DE102011085105A1

DE102011085105A1 - Rotor shaft of a turbomachine, includes two shaft sections, where first shaft section comprises hollow plug receptacle, and second shaft section comprises plug-in projection for intervening the plug receptacle of the first shaft section

Info

Publication number: DE102011085105A1
Application number: DE102011085105A
Authority: DE
Inventors: Mario Metz; Lutz Völker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-04-25

Abstract

The rotor shaft of a turbomachine comprises two shaft sections, where: a first shaft section (2) comprises a hollow plug receptacle (4); a second shaft section (3) comprises a plug-in projection (5) for intervening the plug receptacle of the first shaft section; and the first and second shaft sections comprise a radial first contact area (6) and an axial second contact area. The first contact areas are positively fit together with the intervention of the plug-in projection into the plug receptacle. The second shaft section is electron beam-welded together at the first contact areas. The rotor shaft of a turbomachine comprises two shaft sections, where: a first shaft section (2) comprises a hollow plug receptacle (4); a second shaft section (3) comprises a plug-in projection (5) for intervening the plug receptacle of the first shaft section; and the first and second shaft sections comprise a radial first contact area (6) and an axial second contact area. The first contact areas are positively fit together with the intervention of the plug-in projection into the plug receptacle. The second shaft section is electron beam-welded together at the first contact areas. A melting zone of the electron beam welding is placed nearer to an axis end of the first contact areas and extends into a material of the first shaft section. The second contact areas of the shaft section are positively fit together with the intervention of the plug-in projection into the plug receptacle. The melting zone in the material of the first shaft section occupies 20% of the radial extension of the melting zone. The plug receptacle and the plug-in projection are circumferentially radially symmetrical provided on each shaft section. The first and second contact areas of the respective shaft section are vertically arranged to each other. The second shaft section comprises a section of a fit, by which the second shaft sections are positively centered to one another. The fit section of the first shaft section is partially formed by the plug receptacle, and the fit section of the second shaft section is partially formed by the plug-in projection. An independent claim is included for a method for connecting a first shaft section with a second shaft section for the formation of a rotor shaft of a turbomachine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle eines Läufers einer Turbomaschine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Wellenabschnitts mit einem zweiten Wellenabschnitt zur Bildung einer Welle eines Läufers einer Turbomaschine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 8. The invention relates to a shaft of a rotor of a turbomachine. The invention further relates to a method for connecting a first shaft section to a second shaft section to form a shaft of a rotor of a turbomachine.

In verschiedensten Bereichen finden Turbomaschinen Verwendung, zum Beispiel als Turbinen oder Verdichter für Gase. Ein zentrales Bauteil einer Turbomaschine stellt dabei die Welle eines Läufers der Turbomaschine dar. Die Welle des Läufers kann dabei monolithisch aus einem Werkstück hergestellt sein. Dies stellt jedoch, insbesondere bei sehr großen Turbomaschinen, eine sehr kostenintensive Bauvariante von hohem Gewicht dar. Es ist bekannt, die Welle aus verschiedenen, zumindest zwei, Wellenabschnitten aufzubauen, welche miteinander verbunden werden. Insbesondere ist es bekannt, die einzelnen Wellenabschnitte stoffschlüssig miteinander zu verbinden, insbesondere miteinander zu verschweißen. Dabei werden die Wellenabschnitte der Welle des Läufers einer Turbomaschine oftmals mit einem Lichtbogenschweißverfahren stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei das Lichtbogenschweißverfahren vorzugsweise als ein Engspaltschweißverfahren ausgeführt wird. Turbomachinery is used in a wide range of applications, for example as turbines or compressors for gases. A central component of a turbomachine in this case represents the shaft of a rotor of the turbomachine. The shaft of the rotor can be produced monolithically from a workpiece. However, this represents a very cost-intensive construction variant of high weight, in particular in the case of very large turbomachines. It is known to construct the shaft from different, at least two, shaft sections which are connected to one another. In particular, it is known to join the individual shaft sections in a material-locking manner, in particular to weld them together. In this case, the shaft sections of the shaft of the rotor of a turbomachine are often materially connected to one another by an arc welding method, wherein the arc welding method is preferably carried out as a narrow gap welding method.

Als problematisch hat sich bei bekannten Schweißverfahren herausgestellt, dass die Schweißnaht an der äußeren Oberfläche der entstandenen Welle aufwändig nachbearbeitet werden muss, um eine möglichst rotationssymmetrische und unwuchtarme Welle zu erhalten. Dies ist notwendig, um durch Anschmelzungen entstandene Bereiche, in denen die Rotationssymmetrie der Massenverteilung der Welle nicht mehr vorhanden ist, zu entfernen und so die Rotationssymmetrie der Massenverteilung der Welle für eine Reduktion der Unwucht wieder herzustellen beziehungsweise zu vergrößern. Die Welle weist nach der Bearbeitung keine oder nur eine geringe Unwucht auf. Eine hohe Laufruhe der Welle kann so sichergestellt werden. As problematic has been found in known welding process that the weld on the outer surface of the resulting wave must be reworked consuming to obtain the most rotationally symmetric and unbalanced wave. This is necessary in order to remove areas created by melting, in which the rotational symmetry of the mass distribution of the shaft is no longer present, and thus to restore or increase the rotational symmetry of the mass distribution of the shaft for a reduction of the imbalance. The shaft has no or only a slight imbalance after machining. A high level of smoothness of the shaft can be ensured.

Mit dem Elektronenstrahlschweißverfahren ist ein Schweißverfahren bekannt, das eine endkonturnahe Endbearbeitung der Wellenabschnitte erlaubt. Der Aufwand für die Bearbeitung der Wellenabschnitte nach dem Verschweißen ist dadurch deutlich vermindert. Jedoch kann bei einem Elektronenstrahlschweißverfahren das Verhalten der Schweißnaht im Strahlaustrittsbereich des Elektronenstrahls im Inneren der Welle nicht exakt gesteuert werden. Damit können am Strahlaustrittsbereich nicht gewollte Verschiebungen der Massenverteilungen und damit verbundene Anschmelzungen auftreten. Dadurch kann im Inneren der Welle wiederum eine Unwucht entstehen, die die Laufruhe der Welle beeinträchtigt. Daher ist es üblich, Verschweißungen von Wellenabschnitten mit dem Elektronenstrahlschweißverfahren als eine Einschweißung auszuführen. Insbesondere am Ende der Einschweißung innerhalb der Welle können dabei jedoch Schweißfehler wie zum Beispiel Poren auftreten. Diese Schweißfehler können sich dann im Betrieb der Welle entlang von Spannungslinien ausbreiten und so die Betriebsfestigkeit der Welle negativ beeinflussen. With the electron beam welding method, a welding method is known, which allows a near-net shape finish of the shaft sections. The cost of machining the shaft sections after welding is significantly reduced. However, in an electron beam welding process, the behavior of the weld in the beam exit region of the electron beam inside the shaft can not be controlled accurately. Thus unwanted displacements of the mass distributions and associated smudges can occur at the jet exit area. As a result, an imbalance can again arise inside the shaft, which impairs the smoothness of the shaft. Therefore, it is common to perform welding of shaft portions by the electron beam welding method as a weld. In particular, at the end of the weld within the shaft but welding defects such as pores can occur. These weld faults can then spread along stress lines during operation of the shaft and thus adversely affect the operational stability of the shaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Welle eines Läufers einer Turbomaschine beziehungsweise das Verbinden von Wellenabschnitten einer Welle eines Läufers einer Turbomaschine zu verbessern und zu vereinfachen. Insbesondere soll die Welle beziehungsweise das Verbinden der Wellenabschnitte derart ausgestaltet sein, dass ein Nachbearbeiten der äußeren Oberfläche an der Verbindungsstelle der beiden Wellenabschnitte möglichst gering ausfällt und dass die Verbindungsnaht zwischen den Wellenabschnitten über ihre gesamte Länge definiert ist. Vor allem soll eine aus zwei Wellenabschnitten gebildete Welle und ein Verfahren zum Verbinden von Wellenabschnitten zur Bildung einer Welle geschaffen werden, welche auf einfache und kostengünstige Weise ermöglichen, dass die fertig gestellte Welle eine hohe Betriebsfestigkeit aufweist. The invention is based on the object to improve and simplify a shaft of a rotor of a turbomachine or the connection of shaft sections of a shaft of a rotor of a turbomachine. In particular, the shaft or the connection of the shaft sections should be configured such that reworking of the outer surface at the connection point of the two shaft sections is as small as possible and that the connecting seam between the shaft sections is defined over its entire length. Above all, a shaft formed from two shaft sections and a method for connecting shaft sections to form a shaft should be created, which allow a simple and cost-effective manner that the finished shaft has a high durability.

Vorausstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Welle eines Läufers einer Turbomaschine mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Wellenabschnitts mit einem zweiten Wellenabschnitt zur Bildung einer Welle eines Läufers einer Turbomaschine mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 8 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Welle eines Läufers einer Turbomaschine beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden eines ersten Wellenabschnitts mit einem zweiten Wellenabschnitt zur Bildung einer Welle eines Läufers einer Turbomaschine, und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig genommen wird oder werden kann. The above object is achieved by a shaft of a rotor of a turbomachine with the features of independent claim 1 and by a method for connecting a first shaft portion with a second shaft portion to form a shaft of a rotor of a turbomachine with the features of independent claim 8. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the inventive shaft of a rotor of a turbomachine, of course, also in connection with the inventive method for connecting a first shaft portion with a second shaft portion to form a shaft of a rotor of a turbomachine, and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention is always taken alternately or can be.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Welle eines Läufers einer Turbomaschine, wobei die Welle zwei Wellenabschnitte aufweist, wobei ein erster, insbesondere hohler, Wellenabschnitt eine Steckaufnahme und ein zweiter Wellenabschnitt einen Steckvorsprung zum Eingriff in die Steckaufnahme des ersten Wellenabschnitts aufweisen, wobei der erste und der zweite Wellenabschnitt jeweils eine radiale oder im Wesentlichen radiale erste Kontaktfläche und jeweils eine axiale oder im Wesentlichen axiale zweite Kontaktfläche aufweisen und wobei beim Eingriff des Steckvorsprungs in die Steckaufnahme zumindest die ersten Kontaktflächen formschlüssig aneinander liegen, gelöst. Insbesondere sind bei der erfindungsgemäßen Welle die zwei Wellenabschnitte an den ersten Kontaktflächen miteinander elektronenstrahlverschweißt, wobei eine Aufschmelzungszone der Verschweißung über das achsennahen Ende der ersten Kontaktflächen hinausgeht und sich in das Material des ersten Wellenabschnitts erstreckt. According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a shaft of a rotor of a turbomachine, the shaft having two shaft sections, a first, in particular hollow, shaft section being a plug-in receptacle and a second shaft section being a plug-in projection for engaging in the plug-in receptacle of the first Having shaft portion, wherein the first and the second shaft portion each have a radial or substantially radial first contact surface and each have an axial or substantially axial second contact surface and wherein at least the first contact surfaces are positively against each other when engaging the male projection in the socket. In particular, in the inventive shaft, the two shaft sections are electron beam welded to each other at the first contact surfaces, with a fusion zone of the weld beyond the proximal end of the first contact surfaces and extending into the material of the first shaft section.

Bei der Fertigung der Welle werden die beiden Wellenabschnitte zueinander fixiert. Die Steckaufnahme des ersten Wellenabschnitts und der Steckvorsprung des zweiten Wellenabschnitts sind derart ausgebildet, dass sie ineinandergreifen, wobei zumindest ihre ersten Kontaktflächen formschlüssig aneinander liegen. Die ersten Kontaktflächen der Steckaufnahme und des Steckvorsprungs sind radial oder im Wesentlichen radial ausgerichtet, das heißt, sie erstrecken sich senkrecht zur Achse der resultierenden Welle oder in einem Winkel zur Achse der resultierenden Welle, der insbesondere größer als 45°, vorzugsweise größer als 70°, ist. Die zweiten Kontaktflächen der Steckaufnahme und des Steckvorsprungs sind axial oder im Wesentlichen axial ausgerichtet, das heißt, sie erstrecken sich parallel zur Achse der resultierenden Welle oder in einem Winkel zur Achse der resultierenden Welle, der insbesondere kleiner als 45° vorzugsweise kleiner als 20°, ist. Erfindungswesentlich ist hierbei jedoch, dass die jeweils ersten und die jeweils zweiten Kontaktflächen einen Winkel einschließen, vorzugsweise aufeinander senkrecht stehen. Besonders bevorzugt können eine senkrechte Ausrichtung der ersten Kontaktflächen und/oder eine parallele Ausrichtung der zweiten Kontaktflächen zur Achse der resultierenden Welle sein. When manufacturing the shaft, the two shaft sections are fixed to each other. The plug-in receptacle of the first shaft section and the plug-in projection of the second shaft section are designed such that they engage with each other, wherein at least their first contact surfaces are positively against one another. The first contact surfaces of the plug-in receptacle and the plug-in projection are aligned radially or substantially radially, that is, they extend perpendicular to the axis of the resulting shaft or at an angle to the axis of the resulting shaft, in particular greater than 45 °, preferably greater than 70 ° , is. The second contact surfaces of the plug-in receptacle and the plug-in projection are aligned axially or substantially axially, that is, they extend parallel to the axis of the resulting shaft or at an angle to the axis of the resulting shaft, in particular less than 45 °, preferably less than 20 °, is. However, it is essential to the invention that the respective first and the respective second contact surfaces enclose an angle, preferably perpendicular to one another. Particularly preferred may be a vertical alignment of the first contact surfaces and / or a parallel alignment of the second contact surfaces to the axis of the resulting shaft.

Durch den Einsatz eines Elektronenstrahlschweißverfahrens zum Verbinden der Wellenabschnitte ist die Verformung der Wellenabschnitte nach dem Verbinden reduziert und eine endkonturnahe Endbearbeitung der äußeren Oberflächen der Wellenabschnitte ist möglich. Für das Elektronenstrahlschweißverfahren werden die zu verschweißenden Oberflächen der beiden Wellenabschnitte aneinandergepresst und durch den Elektronenstrahl aufgeschmolzen, so dass sie sich miteinander verbinden. Die Aufschmelzung durch den Elektronenstrahl geschieht dabei sehr lokal, wodurch es möglich ist, die beiden Wellenabschnitte vor dem Verschweißen bereits einer endkonturnahen Bearbeitung zu unterziehen. Nach dem Verschweißen kann lediglich direkt an der Schweißnaht die Oberfläche der entstandenen Welle geglättet werden. Dies stellt eine deutliche Arbeitsersparnis im Vergleich zu einem konventionellen Lichtbogenschweißverfahren dar, bei dem, insbesondere durch das Einbringen des Schweißdrahtes als zusätzliches Material, große Masseungleichheiten auftreten können. Durch den deutlich höheren Wärmeeintrag bei einem konventionellen Lichtbogenschweißverfahren kann zusätzlich auch ein Bauteilverzug auftreten. By using an electron beam welding method for connecting the shaft portions, the deformation of the shaft portions after connection is reduced, and end-contour finishing of the outer surfaces of the shaft portions is possible. For the electron beam welding process, the surfaces to be welded of the two shaft sections are pressed against each other and melted by the electron beam, so that they connect with each other. The melting by the electron beam happens very locally, whereby it is possible to subject the two shaft sections before welding already a near net shape machining. After welding, the surface of the resulting wave can only be smoothed directly on the weld seam. This represents a significant labor savings compared to a conventional arc welding process, in which, in particular by the introduction of the welding wire as an additional material, large mass inequalities may occur. Due to the significantly higher heat input in a conventional arc welding process can also be a component distortion occur.

Am Ende der Aufschmelzungszone der Elektronenstrahlverschweißung, der sogenannten Wurzellage, können Schweißfehler auftreten. Insbesondere können dabei Poren im Material entstehen, die die Betriebsfestigkeit der Welle negativ beeinflussen können. Dies ist insbesondere am Verbindungsort der beiden Wellenabschnitte der Fall, da dort beim Betrieb große Kräfte übertragen werden und die Schweißfehler sich entlang von Spannungslinien im Material der beiden Wellenabschnitte ausbreiten können. Durch die spezielle Geometrie der beiden Wellenabschnitte, insbesondere der Steckaufnahme und des Steckvorsprungs und des Winkels zwischen den jeweils ersten und den jeweils zweiten Kontaktflächen, ist es möglich, dieses für die Betriebsfestigkeit kritische Ende der Aufschmelzungszone nicht zwischen den beiden Wellenabschnitten, sondern komplett im Material des ersten Wellenabschnitts zu realisieren. Dafür wird durch Erhöhung der Energie des Elektronenstrahls die Eindringtiefe der Elektronen des Elektronenstrahls vergrößert. Dadurch befindet sich das Ende der Aufschmelzungszone, und damit die dort entstandenen, oftmals nicht zu vermeidenden, Schweißfehler, in einem mechanisch nicht oder nur wenig belasteten und damit spannungsfreien oder zumindest spannungsarmen Bereich der Welle. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, dass bei einem zumindest bereichsweise hohlen ersten Wellenabschnitt die Spannungen im Bereich des Endes der Aufschmelzungszone in dem ersten Wellenabschnitt gegen Null gehen. Der erste Wellenabschnitt ist dabei insbesondere am stirnseitigen Ende des ersten Wellenabschnitt, welches dem zweiten Wellenabschnitt zugewandt ist, hohl ausgebildet. Eine Ausbreitung von Schweißfehlern entlang von Spannungslinien im Material kann auf diese Weise vermieden werden, wodurch wiederum die Betriebsfestigkeit der Welle deutlich erhöht wird. Welding defects can occur at the end of the melting zone of the electron beam welding, the so-called root pass. In particular, pores may form in the material, which may adversely affect the operational stability of the shaft. This is the case in particular at the connection location of the two shaft sections, since large forces are transmitted there during operation and the welding errors can propagate along stress lines in the material of the two shaft sections. Due to the special geometry of the two shaft sections, in particular the plug-in receptacle and the plug-in projection and the angle between the respective first and the second contact surfaces, it is possible that critical for endurance end of the reflow zone not between the two shaft sections, but completely in the material of realize first wave section. For this purpose, the penetration depth of the electron of the electron beam is increased by increasing the energy of the electron beam. As a result, there is the end of the melting zone, and thus the resulting, often unavoidable, weld defects in a mechanically not or only slightly loaded and thus stress-free or at least low-tension region of the shaft. It has proven to be particularly advantageous that in the case of an at least partially hollow first shaft section, the stresses in the region of the end of the melting zone in the first shaft section approach zero. The first shaft portion is hollow, in particular at the front end of the first shaft portion, which faces the second shaft portion. A propagation of welding defects along stress lines in the material can be avoided in this way, which in turn significantly increases the operational stability of the shaft.

Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung kann bei einer erfindungsgemäßen Welle ferner vorgesehen sein, dass die zweiten Kontaktflächen der Wellenabschnitte beim Eingriff des Steckvorsprungs in die Steckaufnahme formschlüssig oder im Wesentlichen formschlüssig aneinander liegen. Durch das zusätzliche formschlüssige Anliegen der zweiten Kontaktflächen aneinander sind die beiden Wellenabschnitte nach dem Einstecken des Steckvorsprungs in die Steckaufnahme positionssicher zueinander angeordnet. Ein Versatz der beiden Wellenabschnitte zueinander, und damit ein mögliches fehlerhaftes Verschweißen der beiden Wellenabschnitte, kann somit noch sicherer vermieden werden. Die Qualität einer so erzeugten Welle ist dadurch erhöht. According to a particularly preferred further development, it can further be provided in a shaft according to the invention that the second contact surfaces of the shaft sections are in a form-fitting or substantially positive engagement with one another when the plug projection engages in the plug-in receptacle. Due to the additional positive engagement of the second contact surfaces to each other, the two shaft sections are arranged positionally safe to each other after insertion of the plug-in projection into the plug-in receptacle. An offset of the two Shaft sections to each other, and thus a possible faulty welding of the two shaft sections, can thus be avoided even safer. The quality of a wave thus generated is thereby increased.

Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Welle vorgesehen sein, dass die Aufschmelzungszone im Material des ersten Wellenabschnitts mindestens 20% der radialen oder im Wesentlichen radialen Erstreckung der Aufschmelzungszone einnimmt. Durch die eingestellte Energie kann nur die mittlere Position des Endes der Aufschmelzungszone eingestellt werden. Um diesen Mittelwert schwankt jedoch die exakte Position des Endes der Aufschmelzungszone, zum Beispiel aufgrund einer Aufweitung des Elektronenstrahls im Material der Wellenabschnitte. Auch sind Schweißfehler, wie beispielsweise Poren, in einem Gebiet um die Position des Endes der Aufschmelzungszone möglich. Durch eine Aufschmelzungszone im Material des ersten Wellenabschnitts, die mindestens 20% der radialen oder im Wesentlichen radialen Erstreckung der gesamten Aufschmelzungszone einnimmt, kann sichergestellt werden, dass alle oder im Wesentlichen alle im Gebiet um die Position des Endes der Aufschmelzungszone entstandenen Schweißfehler im mechanisch nicht oder zumindest nur wenig belasteten Material des ersten Wellenabschnitts angeordnet sind. Dadurch werden wiederum die Betriebsfestigkeit und entsprechend die Qualität der Welle erhöht. Furthermore, in the case of a shaft according to the invention, it can be provided that the melting zone in the material of the first shaft section occupies at least 20% of the radial or essentially radial extent of the melting zone. Due to the set energy, only the middle position of the end of the melting zone can be set. However, by this mean value, the exact position of the end of the reflow zone varies, for example due to an expansion of the electron beam in the material of the shaft portions. Also, weld defects such as pores are possible in an area around the end of the reflow zone. By means of a melting zone in the material of the first shaft section, which occupies at least 20% of the radial or substantially radial extent of the entire reflow zone, it can be ensured that all or substantially all welding defects occurring in the area around the end of the melting zone are mechanically or not at least only slightly loaded material of the first shaft section are arranged. This in turn increases the operational stability and, correspondingly, the quality of the shaft.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Welle kann vorgesehen sein, dass die Steckaufnahme und der Steckvorsprung umlaufend, insbesondere radialsymmetrisch umlaufend, an dem jeweiligen Wellenabschnitt vorgesehen sind. Durch eine derartige umlaufende Ausgestaltung der Steckaufnahme und des Steckvorsprungs werden die beiden Wellenabschnitte nach dem Einstecken des Steckvorsprungs in die Steckaufnahme in zumindest zwei Raumrichtungen zueinander fixiert. Aufwendige externe Fixierungseinrichtungen können so vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden. Eine radialsymmetrische Ausgestaltung der Steckaufnahme und des Steckvorsprungs ist dabei besonders einfach und kostengünstig zu realisieren. In a particularly preferred further development of a shaft according to the invention, it can be provided that the plug-in receptacle and the plug-in projection are provided circumferentially, in particular radially symmetrically, on the respective shaft section. By such a circumferential configuration of the plug-in receptacle and the plug-in projection, the two shaft sections are fixed to one another after insertion of the plug projection into the plug receptacle in at least two spatial directions. Elaborate external fixing devices can be avoided or at least significantly reduced. A radially symmetrical configuration of the plug-in receptacle and the plug-in projection is particularly simple and inexpensive to implement.

Gemäß einer weiteren Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Welle kann vorgesehen sein, dass die jeweils erste und die jeweils zweite Kontaktfläche des jeweiligen Wellenabschnitts zueinander senkrecht angeordnet sind. Die Aufschmelzungszone der Elektronenstrahlverschweißung erstreckt sich entlang der ersten Kontaktflächen und in der Verlängerung der ersten Kontaktflächen. Durch die senkrechte Orientierung der zweiten Kontaktflächen in Bezug auf die ersten Kontaktflächen kann besonders gut sichergestellt werden, dass sich am Ende der ersten Kontaktflächen die Aufschmelzungszone nur in das Material des ersten Wellenabschnitts erstreckt. Ein Verschweißen der beiden Wellenabschnitte entlang der zweiten Kontaktflächen kann auf diese Weise vermieden werden. According to a further development of the shaft according to the invention, it can be provided that the respective first and the respectively second contact surface of the respective shaft section are arranged perpendicular to one another. The reflow zone of the electron beam weld extends along the first contact surfaces and in the extension of the first contact surfaces. Due to the perpendicular orientation of the second contact surfaces with respect to the first contact surfaces, it can be ensured particularly well that at the end of the first contact surfaces, the melting zone extends only into the material of the first shaft section. Welding of the two shaft sections along the second contact surfaces can be avoided in this way.

Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Welle vorgesehen sein, dass die zwei Wellenabschnitte jeweils einen Passungsabschnitt aufweisen, wobei die beiden Passungsabschnitte eine Passung ausbilden, durch die die zwei Wellenabschnitte beim Fixieren aneinander formschlüssig zueinander zentriert und dabei die vorgegebenen Passungstoleranzen eingehalten werden können. Durch das Vorsehen von zwei zu- und ineinander passenden und dadurch eine Passung ausbildenden Passungsabschnitten an den Wellenabschnitten ist das Fixieren zweier Wellenabschnitte vor dem Verschweißen deutlich erleichtert. Die beiden Wellenabschnitte müssen nicht aufwendig extern zueinander zentriert werden, sondern werden durch die Passungsabschnitte zueinander zentriert. Dies stellt eine besonders einfache und sichere Art der Fixierung und der Zentrierung dar. Durch die Passungsabschnitte kann sichergestellt werden, dass die beiden Achsen der Wellenabschnitte zueinander koaxial und auch zur Achse der resultierenden Welle koaxial sind. Dies gewährleistet eine hohe Laufruhe der resultierenden Welle. Furthermore, in the case of a shaft according to the invention, it can be provided that the two shaft sections each have a fitting section, wherein the two fitting sections form a fit, by means of which the two shaft sections are positively locked to one another during fixing and the predetermined fitting tolerances can be maintained. By providing two fitting and fitting into each other and thus a fit forming fitting sections on the shaft sections, the fixing of two shaft sections before welding is much easier. The two shaft sections do not need to be centered consuming externally to each other, but are centered by the fitting sections to each other. This represents a particularly simple and secure way of fixing and centering. By fitting sections can be ensured that the two axes of the shaft sections are coaxial to each other and coaxial with the axis of the resulting shaft. This ensures a smooth running of the resulting shaft.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Welle kann vorgesehen sein, dass der Passungsabschnitt des ersten Wellenabschnitts zumindest teilweise durch die Steckaufnahme und der Passungsabschnitt des zweiten Wellenabschnitts zumindest teilweise durch den Steckvorsprung gebildet sind. Die zumindest teilweise Ausbildung der Passungsabschnitte durch die Steckaufnahme und den Steckvorsprung stellt eine besonders kostengünstige Variante dar, da keine oder nur weniger zusätzliche Passungsabschnitte vorgesehen sein müssen. Der Aufwand bei der Fertigung der Wellenabschnitte kann dadurch ebenfalls vermindert werden. In a particularly preferred further development of a shaft according to the invention, provision can be made for the fitting section of the first shaft section to be formed at least partially by the plug-in receptacle and the fitting section of the second shaft section to be at least partially formed by the plug-in projection. The at least partial formation of the fitting sections through the plug-in receptacle and the plug-in projection represents a particularly cost-effective variant, since no or only a few additional fitting sections must be provided. The cost of manufacturing the shaft sections can also be reduced.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Wellenabschnitts mit einem zweiten Wellenabschnitt zur Bildung einer Welle eines Läufers einer Turbomaschine, wobei der erste Wellenabschnitt eine Steckaufnahme und der zweite Wellenabschnitt einen Steckvorsprung zum Eingriff in die Steckaufnahme des ersten Wellenabschnitts aufweist, wobei der erste und der zweite Wellenabschnitt jeweils eine radiale oder im Wesentlichen radiale erste Kontaktfläche und jeweils eine axiale oder im Wesentlichen axiale zweite Kontaktfläche aufweisen, gelöst. Das Verfahren ist dabei durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Einstecken des Steckvorsprungs in die Steckaufnahme,
b) Fixieren der zwei Wellenabschnitte derart aneinander, dass zumindest die ersten Kontaktflächen formschlüssig aneinander liegen,
c) Elektronenstrahlverschweißen der zwei Wellenabschnitte an den ersten Kontaktflächen derart, dass beim Elektronenstrahlverschweißen eine Aufschmelzungszone der Elektronenstrahlverschweißung gebildet wird, die über das achsennahen Ende der ersten Kontaktflächen hinausgeht und im Material des ersten Wellenabschnitts endet.

According to the second aspect of the invention, the object is achieved by a method for connecting a first shaft section to a second shaft section to form a shaft of a rotor of a turbomachine, wherein the first shaft section is a plug-in receptacle and the second shaft section has a plug projection for engagement in the plug-in receptacle of the first shaft section wherein the first and the second shaft portion each have a radial or substantially radial first contact surface and each having an axial or substantially axial second contact surface dissolved. The method is characterized by the following steps:

a) inserting the plug-in projection into the plug-in receptacle,
b) fixing the two shaft sections to one another such that at least the first contact surfaces lie in a form-fitting manner against each other,
c) Electron beam welding of the two shaft portions to the first contact surfaces such that in electron beam welding, a reflow zone of the electron beam fusion is formed, which extends beyond the near-axis end of the first contact surfaces and ends in the material of the first shaft portion.

Durch das Einstecken des Steckvorsprungs des zweiten Wellenabschnitts in die Steckaufnahme des ersten Wellenabschnitts werden die beiden Wellenabschnitte zueinander positioniert. Die relative Positionierung der beiden Wellenabschnitte wird dabei durch die Steckaufnahme und den Steckvorsprung vorgegeben. By inserting the plug-in projection of the second shaft section into the plug-in receptacle of the first shaft section, the two shaft sections are positioned relative to each other. The relative positioning of the two shaft sections is specified by the plug-in receptacle and the plug-in projection.

Durch das Fixieren der zwei Wellenabschnitte aneinander im zweiten Schritt des Verfahrens, wobei das Fixieren derart vorgenommen wird, dass zumindest die ersten Kontaktflächen formschlüssig aneinander liegen, kann sichergestellt werden, dass die beiden Wellenabschnitte ihre relative Position auch nicht mehr ändern. Dies ist von Vorteil, da ein Verrutschen der beiden Wellenabschnitte gegeneinander vor der Verschweißung derselben die Qualität der resultierenden Welle vermindern könnte. Durch den Formschluss zumindest der ersten Kontaktflächen der beiden Wellenabschnitte kann ferner sichergestellt werden, dass die bei der Planung und Konstruktion vorgesehene relative Positionierung der beiden Wellenabschnitte zueinander realisiert ist. By fixing the two shaft sections to each other in the second step of the method, wherein the fixing is performed such that at least the first contact surfaces are positively against each other, it can be ensured that the two shaft sections do not change their relative position. This is advantageous because slippage of the two shaft sections against each other before welding could reduce the quality of the resulting shaft. As a result of the positive connection of at least the first contact surfaces of the two shaft sections, it can further be ensured that the relative positioning of the two shaft sections in the planning and construction is realized relative to one another.

In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die beiden Wellenabschnitte an den ersten Kontaktflächen miteinander elektronenstrahlverschweißt. Die Wellenabschnitte an den ersten Kontaktflächen, welche formschlüssig aneinander liegen, werden dabei aufgeschmolzen. Die verwendete Elektronenstrahlschweißvorrichtung wird derart eingestellt, dass der Elektronenstrahl der Elektronenstrahlschweißvorrichtung entlang der ersten Kontaktflächen gerichtet ist. Zusätzlich wird die Energie des Elektronenstrahls derart gewählt, dass der Elektronenstrahl über das achsennahe Ende der ersten Kontaktflächen hinaus in das Material des ersten Wellenabschnitts eindringt und dieses ebenfalls lokal aufschmilzt. Die sich bildende Aufschmelzungszone geht somit über das achsennahe Ende der ersten Kontaktflächen hinaus. In a third step of the method according to the invention, the two shaft sections are electron beam welded together at the first contact surfaces. The shaft sections on the first contact surfaces, which lie positively against each other, are melted. The electron beam welding apparatus used is adjusted such that the electron beam of the electron beam welding apparatus is directed along the first contact surfaces. In addition, the energy of the electron beam is chosen such that the electron beam penetrates beyond the near-axis end of the first contact surfaces in the material of the first shaft portion and this also melts locally. The forming melting zone thus goes beyond the near-axis end of the first contact surfaces.

Die durch die Elektronenstrahlverschweißung gebildete stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenabschnitt, an dem beim Betrieb der Welle Kräfte zwischen den Wellenabschnitten übertragen werden und Spannungen auftreten können, befindet sich nur zwischen den ersten Kontaktflächen der beiden Wellenabschnitte. Am Ende der Aufschmelzungszone besteht die Gefahr, dass sich Schweißfehler, insbesondere Poren, bilden. Dieses Ende der Aufschmelzungszone befindet sich bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Welle vollständig oder zumindest im Wesentlichen vollständig im Material des ersten Wellenabschnitts und damit entfernt vom Ende der Aufschmelzungszone. Mögliche Schweißfehler, insbesondere Poren, befinden sich somit in einem mechanisch nicht oder nur wenig belasteten und damit spannungsfreien oder zumindest spannungsarmen Bereich der Welle. Eine Ausbreitung von Schweißfehlern entlang von Spannungslinien im Material kann auf diese Weise vermieden werden, wodurch wiederum die Betriebsfestigkeit der Welle deutlich erhöht wird. The cohesive connection between the first and the second shaft section formed by the electron beam welding, at which forces are transmitted between the shaft sections during operation of the shaft and stresses can occur, is located only between the first contact surfaces of the two shaft sections. At the end of the melting zone, there is the danger that welding defects, in particular pores, form. In the case of a shaft produced by the method according to the invention, this end of the melting zone is located completely or at least substantially completely in the material of the first shaft section and thus away from the end of the melting zone. Possible welding defects, in particular pores, are thus located in a region of the shaft which is mechanically or only slightly loaded and thus stress-free or at least low-tension. A propagation of welding defects along stress lines in the material can be avoided in this way, which in turn significantly increases the operational stability of the shaft.

Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass nach Abschluss des Elektronenstrahlverschweißens zumindest Teile der Außenmantelflächen der zwei Wellenabschnitte der Welle durch ein Werkzeug spanend bearbeitet werden. Durch diese spanende Endbearbeitung kann sichergestellt werden, dass die Außenmantelflächen der Wellenabschnitte der Welle keine ungewollten Massenverteilungen, insbesondere durch Anschmelzungen entstandene ungewollte Massenverteilungen, aufweisen. Eine Unwucht der so hergestellten Welle kann somit noch weiter reduziert werden. Furthermore, it can be provided in a method according to the invention that after completion of electron beam welding at least parts of the outer circumferential surfaces of the two shaft sections of the shaft are machined by a tool. By means of this machining finish it can be ensured that the outer circumferential surfaces of the shaft sections of the shaft do not have any unwanted mass distributions, in particular involuntary mass distributions resulting from melting. An imbalance of the wave thus produced can thus be further reduced.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach der Elektronenstrahlverschweißung nicht elektronenstrahlverschweißte Bereiche der zwei Wellenabschnitte, insbesondere dem elektronenstrahlverschweißten Bereich benachbart angeordnete Bereiche, durch ein Lichtbogenschweißverfahren miteinander verschweißt werden. Dies kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn es sich bei der Welle um eine Welle für einen hoch beanspruchten Läufer einer Turbomaschine handelt und die durch das Elektronenstrahlverfahren verschweißte Materialstärke nicht ausreicht, um die in der Turbomaschine auftretenden Kräfte sicher zu bewältigen. Es kann dabei vorgesehen sein, die Schweißnaht des Elektronenstrahlschweißverfahrens einer spanenden Anlassbehandlung zu unterziehen und im Anschluss durch ein Lichtbogenschweißverfahren die Schweißnaht auf die gewünschte verschweißte Materialstärke zu erhöhen. Dabei kann insbesondere das Lichtbogenschweißverfahren als ein Engspaltschweißverfahren ausgeführt werden. Die verschweißte Materialstärke wird dabei deutlich erhöht, wodurch eine sichere Bewältigung der Kräfte, die bei einer Welle eines hoch beanspruchten Läufers einer Turbomaschine auftreten können, ermöglicht werden kann. According to a further preferred development of the method according to the invention, provision can be made for areas of the two shaft sections which are not electron beam welded together, in particular regions adjacent to the electron beam welded section, to be welded together by an arc welding method. This can be carried out in particular when the shaft is a shaft for a highly stressed rotor of a turbomachine and the material thickness welded by the electron beam method is insufficient to reliably manage the forces occurring in the turbomachine. It may be provided to subject the weld of the electron beam welding process to a chipping annealing treatment and subsequently to increase the weld to the desired welded material thickness by an arc welding process. In particular, the arc welding process can be carried out as a narrow gap welding process. The welded material thickness is thereby increased significantly, whereby a reliable coping with the forces that occur in a shaft a highly stressed rotor of a turbomachine can occur, can be made possible.

Bei einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Lichtbogenschweißverfahren ein MIG- oder ein MAG-Schweißverfahren ist. Bei den beiden Lichtbogenschweißverfahren handelt es sich um Metallschutzgasschweißverfahren, wobei das verwendete Gas ein inertes Gas (MIG) oder ein aktives Gas (MAG) ist. Das MIG-Schweißverfahren kann dabei auch als ein WIG-Schweißverfahren (Wolfram-Inertgasschweißverfahren) ausgeführt werden. Dabei wird eine Elektrode aus Wolfram verwendet, wodurch ein Abbrand der Elektrode verhindert werden kann. Das WIG-Schweißverfahren zeichnet sich dadurch durch eine sehr hohe Güte der Schweißverbindung aus. Durch das Gas wird jeweils das verflüssigte Metall im Schweißprozess vor dem Kontakt mit der Umgebungsluft und der damit verbundenen Oxidation geschützt. Durch das Verhindern der Oxidation wird die Qualität der Schweißnaht deutlich erhöht, die Stärke der Verbindung der beiden Wellenabschnitte durch das Schweißverfahren gesteigert. In a further development of the method according to the invention, provision can be made for the arc welding method to be a MIG or a MAG welding method. The two arc welding processes are metal arc welding processes in which the gas used is an inert gas (MIG) or an active gas (MAG). The MIG welding process can also be carried out as a TIG welding process (tungsten inert gas welding process). In this case, an electrode made of tungsten is used, whereby a burning of the electrode can be prevented. The TIG welding process is characterized by a very high quality of the welded joint. The gas in each case protects the liquefied metal in the welding process from contact with the ambient air and the associated oxidation. By preventing the oxidation, the quality of the weld is significantly increased, the strength of the connection of the two shaft sections increased by the welding process.

In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass durch das Verfahren eine Welle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet wird. Sämtliche in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Vorteile ergeben sich somit auch für Verfahren zum Verbinden eines ersten Wellenabschnitts mit einem zweiten Wellenabschnitt zur Bildung einer Welle eines Läufers einer Turbomaschine, die gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgestaltet ist. In a particularly preferred further development of a method according to the invention, it can be provided that a shaft according to the first aspect of the invention is formed by the method. All the advantages described in relation to the first aspect of the invention thus also result for methods for connecting a first shaft section to a second shaft section to form a shaft of a rotor of a turbomachine, which is designed according to the first aspect of the invention.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: The invention and its developments and advantages thereof are explained in more detail with reference to drawings. Each show schematically:

1 eine Schnittansicht von Teilen von zwei Wellenabschnitten vor dem dritten Schritt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden der beiden Wellenabschnitte, 1 a sectional view of parts of two shaft sections before the third step according to the inventive method for connecting the two shaft sections,

2 eine Schnittansicht von Teilen von zwei Wellenabschnitten nach dem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von zwei Wellenabschnitten und 2 a sectional view of parts of two shaft sections after the third step of the inventive method for connecting two shaft sections and

3 eine Schnittansicht eines Teiles einer Welle, die aus zwei Wellenabschnitten gebildet ist, bei der zwei verschiedene Schweißverfahren zum Verbinden der beiden Wellenabschnitte verwendet wurden. 3 a sectional view of a part of a shaft, which is formed from two shaft sections, were used in the two different welding methods for connecting the two shaft sections.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Elements with the same function and mode of action are in the 1 to 3 each provided with the same reference numerals.

In der 1 ist eine schematische Schnittansicht von Teilen von zwei Wellenabschnitten 2, 3 vor dem dritten Schritt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden der beiden Wellenabschnitte 2, 3 gezeigt. Der Steckvorsprung 5 des Wellenabschnitts 3 ist bereits in die Steckaufnahme 4 des ersten Wellenabschnitts 2 eingesteckt. Die Steckaufnahme 4 und der Steckvorsprung 5 bilden in dieser Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Welle 1 einen Passungsabschnitt 12 am ersten Wellenabschnitt 2 beziehungsweise einen Passungsabschnitt 13 am zweiten Wellenabschnitt 3. Durch die durch die Passungsabschnitte 12, 13 gebildete Passung sind die beiden Wellenabschnitte 2, 3 zueinander zentriert. Die jeweils ersten Kontaktflächen 6, 7 und die jeweils zweiten Kontaktflächen 8, 9 sind senkrecht zueinander. Deutlich zu erkennen ist, dass daher am achsennahen Ende 11 der ersten Kontaktflächen 6, 7, in Verlängerung der ersten Kontaktflächen 6, 7, sich nur Material des ersten Wellenabschnitts 2 befindet. In the 1 is a schematic sectional view of parts of two shaft sections 2 . 3 before the third step according to the inventive method for connecting the two shaft sections 2 . 3 shown. The plug-in projection 5 of the shaft section 3 is already in the plug-in receptacle 4 of the first wave section 2 plugged in. The plug-in receptacle 4 and the plug-in projection 5 form in this embodiment of a shaft according to the invention 1 a fitting section 12 at the first shaft section 2 or a fitting section 13 on the second shaft section 3 , Through the through the passport sections 12 . 13 formed fit are the two shaft sections 2 . 3 centered on each other. The first contact surfaces 6 . 7 and the respective second contact surfaces 8th . 9 are perpendicular to each other. It can be clearly seen that therefore at the axis near the end 11 the first contact surfaces 6 . 7 , in extension of the first contact surfaces 6 . 7 , only material of the first wave section 2 located.

2 zeigt eine Welle 1 mit einem ersten Wellenabschnitt 2 und einem zweiten Wellenabschnitt 3 gemäß der in 1 gezeigten Ausgestaltungsform der Welle 1, bei der der dritte Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden der Wellenabschnitte 2, 3 durchgeführt worden ist. Durch das Elektronenstrahlverschweißen hat sich an der Position der ersten Kontaktflächen 6, 7 der beiden Wellenabschnitte 2, 3 eine Aufschmelzungszone 10 gebildet. Erfindungsgemäß erstreckt sich diese Aufschmelzungszone 10 über das achsennahe Ende 11 der Kontaktflächen 6, 7 der beiden Wellenabschnitte 2, 3 hinaus und endet im Material des ersten Wellenabschnitts 2. Mögliche Schweißfehler, insbesondere Poren, die im Wesentlichen am Ende einer derartigen Aufschmelzungszone 10 auftreten können, befinden sich somit in einem mechanisch nicht oder nur wenig belasteten und damit spannungsfreien oder zumindest spannungsarmen Bereich der Welle 1. Eine Ausbreitung von Schweißfehlern entlang von Spannungslinien im Material kann auf diese Weise vermieden werden wodurch wiederum die Betriebsfestigkeit der Welle 1 deutlich erhöht wird. 2 shows a wave 1 with a first shaft section 2 and a second shaft portion 3 according to the in 1 shown embodiment of the shaft 1 in which the third step of the method according to the invention for connecting the shaft sections 2 . 3 has been carried out. By electron beam welding has taken place at the position of the first contact surfaces 6 . 7 the two shaft sections 2 . 3 a melting zone 10 educated. According to the invention, this melting zone extends 10 over the near-axis end 11 the contact surfaces 6 . 7 the two shaft sections 2 . 3 out and ends in the material of the first shaft section 2 , Possible welding defects, in particular pores, which are essentially at the end of such a melting zone 10 can occur, are thus in a mechanically not or only slightly loaded and thus stress-free or at least low-voltage region of the shaft 1 , A propagation of welding defects along stress lines in the material can be avoided in this way, which in turn the operational stability of the shaft 1 is significantly increased.

In 3 ist schematisch die Verbindung von zwei Wellenabschnitten 2, 3 einer Welle 1 gezeigt, wobei zwei verschiedene Schweißverfahren zum Verbinden der beiden Wellenabschnitte 2, 3 verwendet wurden. Den unteren Teil der Verschweißung bildet eine Schweißnaht 14, die mit einem Elektronenstrahlverfahren erzeugt wurde. Sie ist in der gezeigten Abbildung als Einschweißung ausgeführt. Erfindungsgemäß endet die Aufschmelzungszone 10 der Elektronenstrahlverschweißung nicht am achsennahen Ende 11 der ersten Kontaktflächen 6, 7, sondern erst im Material des ersten Wellenabschnitts 2. Wie bereits in 2 dargelegt, befinden sich mögliche Schweißfehler, insbesondere Poren, die im Wesentlichen am Ende einer derartigen Aufschmelzungszone 10 auftreten können, dadurch in einem mechanisch nicht oder nur wenig belasteten und damit spannungsfreien oder zumindest spannungsarmen Bereich der Welle 1. Im Anschluss an die Schweißnaht 14 des Elektronenstrahlschweißbereiches schließt sich eine Schweißnaht 15 an, die durch ein Lichtbogenschweißverfahren erzeugt wurde. Insbesondere wurde hierbei ein Engspaltschweißverfahren eingesetzt. Durch die Kombination der beiden Schweißnähte 14, 15 ergibt sich als Resultat eine deutlich größere verschweißte Materialstärke, wodurch im Betrieb der Welle 1 deutlich höhere Kräfte zwischen den beiden verschweißten Wellenabschnitten 2, 3 übertragen werden können. Die Welle 1 kann dadurch auch bei Turbomaschinen mit hoch beanspruchten Läufern eingesetzt werden. In 3 is schematically the connection of two shaft sections 2 . 3 a wave 1 shown using two different welding methods for connecting the two shaft sections 2 . 3 were used. The lower part of the weld forms a weld 14 produced by an electron beam method. It is designed as a weld in the illustration shown. According to the invention, the melting zone ends 10 the electron beam welding not at the axis near the end 11 the first contact surfaces 6 . 7 , but only in the material of the first wave section 2 , As already in 2 As explained, there are possible welding defects, in particular pores, which are essentially at the end of such a melting zone 10 can occur, thereby in a mechanically not or only slightly loaded and thus stress-free or at least low-voltage region of the shaft 1 , Following the weld 14 the electron beam welding area is followed by a weld 15 which was produced by an arc welding process. In particular, a narrow gap welding process was used here. By combining the two welds 14 . 15 As a result, results in a significantly larger welded material thickness, whereby during operation of the shaft 1 significantly higher forces between the two welded shaft sections 2 . 3 can be transmitted. The wave 1 It can also be used in turbomachinery with highly stressed runners.

Claims

Welle (1) eines Läufers einer Turbomaschine, wobei die Welle (1) zwei Wellenabschnitte (2, 3) aufweist, wobei ein erster, insbesondere hohler, Wellenabschnitt (2) eine Steckaufnahme (4) und ein zweiter Wellenabschnitt (3) einen Steckvorsprung (5) zum Eingriff in die Steckaufnahme (4) des ersten Wellenabschnitts (2) aufweisen, wobei der erste und der zweite Wellenabschnitt (2, 3) jeweils eine radiale oder im Wesentlichen radiale erste Kontaktfläche (6, 7) und jeweils eine axiale oder im Wesentlichen axiale zweite Kontaktfläche (8, 9) aufweisen, wobei beim Eingriff des Steckvorsprungs (5) in die Steckaufnahme (4) zumindest die ersten Kontaktflächen (6, 7) formschlüssig aneinander liegen, und dass die zwei Wellenabschnitte (2, 3) an den ersten Kontaktflächen (6, 7) miteinander elektronenstrahlverschweißt sind, wobei eine Aufschmelzungszone (10) der Elektronenstrahlverschweißung über das achsennahen Ende (11) der ersten Kontaktflächen (6, 7) hinausgeht und sich in das Material des ersten Wellenabschnitts (2) erstreckt. Wave ( 1 ) of a rotor of a turbomachine, wherein the shaft ( 1 ) two shaft sections ( 2 . 3 ), wherein a first, in particular hollow, shaft portion ( 2 ) a plug-in receptacle ( 4 ) and a second shaft section ( 3 ) a plug-in projection ( 5 ) for engaging in the plug-in receptacle ( 4 ) of the first shaft section ( 2 ), wherein the first and second shaft sections ( 2 . 3 ) each have a radial or substantially radial first contact surface ( 6 . 7 ) and in each case an axial or substantially axial second contact surface ( 8th . 9 ), wherein upon engagement of the male projection ( 5 ) in the plug-in receptacle ( 4 ) at least the first contact surfaces ( 6 . 7 ) are positively against each other, and that the two shaft sections ( 2 . 3 ) at the first contact surfaces ( 6 . 7 ) are electron beam welded together with a reflow zone ( 10 ) of the electron beam welding over the axis near the end ( 11 ) of the first contact surfaces ( 6 . 7 ) and into the material of the first wave section ( 2 ).

Welle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kontaktflächen (8, 9) der Wellenabschnitte (2, 3) beim Eingriff des Steckvorsprungs (5) in die Steckaufnahme (4) formschlüssig oder im Wesentlichen formschlüssig aneinander liegen. Wave ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the second contact surfaces ( 8th . 9 ) of the shaft sections ( 2 . 3 ) during engagement of the male projection ( 5 ) in the plug-in receptacle ( 4 ) lie positively or substantially positively against each other.

Welle (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschmelzungszone (10) im Material des ersten Wellenabschnitts (2) mindestens 20% der radialen oder im Wesentlichen radialen Erstreckung der Aufschmelzungszone (10) einnimmt. Wave ( 1 ) according to at least one of the preceding claims 1 or 2, characterized in that the melting zone ( 10 ) in the material of the first shaft section ( 2 ) at least 20% of the radial or substantially radial extension of the reflow zone ( 10 ) occupies.

Welle (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckaufnahme (4) und der Steckvorsprung (5) umlaufend, insbesondere radialsymmetrisch umlaufend, an dem jeweiligen Wellenabschnitt (2, 3) vorgesehen sind. Wave ( 1 ) according to at least one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the plug-in receptacle ( 4 ) and the plug-in projection ( 5 ) circumferentially, in particular radially symmetrically encircling, at the respective shaft portion ( 2 . 3 ) are provided.

Welle (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils erste und die jeweils zweite Kontaktfläche (6, 8), (7, 9) des jeweiligen Wellenabschnitts (2, 3) zueinander senkrecht angeordnet sind. Wave ( 1 ) according to at least one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the respective first and the respective second contact surface ( 6 . 8th ) 7 . 9 ) of the respective shaft section ( 2 . 3 ) are arranged perpendicular to each other.

Welle (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wellenabschnitte (2, 3) jeweils einen Passungsabschnitt (12, 13) einer Passung aufweisen, durch die die zumindest zwei Wellenabschnitte (2, 3) aneinander formschlüssig zueinander zentriert werden können. Wave ( 1 ) according to at least one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the two shaft sections ( 2 . 3 ) each have a fitting section ( 12 . 13 ) have a fit through which the at least two shaft sections ( 2 . 3 ) can be positively centered to each other.

Welle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Passungsabschnitt (12) des ersten Wellenabschnitts (2) zumindest teilweise durch die Steckaufnahme (4) und der Passungsabschnitt (13) des zweiten Wellenabschnitts (3) zumindest teilweise durch den Steckvorsprung (5) gebildet sind. Wave ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the fitting section ( 12 ) of the first shaft section ( 2 ) at least partially through the plug-in receptacle ( 4 ) and the fitting section ( 13 ) of the second shaft section ( 3 ) at least partially by the plug-in projection ( 5 ) are formed.

Verfahren zum Verbinden eines ersten Wellenabschnitts (2) mit einem zweiten Wellenabschnitt (3) zur Bildung einer Welle (1) eines Läufers einer Turbomaschine, wobei der erste Wellenabschnitt (2) eine Steckaufnahme (4) und der zweite Wellenabschnitt (3) einen Steckvorsprung (5) zum Eingriff in die Steckaufnahme (4) des ersten Wellenabschnitts (2) aufweist, wobei der erste und der zweite Wellenabschnitt (2, 3) jeweils eine radiale oder im Wesentlichen radiale erste Kontaktfläche (6, 7) und jeweils eine axiale oder im Wesentlichen axiale zweite Kontaktfläche (8, 9) aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Einstecken des Steckvorsprungs (4) in die Steckaufnahme (5), b) Fixieren der zwei Wellenabschnitte (2, 3) derart aneinander, dass zumindest die ersten Kontaktflächen (6, 7) formschlüssig aneinander liegen, c) Elektronenstrahlverschweißen der zwei Wellenabschnitte (2, 3) an den ersten Kontaktflächen (6, 7) derart, dass beim Elektronenstrahlverschweißen eine Aufschmelzungszone (10) der Elektronenstrahlverschweißung gebildet wird, die über das achsennahen Ende (11) der ersten Kontaktflächen (6, 7) hinausgeht und im Material des ersten Wellenabschnitts (2) endet. Method for connecting a first shaft section ( 2 ) with a second shaft section ( 3 ) to form a wave ( 1 ) of a rotor of a turbomachine, wherein the first shaft section ( 2 ) a plug-in receptacle ( 4 ) and the second shaft section ( 3 ) a plug-in projection ( 5 ) for engaging in the plug-in receptacle ( 4 ) of the first shaft section ( 2 ), wherein the first and the second shaft portion ( 2 . 3 ) each have a radial or substantially radial first contact surface ( 6 . 7 ) and in each case an axial or substantially axial second contact surface ( 8th . 9 ), characterized by the following steps: a) inserting the plug-in projection ( 4 ) in the plug-in receptacle ( 5 ), b) fixing the two shaft sections ( 2 . 3 ) in such a way that at least the first contact surfaces ( 6 . 7 ) lie against one another in a form-fitting manner, c) electron beam welding of the two shaft sections ( 2 . 3 ) at the first contact surfaces ( 6 . 7 ) such that in electron beam welding a reflow zone ( 10 ) of the electron beam welding, which via the near-axis end ( 11 ) of the first contact surfaces ( 6 . 7 ) and in the material of the first wave section ( 2 ) ends.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss des Elektronenstrahlverschweißens zumindest Teile der Außenmantelflächen der zwei Wellenabschnitte (2, 3) der Welle (1) durch ein Werkzeug spanend bearbeitet werden. A method according to claim 8, characterized in that after completion of electron beam welding at least parts of the outer circumferential surfaces of the two shaft sections ( 2 . 3 ) the wave ( 1 ) are machined by a tool.

Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss des Elektronenstrahlverschweißens nicht elektronenstrahlverschweißte Bereiche der zwei Wellenabschnitte (2, 3), insbesondere der Elektronenstrahlverschweißung benachbart angeordnete Bereiche, durch ein Lichtbogenschweißverfahren miteinander verschweißt werden. Method according to at least one of the preceding claims 8 or 9, characterized in that, after completion of the electron beam welding, non-electron-beam welded regions of the two shaft sections ( 2 . 3 ), in particular the electron beam welding adjacent areas arranged to be welded together by an arc welding process.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogenschweißverfahren ein MIG- oder ein MAG-Schweißverfahren ist. A method according to claim 10, characterized in that the arc welding process is a MIG or MAG welding process.

Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren eine Welle (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildet wird. Method according to at least one of the preceding claims 8 to 11, characterized in that by the method a shaft ( 1 ) is formed according to at least one of claims 1 to 7.