用于排气涡轮增压器的叶轮的制作方法

根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种具有轮毂主体以及布置在所述轮毂主体上的叶片的用于排气涡轮增压器的叶轮。而且，本发明涉及具有这种类型的叶轮的排气涡轮增压器。

背景技术：

US8721287B2已经公开了一种用于具有轮毂主体和布置在所述轮毂主体上的叶片的排气涡轮增压器的通常类型的叶轮。为了能够减小负荷，特别是叶片与轮毂主体的附接区域中的负荷，轮毂主体与叶片之间的过渡也以椭圆的方式倒圆角。

通常，叶轮由轮毂主体和布置在所述轮毂主体上的叶片组成，当前的叶轮通常因热动力学的原因而装备有向后弯曲的叶轮轮廓。在叶片与轮毂主体的附接区域中的吸入侧的离心力的影响下，所述向后的弯曲导致减少期望的使用寿命的高拉伸应力。然而，出于使用寿命的原因，更高的转速和/或甚至更显著的向后的弯曲仅能够是受限的程度。而且，当前通常使用的轮毂主体被构造为连续圆形的旋转主体，这种简单的几何结构对于特别发生在叶片与轮毂主体之间的过渡处的负荷并不是理想的。由于最高的负荷不会经常发生在过渡处本身而是发生在过渡处端部处的轮毂主体中，所以这也能够通过增加叶片与轮毂主体之间的过渡处的半径来以有限的程度解决。

技术实现要素：

本发明因此关于如下问题：以首先重量优化的构造并且第二关于吸收可能的负荷的优化构造的方式构造叶轮。

根据本发明，该问题通过独立权利要求1的主题的方式解决。有益的实施例为从属权利要求的主题。

本发明基于如下的主要构思：现将对用于排气涡轮增压器的叶轮的轮毂主体以关于其设计进行变型的方式而使其构造为圆形旋转主体，特别是已经达到临界的负荷区域，例如轮毂主体与布置在所述轮毂主体上的叶片之间的过渡处，能够被有效地缓解而叶轮本身无需显著地更加坚硬并因此导致更重的构造。作为替换，为此目的有两个实施例可用，在第一实施例中，轮毂主体被构造为具有关于彼此倾斜、数量与叶片的数量相对应的多个部分的多边形，并且，作为替换，轮毂主体具有面对叶片并且在周向上起伏的主表面，在这种情况下多个起伏对应于多个叶片。本文的两个实施例的共同特征为：对轮毂主体进行了变型，特别是在与叶片的过渡区域中，以改进的方式使其能够吸收发生的应力，特别是由于各个叶片的向后弯曲而引起的拉伸应力，其结果是，不仅能够增加性能，而且还能够额外地增加这种类型的叶轮的使用寿命。

根据本发明第一替换例的叶轮的有益开发，各个部分在径向外侧具有笔直的横截面的主表面。在这种情况下，因此，轮毂主体被构造为具有与各个叶片的数量相对应的多个部分的多边形，所述部分在每种情况下具有笔直的主表面并且在径向外侧以锯齿状彼此合并。特别地，轮毂主体的主表面与相关的叶片之间的过渡处的应力临界区域关于发生的应力通过根据本发明的关于彼此倾斜布置的部分的笔直的主表面能够被优化。

在根据本发明的第一替换例的技术方案的进一步有益的实施例中，过渡处从进入相关的叶片中的部分被倒圆角。结果，特别地，能够避免扭折以及因此导致的应力加剧，其结果是能够实现关于发生的应力的进一步的优化。

在根据本发明的技术方案的进一步有益的实施例中，倒圆角的过渡处由添加至相应部分的主表面的材料而形成。因此，在每种情况下，一个轻微的材料积累设置在过渡区域中，所述材料积累足够吸收发生的增加的应力，只体现局部的材料应用，然而，相比于完全加强的轮毂主体，并且结果使根据本发明的叶轮明显更轻。

在根据本发明的第二替换例的叶轮的进一步有益的开发中，从主表面进入到相关的叶片中的过渡处布置在起伏顶点的区域中。结果，能够在轮毂主体或者其进入相关的叶片中的主表面之间实现特别的流动以及因此的无缺口的过渡处，所述进入主表面的过渡处例如通过施加至起伏斜坡的切线而形成。由于这种类型的切线，在进入主表面中的过渡处的该区域中不产生扭折，并且因此也不会加剧应力。另外，能够设置过渡处被倒圆角，并且结果，也以无级和/或无扭折的方式分别合并到相关的叶片中，其结果是在该区域中也能够避免应力加剧。

根据本发明的叶轮的进一步有益的实施例，轮毂主体具有在周向上起伏的背面。在本文中，轮毂主体的背面上的多个起伏能够与相反的前侧上的多个叶片相对应。这提供了如下特别的益处：通过起伏的形状能够加固轮毂主体的主表面并且同时关于发生的应力能够是材料优化的构造。通过轮毂主体的起伏的背面能够消散通常发生在叶片以下的叶轮背面的局部发生的应力。叶轮起伏的背面的益处为在高负荷部位的局部材料应用。这使得关于可能的质量生效的应力消散，而无需增加重量。

而且，本发明基于如下的主要构思：使排气涡轮增压器装备有这种类型的叶轮，通过由于与之前完全加厚的叶轮相比仅低局部的材料应用而明显更轻的本发明的叶轮而实现了排气涡轮增压器的明显改进的反应性能。另外，由于所述叶轮的使用寿命的延长而不需要担心叶轮的裂痕和因此产生的压缩机外壳的破坏，所以也能够延长整个排气涡轮增压器的使用寿命。

根据本发明的第二替换实施例的有益的改进，起伏顶点沿径向向内和/或沿径向向外逐渐变小，并且过渡处以冲洗的方式进入到主表面中，使得没有起伏顶点出现在叶轮入口处和叶轮出口处。因此，起伏或者起伏顶点仅布置在由于发生负荷而实际需要的部位。以这种方式，能够实现负荷优化的叶轮并且同时实现了重量优化的叶轮。

方便的情况是，对于相对于起伏顶点的最大径向大小R_WB的叶轮的半径R_VR的比例，应用如下：

1.1<R_VR/R_WB<2.2

特别地，通过起伏顶点的布置的径向区分及其旋转地不对称并返回原始状态的特性，轮毂轮廓在叶轮入口的方向以及叶轮出口的方向上再次旋转地对称。以这种方式，能够避免热动力学的缺点。

本发明的进一步重要的特征和益处从从属权利要求、附图以及使用附图的相关附图描述显现。

不言而喻的是，在不脱离本发明的范围的情况下，上文中提及的特征以及那些留待在下文中说明的特征不仅用于各个具体的结合中，而且可用于其他结合中或单独使用。

附图说明

本发明优选的示例性实施例示出在附图中并且在接下来的描述中将更加详细地说明，相同的附图标记指代相同的或者相似的或者功能上等同的部件。

因此，在每种情况下图解地：

图1示出了根据本发明的第一实施例的叶轮的轮毂主体的视图，

图2示出了根据本发明的第一实施例的叶轮的侧视图，

图3示出了根据本发明的第二实施例的叶轮的侧视图，

图4示出了穿过根据本发明的第二实施例的变型的叶轮的剖视图，以及

图5示出了根据图4的叶轮的侧视图。

具体实施方式

根据图1至图5，根据本发明的用于排气涡轮增压器2的叶轮1具有轮毂主体3和布置在所述轮毂主体3上的叶片4。图1仅示出了轮毂主体3，而没有示出相关的叶片4。为了随后能够对根据本发明的叶轮1关于发生在各个叶片4与轮毂主体3之间的过渡处7的区域中的应力进行优化，提供了两个替换的轮毂主体3的实施例，第一个替换例示出在图1和图2中，而第二个替换例示出在图3至图5中。

根据图1和图2，轮毂主体3在本文中根据本发明被构造为具有相对于彼此倾斜、数量与叶片4的数量相对应的多个部分5的多边形。在本文中，各个部分5(同样参见图2)优选地具有至少在径向外侧的直横截面的主表面6，部分5根据需要能够相对于轮毂主体3或者各个叶片4并且相对于彼此以不同的程度倾斜。在本文中，过渡处7优选从部分5倒圆角到相关的叶片4中，倒圆角的部分或者倒圆角的过渡处7由材料附加部8形成，也就是说，施加至各个部分5的主表面6的附加材料。

相比于现有技术中已知的、并且已经被专门构造为圆形旋转主体的轮毂主体，根据本发明的轮毂主体3以及因此的根据本发明的叶轮1提供了如下重要的益处：所述叶轮1专门局部地在排气涡轮增压器2运转期间应力最高的区域中得到加强。而且，部分5的主表面6以及相关的叶片4中的无缺口的过渡处能够通过倒圆角的部分实现，其结果是能够避免应力峰值。

如果考虑图3中的根据本发明第二替换实施例的叶轮1，能够看出轮毂主体3在本文中具有面向叶片并且在圆周方向上起伏的主表面6，多个各个起伏部10对应于多个叶片4。另外，在这种情况下，主表面6或者轮毂主体3的背面也是起伏的构造，背面9的起伏部10与主表面6平行延伸。不言而喻，背面9在本文中也能够构造为不具有这种类型的起伏，也就是说，能够是笔直的构造，在本文中对于根据图1和图2的叶轮1的轮毂主体3的背面9也能够是笔直的构造或者构造为具有起伏10。在本文中，从主表面6进入到相关的叶片4中的过渡处7优选地布置在起伏顶点11的区域中或者至少稍微紧邻起伏顶点11的区域中。能够设置，而且，通过如根据图3示出的中断线，起伏的主表面6与相关的叶片4之间的过渡处7被倒圆角，这种类型的被倒圆角的过渡处7通过施加至起伏斜坡12的切线而合并到主表面6中。以相似的方式，也能够实现进入到相关的叶片4中的相切的过渡处。

在示出的并且替换的但尽管如此等同于应力和重量的优化的实施例中，在本文中共同的特征为它们能够吸收，特别是，发生在以通过轮毂主体3的具体的构造或尺寸变化的改进方式从轮毂主体3的主表面6进入到相关的叶片4中的过渡处7的区域中的高应力，这在之前还不存在，并且其结果是确保了更长的使用寿命。相比于完全加厚的轮毂主体，也就是说所有部位都加厚的轮毂主体，不言而喻的是，根据本发明的这种类型的仅仅局部被加强的轮毂主体3是明显更轻的，结果，减小了大量的惯性矩，其结果是装备有所述叶轮1的排气涡轮增压器2呈现出改进的反应性能。

以常规的方式，在本文中的情况是，按照图3至图5的全部实施例具有共同的事实是，起伏顶点11在每种情况下布置在两个叶片4之间。

考虑到按照图4的叶轮1，能够看出起伏顶点11在径向向内和/或在径向向外的方向上逐渐变小并且过渡处进入到主表面6中，使得没有起伏顶点11出现在叶轮入口13处和叶轮出口14处。在本文中，在图4中，通过实线示出了根据现有技术的叶轮的原始轮廓，然而根据本发明的叶轮1的轮廓通过虚线示出在起伏顶点11的区域中。在按照图4和图5的叶轮1的情况下，轮毂主体3具有平面状的背面9。

在本文中，起伏顶点11的径向位置可以关于叶轮尺寸(叶轮半径)从“叶轮半径/起伏顶点位置”的商形成。在本文中，已经发现起伏顶点11与叶轮1的半径R_VR的比例位于1.1与2.2之间。对于叶轮1的半径R_VR与起伏顶点11的最大半径大小R_WB的比例，因此应用如下：

1.1<R_VR/R_WB<2.2。

起伏顶点11的加厚，特别是附加材料部8因此仅出现在两个相邻的叶片4之间的中间区域中。依靠最高负荷区域而改变轮廓的外观。然而，全部轮廓具有如下共同的事实：它们旋转地不对称并且返回到原始状态，轮毂轮廓在叶轮入口13的方向以及叶轮出口14的方向上再次旋转地对称。以这种方式，能够避免热动力学的缺点。