废气涡轮增压机的涡轮动子的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的内燃机的涡轮增压机的涡轮动子，和具有权利要求9的前序部分的特征的方法。
【背景技术】
[0002]涡轮增压机，特别是废气涡轮增压机通过利用废气能量来设置用于对内燃机进行功率提升。
[0003]废气涡轮增压机包括如下叶轮，它们经由支承在废气涡轮增压机的支承壳体内的轴来连接。第一叶轮也就是由内燃机的废气流驱动的涡轮，经由轴与配属于内燃机的抽吸管段的第二压缩机轮连接。压缩机轮提升压力，据此可以使更多的氧气到达抽吸系统中，并且可以喷入更大的燃料量，这使得内燃机的功率提升。在规格几乎一样的情况下，借助废气涡轮增压机可以明显增强内燃机的功率和最大转矩。轴将涡轮与压缩机轮连接起来，它们共同形成涡轮动子。在运行时，在废气涡轮增压机中可以产生>250，000U/min的转速。在该转速的情况下，压缩机轮和/或涡轮由于离心力而径向地延展并轴向地缩短，其中，会出现变化了的平衡差度。此外的振鸣声所造成的平衡差度变化会进一步导致涡轮增压机的完全失效以及对内燃机造成间接损伤。由于该构件应变，所以涡轮动子的所有构件的可靠连接是必要的，以便能够实现涡轮增压机的无干扰的运行。因此，对在涡轮动子的轴上的叶轮固定对于废气涡轮增压机的可靠性来说是起决定性作用的。
[0004]由现有技术公知，润轮动子的各个构件材料锁合(stoffschliissig)地例如通过摩擦焊接或激光彼此连接。在随后的对焊接连接进行冷却时发生了由不同原料制成的构件的不同的热传递。因此，这些方法需要成本高昂的热后处理以及随后的裂纹检测。
[0005]EP I 502 008 BI公开了一种废气涡轮增压机的涡轮动子，该涡轮动子的轴将两个叶轮也就是涡轮和压缩机轮连接起来，并且该轴支承在废气涡轮增压机壳体的轴承中。每个叶轮都包括具有中心凹部的轮毂隆起部，该中心凹部用于容纳轴并且配设有相应的套管。具有密封和保持功能的套管在外部被压紧套筒所包围，该压紧套筒通过压装或热缩与轮毂隆起部力锁合(kraftschliissig)地连接。
【发明内容】
[0006]本发明的任务是，提供在动子轴的由不同原料制成的构件之间的可靠的连接方案，该连接方案在装配简单和成本低廉的情况下是持久性地设计的。
[0007]根据本发明，该解决方案利用根据权利要求1的特征的涡轮动子和具有权利要求9的特征的方法实现。本发明的优选设计方案在从属权利要求中列出。
[0008]根据权利要求1，为了实现持久性的连接，轴和一个叶轮或若干叶轮借助螺栓连接部拼接在一起，其中，叶轮的轴向突出的轮毂隆起部的外螺纹被指定用于接纳一体式地与轴连接的轴套或轴螺母。在如下最终位置中，轴螺母在轮毂隆起部的锥体处定心，在该最终位置中固定地拧紧由不同原料制成的构件。根据本发明的用于涡轮动子的由不同原料制成的构件的螺栓连接部能简单地进行制造、能毫无问题进行装配并且因此可以低成本地实现。有利地，通过根据本发明的拼接连接部进一步使叶轮相对于轴定心和固定。定心改进了对实施为涡轮和压缩机轮的叶轮相对于轴的定位，特别是同轴性以及呈直角的取向，这对使用寿命起有利的作用。根据本发明的螺栓连接部适于持久性地承受潜在地高的力引入或转矩引入，或者对它们进行传递。此外视要求而定地，拼接连接部能够实现对涡轮动子例如RaAx-涡轮(径向和轴向辐射式的涡轮)的所有的构件的机械最终加工，以及能够实现涡轮动子的平衡。此外，在涡轮动子的由不同的材料制成的构件之间产生?400K(?130°C )的温度差异的情况下，符合任务要求的根据本发明的螺栓连接有利地确保了本身工艺可靠的、形状锁合(formschliissig)的和力锁合的连接。此外，根据本发明的措施能够实现更严格的制造公差和位置公差，它们对设计用于?250，OOOU/min的转速的废气涡轮增压机的运行起着有益的作用。
[0009]针对涡轮动子的由不同材料制成的构件优选提供了:叶轮由不含铁的原料制成，而轴由钢制成。包括轴向突出的轮毂隆起部在内的涡轮动子的涡轮和压缩机轮优选可以由因科镍合金或可相比较的耐高温的原料以精密铸造工艺制成。随后进行再加工，在再加工中，在叶轮与轴连接成单元也就是涡轮动子之前，例如利用切削加工在轮毂隆起部上制成外螺纹、锥体以及凹槽或环形槽。紧接着对涡轮动子进行最终加工，在该最终加工时，至少对各个构件进行精制，以便实现动子的最佳的运转质量。
[0010]用于轮毂隆起部的外螺纹根据本发明实施为矮牙的梯形螺纹。优选地，矮牙的美制螺纹5/16 14 STUB ACME适用于此，其能用于大的力传递，该大的力传递例如在强烈加速以及废气涡轮增压机的快速加速的情况下出现。此外，在整个螺纹长度上形状锁合地与轴螺母的相应的内螺纹共同作用的外螺纹防止了震动引起的或者振荡引起的松动现象，该松动现象由内燃机所传递或通常在废气涡轮增压机中产生。所选出的梯形螺纹对于在叶轮的轮毂隆起部上得出的大小比例来说是理想的。基于轮毂隆起部的在尺寸上的给定条件，可以将螺栓连接部限制在最大2个螺距，以便提供紧凑的、结构空间最佳的拼接连接部，该拼接连接部对于持久性连接来说是足够进行规格确定的。显然，可以视需要而定地使用包括多于2个受载的螺距的螺栓连接部。此外，本发明并不限于前面提到的螺纹。备选地，例如可以使用根据DIN 380的矮牙的梯形螺纹。此外，根据本发明还可以使用其他的螺纹形式，譬如右旋或左旋地实施的米制的ISO螺纹(DIN 13)或者惠氏螺纹。
[0011]根据本发明，矮牙的梯形螺纹借助圆周铣削引入到轮毂隆起部中以及轴螺母中。圆周式的螺纹铣削是针对短牙螺纹和指定的原料为加工中心专门开发的。在此使用的圆周螺纹铣刀拥有高的持久性，从而能以高的制作质量可重复地制成矮牙的梯形螺纹。圆周铣削可以根据本发明通过传统的铣削或者通过如下的另外的合适的切削方法来代替，利用其能为螺栓连接部制成符合要求的齿部质量。
[0012]以下尺寸适于叶轮的轮毂隆起部的结构上的设计方案，长度12mm，并且直径D ( 10mm。作为最佳措施地，长度S ( 9mm，并且直径D彡8mm被证明是特别适宜的。因此，比较小地确定了轮毂隆起部的规格，据此，有利地减少了温度稳定的且成本高昂的原料的所必需的材料投入。然而，本发明并不限于轮毂隆起部的前面提到的设计尺寸。
[0013]针对此外根据本发明所设置的对轴的定心，在轮毂隆起部处设置有锥体，该锥体优选在针对外部的梯形螺纹的圆周铣削工序之后制成。锥体以有利的方式与轮毂隆起部的外螺纹联接，其中，轴例如也能在布置在轮毂隆起部的端侧的锥体处定心。结构上的锥体设计规定，朝着叶轮的轮毂增大的锥体具有< 1.5mm的长度，并且具有<35°的角度α。根据优选的设计方案，锥体被限制在Imm的长度并且形成约25度的角度。通过在轴上的锥体贴靠部定心的叶轮促成了所期望的呈直角的取向并且使涡轮动子的平衡得到了简化。
[0014]与轮毂隆起部的外螺纹相对应地，在轴的轴螺母的盲孔状的孔中引入了内螺纹，该孔建立了在涡轮动子的叶轮之间的连接。此外，轴螺母具有在端侧的容纳部，该容纳部与轮毂隆起部的锥体互补地实施。
[0015]为了固定螺栓连接部并且进行定心，在锥体后面将实施为环形槽的凹槽引入到轮毂隆起部中。在轮毂隆起部与轴螺母的拧紧完成之后，对轴原料的卷边凸缘进行至少一个局部的、到凹槽中的折边。为了有效地固定螺栓连接部，在圆周上的约0.4mm的折边就足够了。
[0016]此外，开头所述的任务通过根据权利要求9的方法解决。该方法涉及到持久性地将轴与用于内燃机的废气涡轮增压机中的涡轮动子的至少一个叶轮拼接在一起，并且包括以下步骤。A)加工叶轮:首先在叶轮的轴向突出的轮毂隆起部上借助圆周式的螺纹铣削工艺施加外螺纹。然后在叶轮的轮毂隆起部的在外螺纹后面的区段中制成锥体以及凹槽或环形槽。B)加工轴:首先借助圆周式的螺纹铣削工艺将内齿部引入到轴螺母