备在面向轴承壳体的凸缘的表面上的弯曲的轮廓成形，在紧固设备上提供了限定的摩擦学表面形式，当紧固设备与轴承壳体之间相对移动时，该限定的摩擦学表面形式最小化紧固设备和轴承壳体上的磨损。

因此，降低了涡轮机中待膨胀的第一介质泄漏到环境中的风险。此外，降低了轴承壳体与涡轮机壳的连接被分开的风险。

优选地，紧固设备的第二部段的面向轴承壳体的凸缘的弯曲表面的曲率半径相当于在第二部段和/或第一部段区域中紧固设备的轴向厚度的5倍与20倍之间。紧固设备的弯曲表面的这样的曲率半径提供了用于最小化磨损的尤其有利的摩擦学表面形式。

优选地，紧固设备由具有至少40hrc的硬度的材料构成，或由在弯曲表面的区域中具有至少40hrc的表面硬度的硬化材料构成。尤其，当紧固设备以这样的方式被实施时，可进一步降低紧固设备和轴承壳体上的磨损风险。

根据本发明的有利的第一另外的改进方案，在紧固设备的第二部段与轴承壳体的凸缘之间布置至少一个环。通过在紧固设备的第二部段与轴承壳体的凸缘之间布置至少一个环，可进一步降低紧固设备和轴承壳体上的磨损风险。尤其，在各种情况中，所述环或每个环具有至少40hrc的表面硬度，为此目的，相应的环由具有该硬度的材料制成，或使相应的环在表面上硬化而提供该硬度。

优选地，在紧固设备的第二部段与轴承壳体的凸缘之间布置两个环，其中，第一环位于第一侧面上靠在轴承壳体的凸缘上，其中，第二环以第一侧面靠在紧固设备的第二部段上，其中，两个环以两个侧面靠着彼此。尤其，第一环具有相当于轴承壳体的热膨胀系数的热膨胀系数，其中，第二环具有偏离其的热膨胀系数。通过以这样的方式使两个环沿轴向一个挨一个地布置在紧固设备的第二部段与轴承壳体的凸缘之间，可尤其有利地降低轴承壳体和紧固设备的磨损风险。这里，当以其第一侧面靠在轴承壳体的凸缘上的第一环具有相当于轴承壳体的热膨胀系数的热膨胀系数时是尤其有利的。因为如此，第一环与轴承壳体之间的相对移动被最小化。以其第一表面靠在紧固设备的第二部段上的第二环具有偏离的热膨胀系数，以便转换在操作期间在两个环的接触表面之间形成的相对移动。

根据本发明的第二替代的另外的改进方案，轴承壳体的凸缘被实施为轴承壳体的单独的组件，由具有至少40hrc的表面硬度的硬的材料或硬化材料制成，并借助于螺纹被安装在轴承壳体的基体上。通过这样的方式，也可降低轴承壳体与涡轮机壳体之间的连接的磨损风险。

根据本发明的第三类似的替代的另外的改进方案，使被实施为轴承壳体的一体组件的凸缘在面向紧固设备的第二部段的表面上硬化，并且在该表面上所述凸缘具有至少40hrc的表面硬度。本发明的该实施例还允许降低轴承壳体与涡轮机壳体之间的连接的磨损风险。

附图说明

本发明的优选的另外的改进方案由从属权利要求和以下的描述中获得。在不被限制于此的情况下，通过附图更加详细地说明本发明的示例性实施例。附图示出了：

图1：通过根据本发明的第一涡轮增压器的在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中的选取的截面图；

图2：图1的透视图；

图3：通过根据本发明的第二涡轮增压器的在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中的选取的截面图；

图4：图3的细节；

图5：通过根据本发明的第三涡轮增压器的在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中的选取的截面图；

图6：通过根据本发明的第四涡轮增压器的在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中的选取的截面图。

具体实施方式

本发明涉及涡轮增压器。涡轮增压器包含用于使第一介质膨胀，尤其用于使内燃机的排气膨胀的涡轮机。此外，涡轮增压器包含用于压缩第二介质，尤其是增压空气，即利用在第一介质的膨胀期间在涡轮机中提取的能量的压缩机。这里，涡轮机包含涡轮机壳体和涡轮机转子。压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子。压缩机转子经由安装在轴承壳体中的轴联接到涡轮机转子，其中，轴承壳体定位在涡轮机壳体与压缩机壳体之间，并连接到涡轮机壳体和压缩机壳体两者。这里被称呼的本领域技术人员熟悉涡轮增压器的这种基础构造。

现在本发明涉及涡轮增压器的涉及涡轮机壳体与轴承壳体的连接的这样的细节。参考图1至图6，以下描述了涡轮增压器的不同的示例性实施例，其中，图1至图6各自示出了从涡轮增压器的在涡轮机壳体与轴承壳体的连接区域中的对应的选取。

涡轮增压器的第一示例性实施例由图1和图2示出，其中，在图1和图2中示出了在涡轮机壳体，即涡轮机壳体的涡轮机入口壳体1，与排气涡轮增压器的轴承壳体2之间的接合部。此外，图1示出了喷嘴环3和密封盖4。

涡轮机入口壳体1以这样的方式经由紧固设备5连接到轴承壳体2，使得紧固设备5以第一部段7即经由多个紧固装置8被安装在涡轮机入口壳体1的凸缘6上，并且紧固设备5以第二部段9至少部分地覆盖轴承壳体2的凸缘10。紧固设备5也被称为夹紧瓦。在图1和图2的示例性实施例中，沿周向方向看，紧固设备5被分段，其中，紧固设备5的每个独立的区段5a各自经由相应的第一部段7、借助于紧固装置8被安装到涡轮机入口壳体1的凸缘6。优选地，对于紧固设备5的每个区段5a最大设置两个这样的紧固装置8，以便将相应的区段5a安装到涡轮机入口壳体1的凸缘6。

在图1和图2中示出的示例性实施例中，每个紧固装置8包含用螺丝连接到涡轮机入口壳体1的凸缘6中的带螺纹的螺丝8a和作用在带螺纹的螺丝8a的另一端上的螺母8b，其中，通过拧紧螺母8b，通过紧固设备5可将限定的预加载力施加到涡轮机入口壳体1上并施加到轴承壳体10上。在该过程中，喷嘴环3和密封盖4的对应的凸缘被夹紧在涡轮机入口壳体1与轴承壳体2之间。

为了最小化经由涡轮机入口壳体1与轴承壳体2的该连接区域的泄漏流，必须避免尤其紧固设备5受到磨损，使得限定的夹紧力总是可被施加到涡轮机入口壳体1和轴承壳体2上，并且不存在涡轮机入口壳体1和轴承壳体2变松的风险。

根据本发明的紧固设备5在轴承壳体2的第二部段9的面向轴承壳体2的凸缘10的表面上具有弯曲的轮廓成形。这里，紧固设备5的第二部段9的面向轴承壳体2的凸缘10的该弯曲的轮廓成形表面朝着外侧凸状地弯曲，即具有曲率半径r，该曲率半径r相当于紧固设备5的在紧固设备的第二部段9和/或第一部段7的区域中的轴向厚度的5倍与20倍之间。在图1和图2的示例性实施例中，其中紧固设备5由多个区段5a形成，每个区段5a在相应的第二部段9的面向轴承壳体2的凸缘10的表面的区域中具有这样的曲率。

通过如上所述的紧固设备5的弯曲的轮廓成形或紧固设备5的在第二部段9面向轴承壳体2的凸缘10的表面上的区段5a的方式，在该表面上提供了摩擦学形式，尤其当在操作期间在涡轮机入口壳体与轴承壳体之间的相对移动以及因此在紧固设备5与轴承壳体2之间的相对移动形成时，该摩擦学形式最小化轴承壳体2上和紧固设备5上的磨损风险。

紧固设备5或紧固设备5的区段5a优选由具有至少40hrc硬度（标尺c的洛氏硬度）的金属材料构成，或者紧固设备5或区段5a由在弯曲表面的区域中具有至少40hrc的表面硬度的硬化金属材料构成。用于提供这样的表面硬度的金属材料的硬化优选通过氮化实现。例如通过熔化或喷涂的方法，比如例如激光熔覆，将涂层涂覆到待硬化的表面而使金属材料硬化同样是可能的。

紧固设备在紧固设备5的第二部段9的面向轴承壳体2的凸缘10的表面区域中的弯曲轮廓成形与以上描述的紧固设备5的硬度的结合降低了在操作期间相对运动形成在紧固设备5与轴承壳体2之间的情况中的磨损的风险。尤其，可防止所谓的挖坑效应。

在图1和图2的示例性实施例中，环11布置在轴承壳体2的凸缘10与紧固设备5的第二部段9或紧固设备5的区段5a的第二部段9之间。在图1和图2的示例性实施例中，单个环11定位在这里在轴承壳体2的凸缘10与紧固设备5的相应区段5a的第二部段9之间，其中，该环11具有轴向宽度b和径向高度h。为了避免环11因作用在环上的摩擦力而倾斜，比率是b:h≤0.25。优选地，环11由具有至少40hrc的硬度的材料构成，或由具有至少40hrc的表面硬度的硬化材料构成。这用于在紧固设备5与轴承壳体2之间发生相对移动时的磨损最小化。

在图1和图2的示例性实施例中，其中单个环11布置在轴承壳体2的凸缘10与紧固设备5的第二部段9或紧固设备5的区段5a的第二部段9之间，环11具有大约相当于轴承壳体2的热膨胀系数的热膨胀系数。因此，环11与轴承壳体2之间的相对移动被最小化，相对移动发生在环11与紧固设备5的区段5a之间。靠着彼此的环11的表面和紧固设备5的区段5a的第二部段9具有优选大于40hrc的表面硬度，紧固设备5的区段5a的第二部段9的面向环11的表面具有带有以上描述的曲率半径r的轮廓成形的弯曲，因此，轴承壳体2完全低磨损地安装在涡轮机壳体1上，即在涡轮机入口壳体上，是可能的。

图1和图2的示例性实施例的环11优选在周向位置中被切开，经受形成开口环，使得环可容易地转动到或螺纹连接到轴承壳体2的凸缘10上。尤其当轴承壳体2的与未示出的压缩机壳体相互作用的凸缘的直径大于轴承壳体2的与涡轮机入口壳体1相互作用的示出的凸缘10的直径时，这是需要的。图1和图2的环11以第一侧面靠着轴承壳体2的凸缘10，并且以第二侧面靠着紧固设备5的区段5a的第二部段9。

涡轮增压器的尤其优选的示例性实施例由图3和图4示出，其中，图3和图4的示例性实施例与图1和图2的示例性实施例的区别主要在于：在图3和图4的示例性实施例中，不是单个环11布置在轴承壳体2的凸缘10与紧固设备5的第二部段9或紧固设备5的区段5a的第二部段9之间，而是在图3和图4中两个环12和13沿轴向一个挨一个地布置在此处。这里，第一环12以第一侧面靠在轴承壳体2的凸缘10上，而具有第一尺寸的第二环13靠在紧固设备5的第二部段9或紧固设备5的区段5a的第二部段9上。此外，两个环12和13以第二侧面面向彼此而靠着彼此。

第一环12优选具有相当于轴承壳体2的热膨胀系数的热膨胀系数。第二环13优选具有偏离轴承壳体2的热膨胀系数的热膨胀系数。由此，使可在两个环12、13之间在操作期间形成的相对移动转换是可能的。这允许轴承壳体2到涡轮机入口壳体1的尤其低磨损的连接。

在图3和图4的示例性实施例中，紧固设备5的第二部段9或紧固设备5的区段5a的第二部段9在面向第二环13并因此面向轴承壳体2的凸缘10的侧面上也轮廓成形为弯曲的，即如结合图1和图2所描述的，具有限定的曲率半径r。在这方面中，参考以上说明。两个环12和13的布置具有轴向宽度b和径向高度h，其中比率是b:h≤0.25。

两个环12、13优选由具有至少40hrc的硬度的材料构成，或由具有至少40hrc的表面硬度的硬化材料构成。

以其第一侧面靠在轴承壳体2的凸缘10上的第一环12优选在单个周向位置中被切开，使得环12可又作为被简单地螺纹连接到轴承壳体2上，即螺纹连接到轴承壳体2的凸缘10上的一个单元。与之相比，第二环13优选在多个周向位置中被切开，优选地以这样的方式经受形成多个环区段，使得第二环13的环区段的数目及因此第二环13的环区段的周向延伸范围相当于紧固设备5的区段5a的数目及因此紧固设备5的区段5a的周向延伸范围。

在各种情况中，在紧固设备5的每个区段5a与轴承壳体2的凸缘10之间优选地定位有第二环13的一个独立的环区段，其中，第二环区段13的所有环区段则靠在第一环12上，所述第一环12在周向位置中被切开并形成为开口环。通过第二环13的分段，可降低周向方向上的热应力。滑动移动于是分散到环13的环区段的多个顺序相连的滑动表面中，因此降低了作用在紧固设备5上的摩擦力。

根据本发明的涡轮增压器的另外的示例性实施例由图5示出，其中，图5表示图1至图4的示例性实施例的替代例。在图5的示例性实施例中，设置成轴承壳体2至少以两部分形成并包含基体14，单独的凸缘15与该基体14连接。基体14由常规的金属材料制成，而与基体14一起被紧固的单独的凸缘15由具有至少40hrc的硬度的材料制成，或由具有至少40hrc的表面硬度的硬化材料制成。因此，在紧固设备5的第二部段9的区域中提供了轴承壳体2的凸缘15与紧固设备5，即紧固设备5的区段5a，之间的调适的摩擦系数，以便最小化轴承壳体2或涡轮机入口壳体1之间的连接的磨损。这里，在图5中也同样设置成紧固设备5的第二部段9或紧固设备5的区段5a的第二部段9在面向轴承壳体2的凸缘15的侧面上以限定的曲率半径r凸状地向外侧弯曲。关于这些特性化特征，参考关于图1和图2的示例性实施例和图3和图4的示例性实施例的以上说明。

图5的示例性实施例与图1至图4的示例性实施例的主要不同在于：在图5中，没有设置被定位在轴承壳体2的凸缘10与紧固设备5之间的环，而是轴承壳体2的凸缘15这里被制成由硬的或硬化的金属材料形成的单独的组件。

从图5显见的，由硬的材料或硬化材料制成的该单独的凸缘15由螺丝连接在轴承壳体2的基体14上，其中，为此目的，凸缘15上的内螺纹16与轴承壳体2的基体14上的外螺纹17相互配合。这样的螺丝连接是优选的，因为这样的螺丝连接构成形状配合并因此对热膨胀和制造偏差不敏感。根据图5，设置成经由沿径向方向延伸的至少一个锁定元件18锁定轴承壳体2的凸缘15与轴承体2的基体14之间的螺丝连接，在所示的示例性实施例中所述至少一个锁定元件18被实施为圆柱形销。

根据本发明的涡轮增压器的另外的示例性实施例由图6示出。在图6的示例性实施例中，设置成使轴承壳体2在凸缘10的区域中硬化，即在凸缘10的表面的区域中硬化，所述凸缘10的表面与紧固设备5的凸状弯曲表面或紧固设备5的相应区段5a的凸状弯曲表面在紧固设备5的第二部段9上相互配合。图6示出涂层19被涂覆在轴承壳体2的凸缘10的该表面上，以便使轴承壳体2在凸缘10的该表面上硬化，其中，该涂层可例如通过熔化或喷涂的方法，比如激光熔覆，被涂覆。替代涂层，也可通过硬化的方法，比如例如激光硬化或氮化，来使轴承壳体2的材料硬化。

利用根据本发明的排气涡轮增压器的所有型式，可提供涡轮机入口壳体1与轴承壳体2之间的尤其有利的连接，其是低磨损的。尤其优选的是图3和图4的实施例，与所述实施例一起的，两个环12和13沿轴向一个挨一个地布置在轴承壳体2的凸缘10与覆盖轴承壳体2的凸缘10的紧固设备5的区段5a的部段9之间。该实施例不仅设计简单，而且该实施例还允许相对移动因两个环12和13之间的操作而转移，使得紧固设备5和轴承壳体2两者不暴露于任何的磨损，因此，不存在涡轮机中待膨胀的第一介质的泄漏流进入环境或甚至涡轮机入口壳体1与轴承壳体2之间的连接松开的风险。

附图标记列表

1　　涡轮机入口壳体

2　　轴承壳体

3　　喷嘴环

4　　密封盖

5　　紧固设备

5a　　区段

6　　凸缘

7　　部段

8　　紧固装置

8a　　螺丝

9　　部段

10　　凸缘

11　　环

12　　环

13　　环

14　　基体

15　　凸缘

16　　螺纹

17　　螺纹

18　　锁定元件

19　　涂层