压缩机叶轮

技术领域

本发明涉及一种压缩机叶轮，尤其是用于排气涡轮增压器的压缩机的压缩机叶轮。

背景技术

从普遍的现有技术已知了呈排气涡轮增压器形式的增压设备，在这些增压设备中涡轮机叶轮驱动压缩机的压缩机叶轮。涡轮机叶轮和压缩机叶轮布置在共用的转子上，该转子在轴承壳体中可旋转地被引导。涡轮机叶轮被排气流驱动。压缩机布置在燃烧发动机的进气段中。

现今，通常对压缩机叶轮进行铣削。为此，例如使用五轴式的加工站，这些加工站可以实现对压缩机叶轮上的较复杂的结构进行铣削加工。

已知的经铣削的压缩机叶轮具有轴对称的轮毂。在轮毂与叶片之间的过渡部处在此使用可变的修圆部，该修圆部可以提高压缩机叶轮的耐久性或使用寿命。然而可变的修圆部在制造技术上是非常高耗费的，这是因为修圆部的制造耗费很多时间，这体现在额外的铣削路径上。在向叶片的过渡部处的这样的修圆部通常还被称为叶片连接半径。

从DE 10 2012 106 810 A1已知一种用于呈排气涡轮增压器形式的流体能量机器的叶轮，该叶轮具有轮毂和与可被流过排气涡轮增压器的介质绕流的多个叶片，其中在各两个彼此并排定位的叶片之间形成叶片通道，该叶片通道具有在叶轮的轴向方向上延伸的叶片通道长度，其中各个叶片经由至少一个具有第一曲率的第一过渡区域和至少一个具有第二曲率的第二过渡区域与轮毂相连，其中叶片通道的叶片通道底部在第一过渡区域与第二过渡区域之间至少局部可变地形成，并且其中叶片通道底部被设计成至少部分地与大体上平坦地形成的面相适配，其中该面形成为相对于轮毂切向面倾斜并且与轮毂切向面围成某一角度，其中该面与该轮毂切向面之间的交线决定了该面在轮毂的周向方向上延伸的总长度。

从DE 10 2011 079 254 A1已知一种用于排气涡轮增压器的压缩机叶轮，该压缩机叶轮具有：带有居中地布置在其中的轮毂孔的轮毂；在径向方向上向外连接至轮毂的翼片，该翼片形成叶轮背部；以及布置在翼片和轮毂上的压缩机叶片。在轮毂的区域中和/或在叶轮背部的区域中和/或在压缩机叶片到轮毂和翼片的过渡区域中给压缩机叶轮的材料带来固有应力。

发明内容

现在，从现有技术出发，本申请提出如下目的，即，提供一种压缩机叶轮、尤其是用于排气涡轮增压器的压缩机的压缩机叶轮，由此能够进一步提高压缩机叶轮的使用寿命。

该目的通过独立权利要求1的特征实现。本发明的其他有利设计方案相应地是从属权利要求的主题。它们可以通过技术上有意义的方式相互组合。尤其与附图相关的说明附加地表征并具体说明了本发明。

根据本发明给出一种压缩机叶轮，尤其是用于涡轮增压器的压缩机的压缩机叶轮，所述压缩机叶轮具有轮毂和在所述轮毂上的多个叶片，其中在所述多个叶片的间隙中各自在吸入侧与压力侧之间形成通道，所述通道将在旋转轴线的轴向上流入的流体径向地或径向-轴向地向外引导，其中所述轮毂关于所述旋转轴线被构造成使其具有旋转对称的部分和非旋转对称的部分，其中在所述非旋转对称的部分上在所述轮毂与所述叶片中的每个叶片之间的过渡部实施有半径连接并且在所述吸入侧具有厚度变化的区域，其中在所述轮毂上在所述吸入侧与所述压力侧之间的至少一个通道中形成有由直纹束形成的区域。

因此，与迄今为止的在旋转对称的轮毂中半径可变的叶片连接相比，现在使用非旋转对称的轮毂，其中叶片连接实施有优选恒定的半径。代替使用可变的修圆部，现在使用具有两个区域的轮廓化的轮毂。除了关于旋转轴线旋转对称的部分之外，还使用非旋转对称的部分作为向压缩机叶轮的叶片的现在恒定的修圆部的切向过渡部。在非旋转对称的部分中，经由吸入侧的厚度发生变化的区域来对应地升高或降低轮毂，从而使得可以借助于靠近吸入侧升高或降低来实现几乎正交的表面。在形成由直纹束形成的区域时，减小了由于厚度更大的区域的升高而可能在压缩机叶轮的材料中产生的应力。在制造压缩机叶轮时所执行的铣削步骤产生带有隆起部和凹陷部的对应铣削线，这些铣削线还位于轮毂的在吸入侧与压力侧之间的区域中并且在那里形成粗糙的表面。表面的升高与弄平总体上减小了在压缩机叶轮的材料中产生的应力，从而实现压缩机叶轮的提高的使用寿命。提高的使用寿命可以被用于能够以对应较长的使用寿命来进行应用。然而，在不损耗使用寿命的情况下还可以提高旋转速度或者由于改善的空气动力特性而产生提高的压力。同样可能可设想的是，使用更有利的材料，而不必担心影响使用寿命。

根据本发明的一个实施方式，所述由直纹束形成的区域至少部分地覆盖所述非旋转对称的部分。

根据本发明，不需要完全在轮毂上的吸入侧与压力侧之间形成由直纹束形成的区域。已经充分证实的是，至少对形成非旋转对称的部分的、厚度发生变化的区域进行对应加工，例如侧铣或磨削。

根据本发明的另一个实施方式，所述由直纹束形成的区域减小了铣削加工的隆起部。

以此方式可以通过点铣来消除作为残余的隆起部。它们还在轮毂上的吸入侧与压力侧之间存在于在被流体流过时压力负载较高的区域中，从而使得它们由于形成由直纹束形成的区域而被减小或被完全除去。

根据本发明的另一个实施方式，所述轮毂上的由直纹束形成的区域的径向长度为介于所述叶片沿其根部的长度的5％与70％之间。

由直纹束形成的区域在径向上从外侧开始仅部分地遮盖叶片并且因此仅在轮毂的外边缘区域中形成。这可以借助常规的铣削工具或磨削设备来执行。

根据本发明的另一个实施方式，所述轮毂上的由直纹束形成的区域跨过相邻的叶片之间的所述通道的40％贯通宽度至100％贯通宽度。

在与之垂直的方向上也不需要通过侧铣进行完全加工。然而，在轮毂上的吸入侧与压力侧之间的通道的宽度上，应对从到非旋转对称的部分所在的吸入侧的过渡部开始的至少40％进行加工。

根据本发明的另一个实施方式，所述轮毂上的由直纹束形成的区域在向所述旋转对称的部分的过渡部中具有一半径。

从非旋转对称的部分到旋转对称的部分的过渡部应尽可能均匀且连续地实现，这尤其可以经由较大的半径来实现。

此外，给出一种车辆中的增压设备，其中增压设备具有压缩机，该压缩机带有如上所述的压缩机叶轮。

这样的增压设备可以被提供为VTG增压器。然而，根据本发明的压缩机叶轮还可以被称为电辅助的涡轮增压器(又被称为电动涡轮机)或者被用于电驱动的压缩机中。除了被用于增压设备中，根据本发明的压缩机叶轮还可以被用于燃料电池单元的送风装置中或者还可以被用于燃料电池单元的回收风扇中。

最后，给出一种用于制造压缩机叶轮、尤其是用于涡轮增压器的压缩机的压缩机叶轮的方法，所述压缩机叶轮具有轮毂和在所述轮毂上的多个叶片，其中在所述多个叶片的间隙中各自在吸入侧与压力侧之间形成通道，所述通道将在旋转轴线轴向上流入的流体径向地向外引导，其中所述轮毂关于所述旋转轴线被构造成使其具有旋转对称的部分和非旋转对称的部分，其中在所述非旋转对称的部分上在所述轮毂与所述叶片中的每个叶片之间的过渡部实施有恒定的半径连接，其中在所述轮毂上在所述吸入侧与所述压力侧之间生产由直纹束形成的区域。

根据本发明的方法的一个实施方式，接着对彼此并排的所述多个叶片的一个或多个另外的间隙进行加工，以便尤其通过侧铣或借助砂轮来创造一个或多个另外的由直纹束形成的区域。

根据本发明的方法的一个实施方式，通过所述侧铣减小或完全除去铣削加工的先前产生的隆起部。

附图说明

以下，结合附图来详述几个实施例。在附图中：

图1以截面图示示出用于燃烧发动机的增压设备，

图2以立体侧视图示出根据本发明的压缩机叶轮的实施方式，

图3A以细节视图示出来自图2的根据本发明的压缩机叶轮，

图3B以另一细节视图示出来自图2的根据本发明的压缩机叶轮，

图3C以另一细节视图示出来自图2的根据本发明的压缩机叶轮，以及

图4以立体侧视图示出来自图2的根据本发明的压缩机叶轮，

图5A以立体侧视图示出另一个根据本发明的压缩机叶轮，

图5B以立体侧视图示出来自图5A的压缩机叶轮的细节，

图6A以立体侧视图示出另一个根据本发明的压缩机叶轮，以及

图6B以立体侧视图示出来自图6A的压缩机叶轮的细节。

在附图中，相同的或功能上起同样作用的构件设有相同的附图标记。

具体实施方式

在下文中首先借助图1示意性地描述增压设备1，在该增压设备中可以优选使用根据本发明的压缩机叶轮的设计方案。在此，图1仅粗略简述地以截面视图示出增压设备1，以便可以展示单独构件的位置。这样的增压设备1自身是从现有技术已知的。

图1示出根据本发明的增压设备1的部分以截面展示的立体视图。增压设备1具有涡轮机壳体2和经由轴承壳体4与之相连的压缩机壳体3。涡轮机壳体2、压缩机壳体3以及轴承壳体4是沿轴线Z布置的。涡轮机壳体2是部分以截面示出的。在此，轴5将涡轮机叶轮10与压缩机叶轮6相连。在涡轮机侧借助于叶片轴承环7布置有可变涡轮机几何形状，该可变涡轮机几何形状具有在周向上分布的、具有对应旋转轴线的调节叶片8。由此形成喷嘴截面，这些喷嘴截面根据调节叶片8的位置而更大或更小并且给位于轴线Z上的中心的涡轮机叶轮10更多或更少地施加经由供应通道11供应且经由中央接管排出的发动机排气，以便经由涡轮机叶轮10来驱动压缩机叶轮6。为了控制调节叶片8的运动或位置，设有致动装置或执行器，该执行器例如可以被设计为电控制器或气动式控制箱。致动装置可以将位于叶片轴承环7后方的调节环9置于旋转运动。

不言而喻的是，增压设备1(如为了阐述而在图1中示意性地展示的)还包括另外的构件，以便可以在燃烧发动机中使用。这样的增压设备1还被称为VTG增压器。现在，在下文中对根据本发明的压缩机叶轮6的设计方案进行更详细的描述，该压缩机叶轮可以被用于增压设备1中。然而，根据本发明的压缩机叶轮6还可以被称为电辅助的涡轮增压器(又被称为电动涡轮机)或者被用于电驱动的压缩机中。除了被用于增压设备中，根据本发明的压缩机叶轮6还可以被用于燃料电池单元的送风装置中或者还可以被用于燃料电池单元的回收风扇中。

在图2中以立体侧视图展示了压缩机叶轮6。看出的是，压缩机叶轮6优选具有等距间隔开的片叶或叶片12，这些片叶或叶片布置在设有孔14的轮毂16上。

轮毂16具有旋转对称的部分和非旋转对称的部分。非旋转对称的部分在图2中借助于附图标记18标示。术语“旋转对称的”在此涉及在孔14的中心由轴确定的旋转轴线22。在此示例中，非旋转对称的部分18被升高。即，非旋转对称的部分是厚度发生变化的、在此更大的区域，因而与平坦的背侧20相比轮毂增厚。然而，非旋转对称的部分18还可以被降低，从而使其是厚度减小的区域。

轮毂16的旋转对称的部分18'和非旋转对称的部分18通过铣削过程形成。在此，典型地，旋转对称的部分18'以点接触的方式被铣削而非旋转对称的部分18以侧面被铣削。在根据本发明的压缩机叶轮6中，围绕非旋转对称的部分18的增厚部在叶片12的吸入侧被定向。

从压缩机叶轮的流入方向开始可见的或位于上方的侧面被称为叶片12的吸入侧，该吸入侧与叶片12的压力侧相反。在图2中，吸入侧设有附图标记24，压力侧设有附图标记26。

如图2中示出的是，在轮毂16上的吸入侧24与压力侧26之间的通道中形成有由直纹束形成的区域30，该由直纹束形成的区域朝向旋转轴线22通入过渡部32中并且处于具有厚度更大的区域的非旋转对称的部分18中。由直纹束形成的区域30在此被理解为自由形面或直纹面，其由于铣刀的直轴运动而产生为工件表面上的曲线。由于产生的曲线在此是直线，因此由于其运动而产生直纹面。直线在面上的离散的状态(例如根据特定的铣削位置或时间段)在下文中被称为直纹束。

如已经提及的，由直纹束形成的区域30通过以工具进行侧铣而形成。然而还可以在制造技术上以其他方式、例如经由砂轮来生产由直纹束形成的区域30。

基于几乎正交的表面，例如可以对由直纹束形成的区域30进行侧铣。借助于靠近吸入侧24的升高来减小在厚度更大或发生变化的区域中可能在压缩机叶轮6的材料中产生的应力。在制造压缩机叶轮6时所执行的铣削步骤产生带有隆起部和凹陷部的对应铣削线，这些铣削线在由直纹束形成的区域30中被减小或被完全除去。

不需要完全在轮毂16上的吸入侧24与压力侧26之间形成经侧铣的区域30。已经充分证实的是，至少对形成非旋转对称的部分18的、厚度更大的区域进行侧铣。

参照图3A示出的是，轮毂上的经侧铣的区域的径向长度34为介于叶片12的长度的5％与70％之间。径向长度34在此涉及主要叶片，该主要叶片在图2中是这两个不同叶片中的较大的叶片。经侧铣的区域30在径向上从外侧开始仅部分地遮盖叶片12并且因此仅在轮毂16的外边缘区域中形成。

参照图3B示出的是，轮毂16上的经侧铣的区域30跨过相邻的叶片12之间的通道的至少40％贯通宽度36或上至100％贯通宽度36'。在与径向方向垂直的方向上也不需要通过侧铣进行完全加工。然而，在轮毂16上的吸入侧24与压力侧26之间的通道的宽度上，应对从到非旋转对称的部分18所在的吸入侧24的过渡部开始的至少40％进行加工。

参照图3C示出的是，轮毂16上的由直纹束形成的区域30在向旋转对称的部分18'的过渡部32中具有尽可能大的半径。从非旋转对称的部分18到旋转对称的部分18'的过渡部32应尽可能均匀且连续地实现，这可以经由尤其较大的半径来实现。

如已经提及的，能够通过点铣来消除作为残余的隆起部，这还将参照图4进行更详细的阐述。由直纹束形成的区域30减小了铣削加工时的铣削峰的隆起部38或铣削谷的凹陷部40。它们还在轮毂16上的吸入侧24与压力侧26之间存在于在被流体流过时压力负载较高的区域中，从而使得它们由于通过用铣削工具42进行加工形成由直纹束形成的区域30而被减小。

在图5A中示出另一个根据本发明的压缩机叶轮6，并且图5B相应地以立体侧视图示出压缩机叶轮6的细节。看出的是，压缩机叶轮6具有与先前示例相比沿旋转轴线的方向进一步延伸的由直纹束形成的区域30。此外，在由直纹束形成的区域30到旋转对称的区域18'之间的过渡部32形成为半径。此外变得清楚的是，在此示例中，由直纹束形成的区域30的多个直纹束44(在图5B中被描绘为点划线)是面形布置的。在此构造中，仅轮毂16增厚，也就是说，非旋转对称的面高于最初的轮毂面。

在图6A中示出另一个根据本发明的压缩机叶轮6，并且图6B相应地以立体侧视图示出压缩机叶轮6的细节。在此，与最初的轮毂延伸尺寸相比，由直纹束44(这些直纹束在图6B中进而被描述为点划线)形成的区域30从外边缘开始保持明显更短并且朝向吸入侧24变厚且朝向压力侧26变薄。旋转对称的区域18略微偏离最初的延伸方向，其中过渡面在此不是被实施为半径，而是被实施为自由形面，该自由形面与旋转对称的区域18一起增大并且大部分位于最初的轮毂轮廓的下方。在与由直纹束形成的区域30的连接部处，吸入侧24与压力侧26之间的高差最明显。

在图5A和图6B中，在吸入侧24与压力侧26之间的所有通道均被形成有由直纹束形成的区域30。根据本发明提出的是，给压缩机叶轮6的单个通道和所有通道实施以由直纹束形成的区域30，其中这些由直纹束形成的区域还可以被设计成不同的。

在上文中以及在权利要求书中给出的以及可从附图中得到的特征不仅可以单独地、而且可以在各种组合中有利地实现。本发明不局限于所描述的实施例，而是可以在本领域技术人员的能力范围内以各种方式来改变。

附图标记清单：

1       增压设备；

2       涡轮机壳体；

3       压缩机壳体；

4       轴承壳体；

5       轴；

6       压缩机叶轮；

7       叶片轴承环；

8       调节叶片；

9       调节环；

10      涡轮机叶轮；

11      供应通道；

12      叶片；

14      孔；

16      轮毂；

18      非旋转对称的部分；

18'     旋转对称的部分；

20      背侧；

22      旋转轴线；

24      吸入侧；

26      压力侧；

30      由直纹束形成的区域；

32      过渡部；

34      长度；

36，36'  贯通宽度；

38      隆起部；

40      凹陷部；

42      铣削工具；

44      直纹束。