(57)【要約】  本発明は、排気ガスターボ過給機（１）のシャフト組立体（１Ａ）であって、シャフト（５）を有し、シャフト（５）の一方の端部に接続してロータを形成することができるタービンホイール（２）を有し、シャフト（５）の他方の端部に接続することができる圧縮機ホイール（１２）を有し、タービンホイール（２）に対面する圧縮機ホイール（１２）の側のシャフト（５）に配置することができるシールスリーブ（１４）を有し、雌ねじ（１７）によってシャフト（５）の自由端領域（１６）にねじ止めして圧縮機ホイール（１２）を固定することができるシャフトナット（１５）を有する、シャフト組立体（１Ａ）において、シャフトナット（１５）が、圧縮機ホイール（１２）に隣接する部分（１９）に、雌ねじ（１７）に隣接しかつ雌ねじ直径（Ｄ１）よりも大きな内径（Ｄ２）を有する旋削された凹部（１８）を有する、シャフト組立体（１Ａ）に関する。
2013515208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスターボ過給機（１）のシャフト組立体（１Ａ）であって、
−シャフト（５）を有し、
−前記シャフト（５）の一方の端部に接続してロータを形成することができるタービンホイール（２）を有し、
−前記シャフト（５）の他方の端部に接続することができる圧縮機ホイール（１２）を有し、
−前記タービンホイール（２）に対面する前記圧縮機ホイール（１２）の側の前記シャフト（５）に配置することができるシールスリーブ（１４）を有し、
−雌ねじ（１７）によって前記シャフト（５）の自由端領域（１６）にねじ止めして前記圧縮機ホイール（１２）を固定することができるシャフトナット（１５）を有する、シャフト組立体（１Ａ）において
−前記シャフトナット（１５）が、前記圧縮機ホイール（１２）に隣接する部分（１９）に、前記雌ねじ（１７）に隣接しかつ雌ねじ直径（Ｄ１）よりも大きな内径（Ｄ２）を有する旋削された凹部（１８）を有する、シャフト組立体（１Ａ）。
【請求項２】
前記旋削された凹部（１８）が、連続的に増大する直径を有する移行領域（２０）を介して前記雌ねじ（１７）に隣接する、請求項１に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【請求項３】
前記圧縮機ホイール（１２）に隣接する前記シャフトナット（１５）の前記部分（１９）が、接触面（２１）を有する領域（２４）を有し、前記領域（２４）の外径（Ｄ３）が隣接領域（２２、２３）の外径（Ｄ４、Ｄ５）よりも大きい、請求項１又は２に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【請求項４】
前記シールスリーブ（１４）が、２つの端部領域（２７、２８）を有する通路凹部（２６）を有するスリーブハウジング（２５）を有し、前記２つの端部領域（２７、２８）の内径（Ｄ６、Ｄ７）が、前記端部領域（２７、２８）の間に配置された中央領域（２９）の内径（Ｄ８）よりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【請求項５】
前記端部領域（２７、２８）の長さ（Ｌ１、Ｌ２）が等しい、請求項４に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【請求項６】
前記中央領域（２９）の長さ（Ｌ３）が前記端部領域（２７、２８）の長さ（Ｌ１、Ｌ２）よりも大きい、請求項５に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【請求項７】
各々の場合に、連続的に増大する直径を有する１つの移行領域（３０および３１）が前記端部領域（２７、２８）と前記中央領域（２９）との間に設けられる、請求項４〜６のいずれか１項に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【請求項８】
前記シャフト（５）が、前記自由端領域（１６）から前記タービンホイール（２）の方向に延びる前記圧縮機ホイール（１２）用の軸受領域（３２）を有し、前記軸受領域（３２）が２つのくびれた部分（３３、３４）を備え、前記２つのくびれた部分（３３、３４）の外径（Ａ１及びＡ２）が、前記くびれた部分（３３、３４）に隣接する支持領域（３５、３６）の外径（Ａ３及びＡ４）よりも小さい、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【請求項９】
前記圧縮機ホイール（１２）がアルミニウム合金で構成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【請求項１０】
ストッパディスク（３７）が前記シールスリーブ（１４）と前記シャフト（５）のシャフト領域（３８）との間に配置される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【請求項１１】
前記圧縮機ホイール（１２）のハブの開始部の平面（４１）が、ほぼブレード根元部の丸み（Ｒ）の距離だけブレード前縁平面（４０）から離れて位置する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の排気ガスターボ過給機のシャフト組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による前記タイプのシャフト組立体は、シャフト組立体に曲げ応力又は拘束力をもたらす静的な過剰決定性（ｓｔａｔｉｃ  ｏｖｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎａｃｙ）の問題を有する。次に、このことは、シャフト組立体の弾性の望ましくない低減を生じ、同様にこれにより不均衡をもたらす可能性がある。さらに、実際の車両運転では、排気ガスターボ過給機は高い加速度及び温度にさらされる。これにより圧縮機ホイールのねじ接続部に極端な力を発生させ、この結果、遡及的沈下が同様に生じることがある。
【０００３】
前記プロセスの結果として、ロータ又はシャフト組立体の不均衡が次に変化し、これにより、車両の望ましくないノイズの原因となることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、運転中に生じる不均衡及び関連の妨害ノイズの低減を可能にする請求項１の前文に記載の排気ガス後処理システムのシャフト組立体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的は、請求項１の特徴によって達成される。
【０００６】
シャフトナットが、旋削された凹部を有するので、シャフト組立体の膨張長さが増大され、このことは、単独で、冒頭に述べた目的の達成に著しく寄与する。
【０００７】
従属請求項は本発明の有利な改良形態に関する。
【０００８】
特に好ましい一実施形態では、シャフトナットは、外径の拡大によって圧縮機ホイールとの接触面の拡大を提供するハウジング領域を有し、この拡大した接触面により、接触圧力の低減及びより大きな予荷重力の実現が可能になる。
【０００９】
シールスリーブの通路凹部の旋削された凹部によって、シールスリーブがその重心を中心に僅かに傾斜すること、及び両側に均一に静止することが可能になる。このことは、ねじ接続部の可能な限り最大の接触面、したがって接触圧力の低減という利点をもたらす。センタリングの中央位置、あるいは旋削された凹部又は内径に関して拡大される内部領域の間の中央領域の結果、発生しえる不均衡に対するシールスリーブの影響は変化しないままである。
【００１０】
同様に、圧縮機ホイールは、軸方向に可能な限り短く設計することが好ましく、すなわち、ブレード前縁を越えて軸方向に突出する圧縮機ホイールの部分は可能な限り短く設計される。
【００１１】
特に、アルミニウム合金が圧縮機ホイールの材料用に使用される場合、アルミニウムの熱膨張係数（約２．３３）が鋼の熱膨張係数の２倍であることを考慮すべきである。このようにして、公知の圧縮機ホイールに対して圧縮機ホイールを短くすることによって、シャフト組立体の応力を低減することができる。
【００１２】
シャフト、又はシャフト及びタービンホイールから構成されたロータには、シャフトの優れた可撓性をもたらす２つのくびれた部分が設けられることが好ましい。シャフト組立体の構成要素の熱膨張を補償することもでき、これにより、可塑化、したがって不均衡の変動を回避すること可能にする。
【００１３】
それにもかかわらず、最小の孔フレアを有する点において、支持領域の範囲まで圧縮機ホイールを、依然として、可能な限り最良の方法でセンタリングすることができる。
【００１４】
本発明のさらなる詳細、利点及び特徴は、添付図面に基づく例示的な実施形態の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による排気ガスターボ過給機の断面斜視図である。
【図２】本発明によるシャフト組立体の側面図である。
【図３Ａ】本発明によるシャフト組立体のシャフトナットの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａによるシャフトナットの断面図である。
【図４】本発明によるシャフト組立体の圧縮機ホイールの側面図である。
【図５】本発明によるシャフト組立体のシールスリーブの断面図である。
【図６】本発明によるシャフト組立体のロータの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１の断面斜視図は、タービンハウジング３９と、軸受ハウジング４と、スパイラル圧縮機１３を有する圧縮機ハウジング１０とを有する排気ガスターボ過給機１を示している。
【００１７】
軸受ハウジング４の内部にシャフト５が配置され、このシャフト５のタービン側端部にタービンホイール２が締結され、またタービン側端部の反対側端部に圧縮機ハウジング１０のハウジング内部空間１１の圧縮機ホイール１２が締結される。タービンホイール２及びこれに締結された圧縮機ホイール１２と共に排気ガスターボ過給機のロータを形成するシャフト５は、軸受ハウジング４内に形成された２つのオイル供給ライン８、９を介して潤滑油が供給される２つの浮動スリーブ軸受６、７によって軸受ハウジング４に支持される。
【００１８】
図２は、排気ガスターボ過給機１の本発明によるシャフト組立体１Ａの側面図を示しており、タービンホイール２はシャフト５のタービン側端部に締結され、圧縮機ホイール１２はシャフト５の他方の端部に締結されている。この場合、圧縮機ホイール１２を締結するために、ストッパディスク３７、シールスリーブ１４及び圧縮機ホイール１２が、シャフト５の自由端領域１６よりも大きな直径を有するシャフト５の領域３８までシャフト５の自由端領域１６に押し付けられるか又は取り付けられる。圧縮機ホイール１２、シールスリーブ１４及びストッパディスク３７は、シャフトナット１５によってロータに固定される。この場合、くびれた部分３３、３４及び支持領域３５、３６（図５参照）もシャフト５の端部領域１６に設けられる。
【００１９】
図３Ａの斜視図から理解できるように、シャフトナット１５は第１のハウジング領域２４に、圧縮機ホイール１２に対面する端部側接触面２１を有する。大きな接触面２１のため、低減された接触圧力又はより大きな予荷重力がシャフトナットと圧縮機ホイール１２との間に得られる。図３Ｂの断面図から理解できるように、シャフトナット１５は、直径Ｄ３を有する第１の領域２４と、直径Ｄ４を有する第２の領域２２とに分割される部分１９を有する。領域２２には、直径Ｄ５を有する第３の領域２３が隣接している。この場合、直径Ｄ３は直径Ｄ４よりも大きく、次に、この直径Ｄ４は直径Ｄ５よりも大きい。圧縮機ホイール１２に隣接する部分１９において、シャフトナット１５は、雌ねじ１７に隣接しかつ雌ねじ直径Ｄ１よりも大きい内径Ｄ２を有する旋削された凹部１８を有し、この内径Ｄ２は、第１の領域２４で部分的に第２の領域２２内まで延びる。対照的に、雌ねじ１７は、第３の領域２３で部分的に第２の領域２２内まで延びる。シャフトナット１５の旋削された凹部１８により、雄ねじ５内への雌ねじ１７の係合長さの短縮、したがってシャフトナット１５の膨張長さの増大がもたらされる。
【００２０】
図４の斜視図は、圧縮機ホイール１２を示しており、その構造長さは、従来の圧縮機ホイールに対してハブを短くすることによって形成される。この場合、ハブの開始部の平面は、ほぼブレード根元部の丸みの距離のみだけブレード前縁の平面を越えて軸方向に突出する。圧縮機ホイール１２の短い構造長さは、加熱の際に構成要素のより小さな長さの膨張をもたらす。シャフト組立体の応力をさらに低減するために、本発明によるシャフト組立体の圧縮機ホイール１２は、アルミニウム合金が鋼の熱膨張係数の２倍の熱膨張係数を有するため、アルミニウム合金から製造されることが好ましい。
【００２１】
図５のシールスリーブ１４の断面図から詳細に理解できるように、シールスリーブ１４は、通路凹部２６を有するスリーブハウジング２５を有する。通路凹部２６は２つの端部領域２７、２８を有し、それらの内径Ｄ６、Ｄ７は、端部領域２７と２８との間に配置される通路凹部２６の中央領域２９の内径Ｄ８よりも大きい。この場合、シールスリーブ１４の中央領域２９の長さＬ３は、端部領域２７、２８の長さＬ１、Ｌ２よりも大きいことが好ましいが、長さＬ１、Ｌ２は同一であることが好ましい。同様に図５から理解できるように、各々の場合に、直径が連続的に増大する１つの移行領域３０及び３１が端部領域２７及び２８と中央領域２９との間に設けられる。旋削された凹部によって中央領域２９に対して拡大される内径Ｄ６とＤ７のため、シールスリーブ１４は、シャフト５におけるその重心を中心に傾斜し、これによって、均一にかつ曲げ応力なしに両側に静止することができる。
【００２２】
図６の側面図は、本発明によるシャフト組立体１Ａのロータを示している。図６から理解できるように、シャフト５は、この場合、タービンホイール２の方向から見たときに、連続的に一定の直径を有するシャフト領域３８を有し、このシャフト領域３８には、圧縮機ホイール１２用の軸受領域３２が隣接する。軸受領域３２は、外径Ａ１及びＡ２をそれぞれ有する２つのくびれた部分３３及び３４を有し、また外径Ａ３及びＡ４をそれぞれ有する２つの支持領域３５及び３６を有し、この支持領域３５及び３６は、くびれた部分３３、３４に隣接するか又は隣接して配置される。この場合、圧縮機ホイール１２は支持領域３５及び３６でセンタリングされ、一方、くびれた部分３３及び３４はシャフト５の弾性及び熱膨張又は可撓性を著しく向上させ、この結果、シャフト組立体の構成要素の熱膨張がより良く補償される。
【００２３】
本開示を補足するために、本発明の上述の開示に加えて、この場合、図１〜図６の本発明の概略図が明示的に参照される。
【符号の説明】
【００２４】
１  排気ガスターボ過給機
１Ａ  シャフト組立体
２  タービンホイール
３  圧縮機
４  軸受ハウジング
５  シャフト
６、７  浮動スリーブ軸受
８、９  オイル供給ライン
１０  圧縮機ハウジング
１１  ハウジング内部空間
１２  圧縮機ホイール
１３  スパイラル圧縮機
１４  シールスリーブ
１５  シャフトナット
１６  シャフトの自由端領域
１７  雌ねじ
１８  旋削された凹部
１９  部分
２０  移行領域
２１  接触面
２２、２３、２４  領域
２５  スリーブハウジング
２６  通路凹部
２７、２８  通路凹部の端部領域
２９  中央領域
３０、３１  移行領域
３２  軸受領域
３３、３４  くびれた部分
３５、３６  支持領域
３７  ストッパディスク
３８  シャフト領域
３９  タービンハウジング
４０  ハブの開始部の平面
４１  ブレード前縁平面
Ｒ  ブレード根元部の丸み
【図１】
2013515208.tif 000003
【図２】
2013515208.tif 000004
【図３Ａ】
2013515208.tif 000005
【図３Ｂ】
2013515208.tif 000006
【図４】
2013515208.tif 000007
【図５】
2013515208.tif 000008
【図６】
2013515208.tif 000009
【国際調査報告】
2013515208.tif 000010
2013515208.tif 000011
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