DE102012201353A1 - Method for connecting shaft with impeller of turbo supercharger e.g. exhaust gas turbocharger used in automotive industry, involves heating regions of impeller and shaft on sides of secondary weld seam extended toward rotational axis - Google Patents

Method for connecting shaft with impeller of turbo supercharger e.g. exhaust gas turbocharger used in automotive industry, involves heating regions of impeller and shaft on sides of secondary weld seam extended toward rotational axis Download PDF

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DE102012201353A1
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Klaus Daut
Dieter Eckert
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Abstract

The method involves placing a side of an impeller made of iron-free material, nickel, tungsten or titanium on an end face of a shaft (2). The air is pumped from the joining space of the impeller and shaft. The impeller and shaft are welded in vacuum by a primary weld seam after joining the impeller and shaft in physical contact. The regions of the impeller and shaft are heated on both sides of a secondary weld seam extended toward the rotational axis (R) during the welding process of the impeller and shaft. Independent claims are included for the following: (1) apparatus for connecting shaft with impeller; and (2) combination structure of shaft and impeller.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Turbolader oder besser Abgasturbolader, wie sie etwa in der Automobilindustrie eingesetzt werden, sind Anordnungen die eine Turbine und einen Verdichter ausweisen. Dabei sind die Turbine und der Verdichter, die sehr ähnlich aufgebaut sind, häufig auf einer gemeinsamen Welle montiert. Der Abgasstrom versetzt die Turbine in Rotation, diese treibt über die Welle den Verdichter an, die (Verbrennungs-) Luft ansaugt und verdichtet.Turbochargers or better turbochargers, such as those used in the automotive industry, are arrangements that identify a turbine and a compressor. The turbine and the compressor, which are constructed very similar, often mounted on a common shaft. The exhaust gas flow turns the turbine into rotation, which drives the compressor via the shaft, which sucks (compresses) and compresses the (combustion) air.

Da der Abgasstrom gerade bei Benzinmotoren Temperaturen von über 1050°C erreichen kann, werden besondere Anforderungen u. a. an die verwendeten Werkstoffe des Turboladers und seiner Komponenten gestellt. Wegen hoher Korrosions- und Warmfestigkeit werden Turbinen- bzw. Schaufelräder zumindest an der Abgasseite aus sogenannten eisenfreien Werkstoffen auf Nickel-, Wolfram- oder Titanbasis gebildet, während die Welle, welche im Vergleich zu dem Schaufelrad andere Eigenschaften haben muss, in aller Regel aus Stahl oder einer Stahllegierung mit Chrom- und/oder Vanadiumanteilen hergestellt ist.Since the exhaust gas flow can reach temperatures of over 1050 ° C, especially in gasoline engines, special requirements u. a. to the materials used in the turbocharger and its components. Due to their high resistance to corrosion and heat, turbine or paddle wheels are formed at least on the exhaust gas side from so-called nickel, tungsten or titanium-based non-ferrous materials, while the shaft, which must have different properties compared to the paddle wheel, is usually made of steel or a steel alloy with chromium and / or vanadium proportions.

Wegen der verschiedenen Werkstoffe von Welle und Schaufelrad müssen beim Verbinden beider Teile besondere Vorkehrungen getroffen werden, damit auch später beim Betrieb des Turboladers angemessene Standzeiten erreicht werden. Um dies zu gewährleisten, werden in aller Regel Welle und Schaufelrad reibverschweißt. Hierzu wird auf EP 0513 646 oder DE 44 13 100 hingewiesen. Wenngleich das Reibschweißen eine gute Möglichkeit zum Verbinden ist, wird jedoch als nachteilig erachtet, dass die Welle erst nach dem Reibschweißen endbearbeitet werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass zum Reibschweißen die Welle fest eingespannt sein muss. Wäre zum Zeitpunkt des Reibschweißens die Welle schon vollständig bearbeitet, würde die Einspannvorrichtung auf der Welle Abdrücke hinterlassen, welche die Welle sofort als Ausschuss abqualifiziert.Due to the different materials of shaft and impeller special precautions must be taken when connecting both parts, so that also later in the operation of the turbocharger adequate service life can be achieved. To ensure this, as a rule, shaft and impeller are friction welded. This is on EP 0513 646 or DE 44 13 100 pointed. Although friction welding is a good way to bond, it is considered disadvantageous that the shaft can only be finished after friction welding. This is due to the fact that for friction welding, the shaft must be firmly clamped. If the shaft were already completely machined at the time of friction welding, the clamping device would leave imprints on the shaft which immediately scraps the shaft as scrap.

Daneben ist aber auch aus DE 10 2009 049 695 bekannt, Welle und/oder Schaufelrad im Gießspritzverfahren herzustellen bzw. Welle und Schaufelrad durch Sintern zu verbinden.But it is also off DE 10 2009 049 695 known to produce shaft and / or impeller in the casting process or to connect shaft and impeller by sintering.

Da diese Verfahren sehr aufwendig sind, bezieht sich die Erfindung auf eine Verbindung im Schweißverfahren, bei welchem eine Seite des Schaufelrads auf eine Endfläche der Welle aufgesetzt wird und der Fügeverband aus Welle und Schaufelrad im Vakuum durch Aufschmelzen des Bereichs verschweißt werden, an welcher Schaufelrad und Welle nach dem Fügeschritt in körperlichem Kontakt stehen. Ein solches Verfahren wird etwa in DE 10112062 erläutert. Um die beim Verbinden durch Aufschmelzen auftretende Rißbildung zu vermeiden, wird in DE 10112062 angegeben, an dem Bauteil, welches aus einer Nickelbasislegierung und einem zusätzlichen Element gebildet ist, eine Zwischenschicht vorzusehen, in welcher der Anteil des zusätzlichen Elementes von innen nach außen progressiv abnimmt, bevor dieses Bauteil mit einem aus Stahl bestehenden Bauteil verschweißt wird.Since these methods are very expensive, the invention relates to a compound in the welding method, in which one side of the impeller is placed on an end face of the shaft and the joint assembly of shaft and impeller are vacuum-welded by melting the area on which impeller and Wave in physical contact after the joining step. Such a procedure will be approximately in DE 10112062 explained. In order to avoid the cracking occurring during fusion bonding, DE 10112062 specified on the component, which is formed of a nickel-based alloy and an additional element, to provide an intermediate layer in which the proportion of the additional element progressively decreases from the inside to the outside before this component is welded to a component made of steel.

Abgesehen davon, dass das Herstellen einer entsprechenden Zwischenschicht selbst schon sehr aufwendig ist, ist auch das Verbinden der aus verschiedenen Lagen bestehenden Zwischenschichten mit dem entsprechenden Bauteil ein zusätzlicher Schritt zur Bewältigung des Rißbildungsproblems.Apart from the fact that the production of a corresponding intermediate layer itself is already very expensive, also the joining of the intermediate layers consisting of different layers with the corresponding component is an additional step for coping with the cracking problem.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welches in sehr einfacher Weise das rissfreie Verschweißen von Werkstücken aus Stahl und aus Nickelbasiswerkstoff erlaubt.Therefore, the invention has for its object to provide a method and an apparatus which allows in a very simple manner the crack-free welding of workpieces made of steel and nickel-base material.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist in Anspruch 5 angegeben. Eine entsprechend dem Verfahren hergestellte Kombination aus Welle und Schaufelrad wird in Anspruch 8 beansprucht. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 und 6 und 7 angegeben.This object is procedurally achieved with the features of claim 1. An apparatus for carrying out the method is specified in claim 5. A combination of shaft and impeller made according to the method is claimed in claim 8. Advantageous embodiments and further developments of the inventions are specified in claims 2 to 4 and 6 and 7.

Werden gemäß Anspruch 1 vor, während und/oder nach dem Schweißschritt zumindest Bereiche von Welle und Schaufelrad, die sich beidseitig der späteren Schweißnaht in Richtung der Rotationsachse erstrecken, einer Erwärmung ausgesetzt, lassen sich Kombinationen aus Welle und Schaufelrad herstellen, die vollständig rissfrei sind. Besonders vorteilhaft ist es, nicht nur durch eine gezielte, auch eine Wärmezugabe einschließende Abkühlung nach dem Schweißvorgang zu sorgen. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass eine Rissbildung ausgeschlossen wird, wenn vor dem Schweißvorgang zumindest Bereiche von Welle und Schaufelrad, die sich beidseitig der späteren Schweißnaht in Richtung der Rotationsachse erstrecken, eine Erwärmung erfahren.If according to claim 1 before, during and / or after the welding step at least portions of the shaft and impeller, which extend on both sides of the later weld in the direction of the axis of rotation exposed to heating, combinations of shaft and impeller can be produced, which are completely free of cracks. It is particularly advantageous not only to provide for cooling by means of a targeted cooling which also includes a heat addition after the welding process. Surprisingly, it has been found that crack formation is ruled out if, prior to the welding operation, at least regions of the shaft and impeller, which extend on both sides of the later weld in the direction of the axis of rotation, undergo heating.

Wie die Erwärmung letztlich durchgeführt wird, ist gleichgültig. Spielt der Zeitfaktor keine Rolle, kann die Erwärmung auch mit dem Strahl herbeigeführt werden, mit welchem später auch die Verschweißung durchgeführt wird. Zu bevorzugen ist allerdings gemäß Anspruch 2 eine induktive Erwärmung der Bauteile, weil mit dieser Art der Erwärmung eine schnelle und sehr temperaturgenaue Prozessführung erlaubt wird. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang auch, dass die Erwärmung nach dem Fügen der beiden Bauteile durchgeführt wird. Würde man die fraglichen Bauteile vor ihrem Fügen durch entsprechende Maßnahmen erwärmen und die Bauteile dann fügen und verschweißen, ist keine genaue Prozessführung mehr möglich, weil es durch das Einspannen und spätere Fügen zu unkontrollierbaren Wärmeverlusten kommen kann, was dann eine Rissbildung zur Folge haben kann.How the warming is ultimately done is indifferent. If the time factor does not matter, the heating can also be brought about with the jet, with which the welding is later carried out. To prefer, however, according to claim 2 is an inductive Heating of the components, because with this type of heating a fast and very temperature-accurate process control is allowed. It is also essential in this connection that the heating is carried out after the joining of the two components. If one were to heat the components in question before their joining by appropriate measures and then add and weld the components, precise process control is no longer possible, because it can come to uncontrollable heat losses due to the clamping and subsequent joining, which can then cause cracking.

Eine besonders gute Durchwärmung wird dann erreicht, wenn gemäß Anspruch 3 eine Anordnung zum Einbringen von Wärme in Bauteile vorhanden ist und mittels der Anordnung nur die Welle und/oder das Schaufelrad direkt erwärmt wird. Dadurch, dass die Wärme von einem Bauteil an das andere Bauteil abgegeben wird, lässt sich auch ein gezieltes Temperaturgefälle zwischen den Bauteilen einhalten. Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn wegen der hohen Wärmeaufnahmakapazität das Bauteil mit der größeren Masse direkt erwärmt wird und das andere Bauteil mit der geringen Masse von dem Bauteil mit der größeren Masse durch Körperkontakt erwärmt wird.A particularly good heating is achieved when according to claim 3, an arrangement for introducing heat into components is present and by means of the arrangement, only the shaft and / or the impeller is heated directly. The fact that the heat is released from one component to the other component, can also be a targeted temperature gradient between the components comply. It is particularly advantageous if, because of the high heat absorption capacity, the component with the larger mass is directly heated and the other component with the low mass is heated by body contact of the component with the larger mass.

Besonders gute Schweißverbindungen werden dann erhalten, wenn gemäß Anspruch 4 die Verschweißung als Laser- oder Elektrodenstrahlverschweißung ausgeführt wird.Particularly good welds are obtained when according to claim 4, the welding is carried out as laser or Elektrodenstrahlverschweißung.

Die Schrittfolge gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 lässt sich gemäß Anspruch 5 besonders gut in einer Vorrichtung ausführen, welche eine Anordnung zum Fügen eines Bauteils in der Form einer Welle und eines Bauteils in der Form eines Schaufelrades, eine Vakuumpumpe, mittels welcher ein Raum, in welchem die Welle und das Schaufelrad gefügt angeordnet sind, evakuiert wird, einer Schweißanordnung, mit welcher die Welle und das Schaufelrad verschweißt werden, und eine Anordnung zum Erwärmen von Welle und/oder Schaufelrad umfasst.The sequence of steps according to claims 1 to 4 can be carried out according to claim 5 particularly well in a device having an arrangement for joining a component in the form of a shaft and a component in the form of a paddle wheel, a vacuum pump, by means of which a space in which the shaft and the impeller are arranged joined, is evacuated, a welding assembly, with which the shaft and the impeller are welded, and an arrangement for heating shaft and / or impeller comprises.

Eine sichere und gezielte Erwärmung des späteren Schweißbereichs ist dann erreicht, wenn gemäß Anspruch 6 die Anordnung zum Erwärmen nur auf ein Bauteil – Schaufelrad oder Welle – direkt wirkt und ein Temperatursensor vorhanden ist, der nur mit dem Bauteil – Schaufelrad oder Welle – in Verbindung steht, auf welches die Anordnung zum Erwärmen nur indirekt wirkt. Wird nämlich die Temperatur an dem Bauteil ermittelt, welches nicht direkt von der Anordnung zum Erwärmen erwärmt wird, können durch die am anderen Bauteil gemessenen Temperaturen exakte Rückschlüsse auf die Erwärmung der Bereiche von Welle und Schaufelrad gezogen werden, die sich beidseitig der späteren Schweißnaht in Richtung der Rotationsachse erstrecken. Wirkt beispielsweise die Anordnung zum Erwärmen nur auf das Schaufelrad, wird dieses wegen seiner im Vergleich zur Welle großen Masse relative langsam auf Temperatur gebracht. Diese vergleichweise langsame Erwärmung des Schaufelrads bewirkt, dass sich die Welle mit ihrer verhältnismäßig geringen Masse sehr schnell erwärmt bzw. der Temperatur des Schaufelrads anpasst, so dass die Temperatur der Welle sehr gut als Temperaturindikator für die Bereiche beidseits der späteren Schweißnaht verwendet werden kann.A safe and targeted heating of the subsequent welding area is achieved when according to claim 6, the arrangement for heating only one component - paddle wheel or shaft - acts directly and a temperature sensor is present, which is only with the component - paddle wheel or shaft - in conjunction to which the arrangement for heating acts only indirectly. Namely, if the temperature is determined on the component, which is not heated directly from the arrangement for heating, can be drawn by the temperature measured at the other component exact conclusions on the heating of the areas of the shaft and the impeller, which on both sides of the subsequent weld in the direction extend the axis of rotation. If, for example, the arrangement for heating acts only on the impeller, this is brought to temperature relatively slowly because of its large compared to the shaft mass. This comparatively slow heating of the impeller causes the shaft with its relatively low mass heats up very quickly or adapts the temperature of the impeller, so that the temperature of the shaft can be used very well as a temperature indicator for the areas on both sides of the later weld.

Eine besonders schnelle Erwärmung ist dann gegeben, wenn die Welle und/oder das Schaufelrad induktiv erwärmt werden. Auch wenn denkbar ist, dass die Welle und das Schaufelrad außerhalb des Vakuumbehälters gefügt und induktiv erwärmt werden, ist es vorteilhafter, wenn das Fügen und das induktive Erwärmen gleich innerhalb des Raumes ausgeführt wird, der später auch evakuiert wird. Letzteres schließt auch ein, dass die Fügeanordnung, die Anordnung zum Erhitzen und die Schweißvorrichtung vollständig im Vakuumbehälter angeordnet sind.A particularly rapid heating is given when the shaft and / or the impeller are heated inductively. Even if it is conceivable that the shaft and the impeller are joined outside the vacuum container and inductively heated, it is more advantageous if the joining and the inductive heating is carried out immediately within the room, which is later also evacuated. The latter also implies that the joining assembly, the heating assembly and the welding device are completely disposed in the vacuum container.

Das Fügen von Welle und Schaufelrad ist gemäß Anspruch 9 dann besonders einfach, wenn die Welle und das Schaufelrad zueinander komplementäre, einen Zapfen und eine Sacklochbohrung aufweisende Fügemittel haben, und wenn im gefügten Zustand der Zapfen in die Sacklochbohrung eingreift. Außerdem wird durch das Eingreifen des Zapfens in die Sacklochbohrung sichergestellt, dass auch beim Schweißprozeß die gewünschte gegenseitige Zuordnung von Welle und Schaufelrad erhalten bleibt.The joining of shaft and impeller is particularly easy according to claim 9, when the shaft and the impeller complementary to each other, have a pin and a blind hole having joining means, and when engaged the pin engages in the blind hole. In addition, it is ensured by the engagement of the pin in the blind hole, that even during the welding process, the desired mutual assignment of shaft and paddle wheel is maintained.

Da nun mal das Schaufelrad, welches dem bis zu 1100°C heißen Abgasstrom ausgesetzt wird, und i. ü. die Welle während des Betriebs des Turboladers mit mehreren zigtausend Umdrehungen in den Lagerstellen des Ladergehäuses rotiert, muss zur Vermeidung einer übermäßigen Temperaturausdehnung sichergestellt werden, dass möglichst wenig Temperatur vom Schaufelrad in die Welle übertragen wird. Dies kann gemäß Anspruch 10 dadurch realisiert werden, dass innerhalb der vom Zapfen verschlossenen Sacklochbohrung ein Luftvolumen verbleibt, welches durch die Isolationswirkung der Luft wie eine Wärmedrossel wirkt.Since now times the paddle wheel, which is exposed to the up to 1100 ° C hot exhaust gas flow, and i. above sea level. The shaft rotates during operation of the turbocharger with several thousand turns in the bearings of the charger housing, it must be ensured to avoid excessive temperature expansion that as little as possible temperature is transmitted from the paddle wheel in the shaft. This can be realized according to claim 10, characterized in that within the blind hole bore closed by the pin, an air volume remains, which acts as a heat choke by the insulating effect of the air.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Es zeigen:Show it:

1 eine Anordnung zum Verbinden einer Welle mit einem Schaufelrad; 1 an arrangement for connecting a shaft to a paddle wheel;

2 eine weitere Darstellung einer Anordnung gemäß 1; 2 a further illustration of an arrangement according to 1 ;

3 eine weitere Darstellung einer Anordnung gemäß 1 oder 2; 3 a further illustration of an arrangement according to 1 or 2 ;

4 eine weitere Darstellung einer Anordnung gemäß 1, 2 oder 3; 4 a further illustration of an arrangement according to 1 . 2 or 3 ;

5a, b jeweils eine Kombination aus Welle und Schaufelrad im nicht gefügten Zustand; und 5a , b in each case a combination of shaft and impeller in unassembled state; and

6 eine Kombination aus Welle und Schaufelrad in gefügtem Zustand 6 a combination of shaft and paddle wheel in joined state

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden. In 1 ist eine Anordnung 1 zum Verbinden einer Welle 2 mit einem Schaufelrad 3 (2) eines Turboladers gezeigt. Diese Anordnung 1 wird im Wesentlichen von einer Basisplatte 4 und einer Kuppel 5, welche allerdings nur in den 3 und 4 gezeigt ist, gebildet.The invention will now be explained in more detail with reference to FIGS. In 1 is an arrangement 1 for connecting a shaft 2 with a paddle wheel 3 ( 2 ) of a turbocharger. This arrangement 1 is essentially made of a base plate 4 and a dome 5 , which, however, only in the 3 and 4 shown is formed.

Auf der Basisplatte 4 ruht eine Aufnahme 6, welche mit einer zentralen Bohrung 7 versehen ist, eine Schweißanordnung 8 und eine induktive Anwärmanordnung 9, wobei die Anwärmanordnung 9 auf der Aufnahme 6 ruht. Ferner ist noch eine Zu- und Abführeinrichtung 10 vorhanden, welche mit einem Greifer 11 versehen ist. Die Zu- und Abführeinrichtung 10 ist in den 1 und 2 nur schematisch gezeigt und kann je nach Ausbildung innerhalb oder auch außerhalb der Anordnung 1 angeordnet sein, sofern diese Zu- und Abführeinrichtung 10 in der Lage ist, eine Welle 2 in der Bohrung 7 zu platzieren, ein Schaufelrad 3 auf einer Endfläche 12 der Welle 2 aufzusetzen und die spätere Kombination aus Welle 2 und Schaufelrad 3 aus der Aufnahme 5 herauszuheben.On the base plate 4 rest a recording 6 , which has a central bore 7 is provided, a welding arrangement 8th and an inductive heating arrangement 9 , where the Anwärmanordnung 9 on the recording 6 rests. Furthermore, there is still a supply and discharge device 10 present, which with a gripper 11 is provided. The supply and discharge device 10 is in the 1 and 2 shown only schematically and can depending on the training within or outside the arrangement 1 be arranged, provided that these supply and discharge device 10 is capable of a wave 2 in the hole 7 to place a paddle wheel 3 on an end face 12 the wave 2 sit up and the subsequent combination of wave 2 and paddle wheel 3 from the recording 5 lift out.

Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ruht eine Welle 2 in dem Greifer 11 und wird von der Zu- und Abführeinrichtung 10 (angedeutet durch die Pfeile P) in die Bohrung 7 abgesenkt.Im in 1 shown embodiment, a shaft rests 2 in the gripper 11 and is from the supply and discharge device 10 (indicated by the arrows P) in the bore 7 lowered.

Ist das Absenken der Welle 2 abgeschlossen, stellen sich Verhältnisse ein, die 2 gezeigt sind.Is the lowering of the shaft 2 Completed, circumstances arise that 2 are shown.

Außerdem wird in 2 verschaulicht, wie im nachfolgenden Schritt das Schaufelrad 3 auf der Endfläche 12 der Welle 3 gesetzt wird. Dazu wird auch das Schaufelrad 3 vom Greifer 11 der Zu- und Abführeinrichtung 10 umgriffen und (angedeutet durch die Pfeile P) auf die Endfläche 12 abgesenkt.In addition, in 2 verschaulicht, as in the subsequent step the paddle wheel 3 on the end surface 12 the wave 3 is set. This is also the paddle wheel 3 from the gripper 11 the supply and discharge device 10 encompassed and (indicated by the arrows P) on the end face 12 lowered.

Hat das Schaufelrad 3 seine Endlage auf der Endfläche 12 der Welle 2 eingenommen, stellen sich Verhältnisse ein, die in 3 gezeigt sind.Has the paddle wheel 3 its final position on the end surface 12 the wave 2 taken, circumstances arise, which in 3 are shown.

Auch wenn in den 1 bis 4 die Endfläche 12 der Welle 2 und die Fläche 13 des Schaufelrads 3, die mit der Welle 2 in direkten körperlichen Kontakt kommt, völlig eben ist, kann es beim Aufsetzen des Schaufelrades 3 sehr leicht zu Ungenauigkeiten kommen, wodurch die Kombination aus Welle 2 und Schaufelrad 3 unbrauchbar wird.Even if in the 1 to 4 the end surface 12 the wave 2 and the area 13 of the paddle wheel 3 that with the shaft 2 comes into direct physical contact, is completely flat, it can when putting the paddle wheel 3 very easy to come inaccuracies, causing the combination of shaft 2 and paddle wheel 3 becomes unusable.

Wesentlich vorteilhafter ist es, wenn gemäß 5a entweder das Schaufelrad 3 einen Zapfen 14 und die Welle 2 eine Sacklochbohrung 15 oder gemäß 5b das Schaufelrad 3 eine Sacklochbohrung 15 und die Welle 2 einen Zapfen 14 aufweist und wenn beide Teile – Welle 2 und Schaufelrad 3 – in gefügtem Zustand ineinandergreifen, denn dieses formschlüssige Fügen von Welle 2 und Schaufelrad 3 stellt sicher, dass eine vorbestimmte und immer gleiche Lage der Bauteile 2, 3 gegeben ist.It is much more advantageous, if according to 5a either the paddle wheel 3 a pin 14 and the wave 2 a blind hole 15 or according to 5b the paddle wheel 3 a blind hole 15 and the wave 2 a pin 14 and if both parts - shaft 2 and paddle wheel 3 - Intermesh in an assembled state, because this positive joining of shaft 2 and paddle wheel 3 Ensures that a predetermined and always the same position of the components 2 . 3 given is.

Um sicherzustellen, dass im Betrieb des Turboladers das Schaufelrad 3 wegen seinem direkten Kontakt mit den heißen Abgasen nicht übermäßig die Welle 2 erwärmt, ist der Zapfen 14 so bemessen, dass er, wenn er seine Endlage in der Sacklochbohrung 15 eingenommen hat, die Sacklochbohrung 15 nicht vollständig ausfüllt, sondern ein der Isolation dienendes Luftvolumen 16 einschließt. Diese Verhältnisse sind in 6 veranschaulicht.To ensure that during operation of the turbocharger the paddle wheel 3 because of its direct contact with the hot exhaust gases do not overly the shaft 2 warmed up, is the pin 14 so that he measured his final position in the blind hole 15 has taken the blind hole 15 does not completely fill, but a serving of isolation air volume 16 includes. These relationships are in 6 illustrated.

Hat das Schaufelrad 3 seine Endlage auf der Welle 2 eingenommen, wird im hier dargestellten Ausführungsbeispiel nur das Schaufelrad 3 mittels der induktiven Anwärmanordnung 9 erwärmt, um nach dem Schweißen eine Rissbildung auszuschließen. Zu diesem Zweck wurde die Anwärmanordnung 9, welche Kreisringform hat, aus ihrer Ruheposition auf der Ausnahme 6 in Richtung des Schaufelrads 3 bewegt, so dass sie letztlich das Schaufelrad 3 mit Abstand A umrandet. Diese Verhältnisse sind in 3 veranschaulicht. Wird in dieser Stellung die induktive Anwärmanordnung 9 bestromt (nicht gezeigt), wird nur das Schaufelrad 3 direkt erwärmt. Wie leicht einzusehen ist, setzt sich die Erwärmung des Schaufelrads 3 durch den körperlichen Kontakt mit der Welle 2 auch in die Welle 2 fort. Wie schon in den 1 bis 4 gezeigt, ist die Bohrung 7 in der Aufnahme 6 mit einem Temperatursensor 17 ausgestattet, welcher die Erwärmung der Welle 2 durch den körperlichen Kontakt mit dem Schaufelrad 3 ermittelt. Wird vom Temperatursensor 17 eine Temperatur gemessen, welche für den Bereiche B, der sich (mit Blickrichtung auf die 3) ober- und unterhalb der Berührungsfläche von Welle 2 und Schaufelrad 3 erstreckt, optimal ist, wird die Anwärmeanordnung 9 wieder in ihre Ruheposition auf der Aufnahme 6 verbracht und die Verschweißung setzt ein. Wie leicht einzusehen ist, hängt die jeweilige Starttemperatur weitgehend vom axialen Abstand A1 des Temperatursensors 17 von der späteren Schweißnaht 18 (4) ab.Has the paddle wheel 3 his final position on the shaft 2 taken, in the illustrated embodiment, only the paddle wheel 3 by means of the inductive Anwärmanordnung 9 heated to prevent cracking after welding. For this purpose, the Anwärmaordnung 9 , which has a circular shape, from its resting position on the exception 6 in the direction of the paddle wheel 3 moved, so that they are ultimately the paddle wheel 3 bordered by distance A. These relationships are in 3 illustrated. Will in this position, the inductive Anwärmanordnung 9 energized (not shown), only the paddle wheel 3 heated directly. As can be easily seen, the heating of the paddle wheel continues 3 through physical contact with the wave 2 also in the wave 2 continued. As in the 1 to 4 shown is the hole 7 in the recording 6 with a temperature sensor 17 equipped, which is the heating of the shaft 2 through physical contact with the paddle wheel 3 determined. Is from the temperature sensor 17 a temperature is measured, which for the areas B, which (looking towards the 3 ) above and below the contact surface of the shaft 2 and paddle wheel 3 extends, is optimal, the Anwärmeanordnung 9 back to her resting position on the recording 6 spent and the welding begins. As can easily be seen, the respective starting temperature largely depends on the axial distance A1 of the temperature sensor 17 from the later weld 18 ( 4 ).

Zeitgleich mit dem Anwärmen des Schaufelrads 3 wird der Innenraum 19, der im Wesentlichen von Basisplatte 4 und Kuppel 5 umschlossen ist, evakuiert. Dazu ist in eine Vakuumpumpe 20 vorgesehen. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass das Evakuieren des Innenraums 19 auch zeitlich vor oder nach dem Anwärmen erfolgen kann, etwa dann, wenn genügend Zeit zur Ausführung des Verfahrens zur Verfügung steht. Simultaneously with the warming up of the paddle wheel 3 becomes the interior 19 Essentially of base plate 4 and dome 5 is enclosed, evacuated. This is in a vacuum pump 20 intended. Just for the sake of completeness it should be noted that the evacuation of the interior 19 can also take place before or after warming up, for example, if sufficient time is available for carrying out the method.

Die Verschweißung selbst ist in 4 veranschaulicht. Dazu wird von der Schweißanordnung 8 je nach Verfahrensführung ein Laser- oder Elektronenstahl 21 zur Bildung einer Schweißnaht 18 zwischen der Welle 2 und dem Schaufelrad 3 gerichtet. Um eine umlaufende Schweißnaht 18 herzustellen, wird die Kombination aus Welle 2 und Schaufelrad 3 um die Rotationsachse R in Drehung versetzt (angedeutet durch den Pfeil P1). Alternativ dazu kann aber auch in einem anderen – nicht gezeigten – Ausführungsbeispiel die Schweißanordnung 8 um die Kombination aus Welle 2 und Schaufelrad 3 gedreht werden.The weld itself is in 4 illustrated. This is done by the welding arrangement 8th depending on the procedure a laser or electron beam 21 to form a weld 18 between the wave 2 and the paddle wheel 3 directed. Around a circumferential weld 18 produce, the combination of wave 2 and paddle wheel 3 about the rotation axis R in rotation (indicated by the arrow P1). Alternatively, however, in another - not shown - embodiment, the welding arrangement 8th to the combination of wave 2 and paddle wheel 3 to be turned around.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Anordnungarrangement
22
Wellewave
33
Schaufelradpaddle wheel
44
Basisplattebaseplate
55
Kuppeldome
66
Aufnahmeadmission
77
Bohrungdrilling
88th
Schweißanordnungwelding arrangement
99
AnwärmanordnungAnwärmanordnung
1010
Zu- und AbführeinrichtungSupply and discharge device
1111
Greifergrab
1212
Endflächeend face
1313
Flächearea
1414
Zapfenspigot
1515
Sacklochbohrung LuftvolumenBlind hole air volume
1616
Luftvolumen TemperatursensorAir volume temperature sensor
1717
Temperatursensortemperature sensor
1818
SchweißnahtWeld
1919
Innenrauminner space
2020
Vakuumpumpevacuum pump
2121
Laser- oder ElektronenstrahlLaser or electron beam

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zum Verbinden einer Welle 2 mit einem Schaufelrad 3 eines Turboladers, wobei die Welle 2 aus Stahl und das Schaufelrad 3 aus einem eisenfreien Werkstoff auf Nickel-, Wolfram- und/oder Titanbasis gebildet ist, mit einem Fügeschritt, bei welchem eine Seite des Schaufelrads 3 auf eine Endfläche 12 der Welle 2 aufgesetzt wird, mit einen Evakuierschritt, bei welchem ein Raum, in welchem die im Fügeschritt aus Schaufelrad 3 und Welle 2 gebildete Einheit sich befindet, luftleer gepumpt wird, und mit einem im Vakuum ausgeführten Schweißschritt, bei welchem das Schaufelrad 3 und die Welle 2 mittels einer Schweißnaht 18 an der Stelle verschweißt werden, an welcher Schaufelrad 3 und Welle 2 nach dem Fügeschritt in körperlichem Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, dass vor, während und/oder nach dem Schweißschritt zumindest Bereiche B von Welle 2 und Schaufelrad 3, die sich beidseitig der späteren Schweißnaht 16 in Richtung der Rotationsachse R erstrecken, eine Erwärmung erfahren.Method for connecting a shaft 2 with a paddle wheel 3 a turbocharger, the shaft 2 made of steel and the paddle wheel 3 is formed of an iron-free material based on nickel, tungsten and / or titanium, with a joining step, in which one side of the impeller 3 on an end face 12 the wave 2 is placed, with an evacuation step, in which a space in which in the joining step of paddle wheel 3 and wave 2 formed unit is evacuated, and with a vacuum performed welding step, wherein the impeller 3 and the wave 2 by means of a weld 18 be welded at the point on which paddle wheel 3 and wave 2 after the joining step are in physical contact, characterized in that before, during and / or after the welding step at least regions B of shaft 2 and paddle wheel 3 , which are on both sides of the later weld 16 extend in the direction of the axis of rotation R, experience a warming. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung eine induktive Erwärmung einschließt.A method according to claim 1, characterized in that the heating includes an inductive heating. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung 9 zum Einbringen von Wärme in Bauteile vorhanden ist und dass mittels der Anordnung 9 nur die Welle 2 und/oder das Schaufelrad 3 direkt erwärmt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that an arrangement 9 is present for introducing heat into components and that by means of the arrangement 9 only the wave 2 and / or the paddle wheel 3 is heated directly. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißschritt sowohl ein Laserschweißen als auch ein Elektronenstrahlschweißen einschließt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the welding step includes both a laser welding and an electron beam welding. Vorrichtung zum Verbinden einer Welle 2 mit einen Schaufelrad 3 eines Turboladers mit einer Anordnung zum Fügen eines Bauteils in der Form einer Welle 2 und eines Bauteils in der Form eines Schaufelrades 3, mit einer Vakuumpumpe 19, mittels welcher ein Raum, in welchem die Welle 2 und das Schaufelrad 3 gefügt angeordnet sind, evakuiert wird, und mit einer Schweißanordnung 8, mit welcher die Welle 2 und das Schaufelrad 3 verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung 9 zum Erwärmen von Welle 2 und/oder Schaufelrad 3 vorhanden ist.Device for connecting a shaft 2 with a paddle wheel 3 a turbocharger having an arrangement for joining a component in the form of a shaft 2 and a component in the form of a paddle wheel 3 , with a vacuum pump 19 , by means of which a space in which the shaft 2 and the paddle wheel 3 are arranged joined, is evacuated, and with a welding arrangement 8th with which the shaft 2 and the paddle wheel 3 be welded, characterized in that an arrangement 9 for heating wave 2 and / or paddle wheel 3 is available. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung 9 zum Erwärmen nur auf ein Bauteil – Schaufelrad 3 oder Welle 2 – direkt wirkt und dass ein Temperatursensor 17 vorhanden ist, der nur mit dem Bauteil – Schaufelrad 3 oder Welle 2 – in Verbindung steht, auf welches die Anordnung 9 zum Erwärmen nur indirekt wirkt.Apparatus according to claim 5, characterized in that the arrangement 9 for heating only one component - paddle wheel 3 or wave 2 - acts directly and that a temperature sensor 17 is present, the only with the component - paddle wheel 3 or wave 2 - communicating to which the arrangement 9 for heating only indirectly. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung 9 zum Erwärmen auch eine Anordnung zum induktiven Erwärmen einschließt.Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the arrangement 9 for heating also includes an arrangement for inductive heating. Kombination aus Welle 2 und Schaufelrad 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination aus Welle 2 und Schaufelrad 3 entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt worden ist.Combination of wave 2 and paddle wheel 3 characterized in that the combination of shaft 2 and paddle wheel 3 has been prepared according to one of claims 1 to 4. Kombination nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Welle 2 und das Schaufelrad 3 zueinander komplementäre, einen Zapfen 14 und eine Sacklochbohrung 15 aufweisende Fügemittel aufweist, und dass im gefügten Zustand der Zapfen 14 in die Sacklochbohrung 15 eingreift.Combination according to claim 8, characterized in that the shaft 2 and the paddle wheel 3 complementary to each other, a pin 14 and a blind hole 15 comprising joining means, and that in the assembled state of the pin 14 in the blind hole 15 intervenes. Kombination nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass im gefügten Zustand von Zapfen 14 und Sacklochbohrung 15 der Zapfen 14 ein Luftvolumen 16 in der Sacklochbohrung 15 einschließt.Combination according to claim 9, characterized in that in the assembled state of pins 14 and blind hole drilling 15 the pin 14 an air volume 16 in the blind hole 15 includes.
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