CN102046960A - 涡轮机的转子轴以及用于生产涡轮机转子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮机特别是排气涡轮增压器的转子(1)，该转子具有：一个转子叶轮(2)，该转子叶轮具有一个叶轮背侧(3)；并且具有一个转子轴(4)，该转子轴具有一个中间件(5)，转子轴(4)通过该中间件被刚性地连接到转子叶轮(2)上，该中间件(5)配备有一个盘形的平衡板(5A)，该平衡板的外径(D_A)大于转子轴(4)的最大直径(D_4C)并且该平衡板被固定到转子叶轮(2)的叶轮背侧(3)上。

Description

涡轮机的转子轴以及用于生产涡轮机转子的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的一种涡轮机(具体是排气涡轮增压器)的转子、以及根据权利要求13的前序部分的一种用于生产此类型转子的方法。

背景技术

从JP11-320132A已知一种属类的转子，它描述了一种TiAl转子，该转子带有由钛铝合金(TiAl合金)构成的一个涡轮机叶轮，这个涡轮机叶轮是使用由镍基合金构成的一个中间件来刚性地连接到一个钢轴上。将由TiAl构成的涡轮机叶轮紧束到该中间件上是通过高温钎焊来实现的。这种中间件/轴的紧束通过电子束焊接(EB焊接)发生，但还可以通过摩擦焊接来发生。

如同这个复杂的型式，EP 1002935A描述了一种转子，该转子的由TiAl合金构成的涡轮机叶轮是使用一种圆柱形的中间件、通过摩擦焊接刚性地连接到构成支承轴的钢质本体上。因为该中间件在其被连接至涡轮机叶轮上的末端处包括镍基或钴基合金，这1实现了高的机械强度。为了减少不希望的热通量从涡轮机叶轮经由中间件进入钢质本体中的涡轮机侧的支承点之中，该中间件是由多个层构造的，这些层同样是通过多个单独的摩擦焊接操作/步骤来构建的。在这种情况下，应该指出，这样一种型式虽然在涡轮机侧的轴承的方向上提供了一定的热屏障，但尽管如此，考虑到就操作而言的高费用并且还因为这几个单独步骤的成本，针对大型串联应用的背景它还是被判定为是不经济的。

另一份现有技术(EP 0368642B1)说明了一种涡轮机的转子，该转子的涡轮机叶轮包括TiAl合金并且通过摩擦焊接经过由镍基或钴基合金构成的一种中间件被连接到一个钢轴上。

现有技术的所有这些文件所具有的共同之处在于，虽然说明了使用一个中间件将由TiAl合金构成的涡轮机叶轮连接到由一种合金钢构成的轴上的不同的连接方法，但尽管如此它们忽略了用于生产由TiAl合金构成的运转部件所必需的这些制造步骤中的一个重要方面，这个方面涉及成品转子的平衡。

所提到的根据现有技术的所有这些已知的型式具有以下缺陷，即作为一个单独部件的转子的平衡必须在易碎的TiAl合金的涡轮机叶轮上进行，这具有高故障潜能(诱发破裂)并且因此严重减少了部件的使用寿命。

此外，根据现有技术的所有这些型式所具有的共同之处在于，虽然说明了将圆柱形中间件用作由钢构成的轴与由TiAl合金构成的涡轮机叶轮之间的一种连接，但这些型式并未使之有可能在该中间件上执行任何平衡性切除以便在用于涡轮机的转子的这些目前可接受的限度内将该部件平衡。

此外，根据现有技术的所有这些型式所具有的共同之处在于，与就力度而言的上述缺点一起，总是要在TiAl合金中(不论该部件中的平衡标记的位置)在2个平面中必须完成一种必要的平衡方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供根据权利要求1的前序部分的一种转子以及用于生产根据权利要求13的前序部分的这种类型的转子的一种方法，它们允许以一种技术简单并且可靠的方式，至少极大地免除了损害地来平衡该转子。

这个目的是通过权利要求1的这些特征、或者就该方法而言是通过权利要求13的这些特征来实现的。

因此，根据本发明，存在着以下可能性，即使用一个中间件作为转子轴(钢轴)与转子叶轮(特别是以由TiAl构成的涡轮机叶轮的形式)之间的一种连接元件、以及该中间件的一种几何形状的设计(优选是盘的形式)，这样使得可以通过本身已知的多种平衡方法在该中间件中在该转子叶轮的叶轮背侧上进行平衡。

这就是说，该中间件(优选是在镍基或钴基合金的基础上)将两个功能组合在一个部件上：

将由一种金属间钛铝合金(TiAl)构成的一个涡轮机叶轮连接到由钢构成的一个轴上，并且

使用多种经济的型平衡工艺对该转子进行平衡。

这些从属权利要求包含对根据本发明的转子以及方法的多种有利的改进。

根据本发明，相应地通过中间件的优选地进行优化的几何形状可以消除现有技术的这些缺陷，换言之，这意味着将用于平衡所要求的特殊区域从涡轮机叶轮中移出到该中间件的几何形状之中是有可能的。

由于将转子叶轮(涡轮机叶轮)与中间件组装在一起的制造步骤与在一个分离的工作步骤中将这个组件连接到转子轴上的制造步骤是分离的，因此产生了一种用于连接整个转子的高效率方法，以下更详细地论及该方法。

由转子叶轮以及中间件(没有轴)组成的一种复合结构的解说如下：

将由镍基或钴基合金构成的中间件紧束到由TiAl合金构成的涡轮机叶轮上可以通过摩擦焊接、CD焊接或高温钎焊来进行。

由于涡轮机叶轮与中间件的构造的紧凑类型，高温钎焊(它构成了将由TiAl构成的涡轮机叶轮连接到由镍基或钴基合金构成的中间件上的有利形式)可以作为一种真空钎焊工艺(例如，在一个利用高负载的熔炉中)相对成本有效地进行，从而保留了中间件的镍基或钴基合金的强度。在这种情况下，在连接工艺的过程中这些最低的可能的机械力作用在易碎的TiAl合金上。此外，作为对于钎焊工艺所必要的温度的结果，TiAl合金的延展性被增大。然而，钎焊工艺的温度管理必须被设置为使得在该连接法的过程中发生的温度以及必要的时间不会由于不希望的相转变而引起TiAl合金强度的降低。

此外，由镍基或钴基合金制造该中间件是有利的，因为该中间件的材料在退火阶段没有减少。人们已知，在将一个由高合金钢构成的轴直接钎焊(使用或不使用真空)到一个由钛铝合金构成的涡轮机叶轮上时，这种轴材料的退火(强度)被减少或被破坏。有可能对整个连接的转子随后进行退火，但这种方法是不经济的，并且在该部件中出现了高热损伤以及变形，这种高热损伤以及变形无法确保该部件有效的进一步加工。

此外，有利地变得清楚的是，由于使用了由镍基或钴基合金构成的一个中间件，这不仅使一种在室温以及在高达700℃的温度下均具有高机械强度的转子是可能的，而且还可以在目前的排气涡轮增压器转子的这些必须的平衡限度之内以高的加工可靠性使转子得到平衡。

此外，可以更有效地实现将由镍基合金构成的中间件焊接连接到由TiAl合金构成的涡轮机叶轮上同时保留其强度，这是因为例如与将钢轴直接到由TiAl合金构成的一个部件上的焊接连接相比有待连接(简单的拉伸手段)的这些部件的更小的构造空间。

一个有利的型式是通过电子束加热的真空钎焊，这种真空焊接可以通过在常规的电子束焊接设备上的多个适配的参数来执行。通过电子束引入的热量有利地发生在该中间件上(通过聚焦的或散焦的EB束)。这些电子束参数要根据该部件的形式以及质量来选择。这些部件的限定的预拉伸确保了这些部件在钎焊操作过程中被固定在正确的位置中，而同时这些部件进行转动。将该操作一直保持到有待连接的这两个部分(即涡轮机叶轮以及中间件)均匀的完全加热，并且在涡轮机叶轮与中间件之间实现了焊料的液相。将温度短暂保持在该焊料的熔化温度之上，这确保了获得这两个连接方的完全湿润。

就这种方法而言，通过EB束的加热在真空中进行、并且因此具有以下优点，即有待连接的这些部件不发生不希望的反应，具体是防止了TiAl与大气中氧的反应。此外，由惰性气体或还原气体组成的气氛对于该工艺是不必要的。

可替代地，通过非真空的钎焊、通过在惰性气体或还原气体(例如，氩)的气氛中通过高频(HF)热源对中间件和涡轮机叶轮进行加热，可以发生将中间件紧束到涡轮机叶轮上。

对于非真空钎焊的另一种可能性是通过激光束将这些部件加热并且与其一同将焊料加热成液相。

整个转子(包括轴)的解说如下：

实现了连接整个转子的方法的有效性，这是由于有可能使用多种常规方法(如摩擦焊接、电子束焊接、激光焊接、CD焊接以及高温钎焊)来将中间件或涡轮机叶轮复合结构(包括中间件)连接到轴上。

一个有利的型式说明了通过电子束焊接的连接。

将中间件或涡轮机叶轮复合结构(包括中间件)连接到由钢构成的轴上是在常规的EB焊接设备中进行的，这些焊接设备可以通过与将由钢构成的轴EB焊接到由镍基合金构成的涡轮机叶轮上的焊接参数相类似的那些焊接参数来操作。

作为所使用的工艺的结果的具体特征产生了以下用于生产整个转子的可能性。整个转子的所有这些部件(由TiAl构成的涡轮机叶轮、由镍基或钴基合金构成的中间件、由钢构成的轴)都被引入到在EB焊接机中的一个适配的夹具中并且在这些工作步骤(钎焊和焊接)过程中通过一个限定的预应力被固定在正确的位置中。另外几何形状的实施方式(如在有待连接的这些部件之间的配合)也是可能的。涡轮机叶轮以及中间件的焊接连接是在一个工作步骤中通过电子束完成的。中间件与由钢构成的轴的EB焊接发生在一个进一步的工作步骤中。

具有整合的中间件的轴：

本发明的一个处于TiAl转子的形式的有利的实施方案再前进了一步并且通过将中间件与轴组合成由镍基或钴基合金构成的一个部件减少了部件的数量，该部件通过高温钎焊被连接到由TiAl构成的涡轮机叶轮上。可以实现轴与中间件的这种组合的一种有利改进，例如，用锻造工艺(形成工艺)、挤压工艺、失蜡铸造工艺或金属注入模制方法(MIM方法)。

平衡：

转子的平衡有利地发生在叶轮背侧的一侧上(仅在中间件上)，该中间件借助于其圆柱形盘形式的几何设计产生了对于平衡该转子的过程必要的可供使用的区域。此外，在此变得清楚的是，通过增大中间件的圆柱形外径使转子的质量惯性矩增加。

中间件的一种有利型式说明了一个外径D_A，该外径小于或等于涡轮机叶轮的轮毂的入口直径。因为当与由TiAl合金构成的涡轮机叶轮相比较时由镍基或钴基合金构成的中间件的明显更高的密度(镍基或钴基合金的密度与TiAl合金的密度之比是2∶1)，这变得有可能使得带有由TiAl合金构成的涡轮机叶轮的一种转子通过移除材料(可能的平衡方法：铣削、研磨、侵蚀)甚至在减小的平衡半径上就转子作为一个单独部件的平衡而言达到这些所要求的限度之内。

平衡铣削可以是自动化的并且因此可以通过简单的涡轮机叶轮/中间件型式来经济地进行。

总之，最重要的是，产生了以下这些优点：

(通过在真空熔炉中高温钎焊、摩擦焊接、CD焊接、通过电子束的真空钎焊工艺、在由惰性气体或还原气体组成的气氛中通过HF加热源或激光加热的非真空钎焊)优选由TiAl合金构成的涡轮机叶轮有效地连接到优选由镍基或钴基合金构成的中间件上，其中在该连接方法的过程中保留了中间件的强度。

使用该中间件：

将TiAl涡轮机叶轮连接到钢轴上，

当转子处于运转时，减少从涡轮机侧进入位于最接近该涡轮机侧的支承点中的热通量，

为了平衡该整个转子，使用了有效的、可自动平衡的工艺，如铣削、研磨或侵蚀。

有可能将轴与中间件有利地有效地组合成由镍基或钴基合金构成的一个部件，其中保持了平衡转子的所说明的有效方法的可能性。

除了该中间件的单一件的型式之外，如所说明的，还额外地存在着中间件的多件式设计的可能性，或者通过任选的制造方法存在着轴与中间件或中间件与涡轮机叶轮的另外的可替代组合的可能性。

这些示例性实施方案将在以下予以更详细的予以说明。

通过MIM方法(MIM：金属注入模制)生产的复合式中间件

复合式中间件由不同材料的至少两个部分组成，这两个部分通过MIM方法被连接成一个部件。这种复合式中间件的有利型式将镍基或钴基合金与钢合金相结合。

通过将具有不同物理性质的材料结合在一个复合式中间件中，所实现的是当钢轴被随后连接到该复合式中间件上以及连接到由TiAl合金构成的涡轮机叶轮上时，具有相似的物理性质的材料被彼此连接，这对于该工艺具有一种积极的效果。

此外，如果对于多部分的复合式中间件的材料有适当选择，则有可能在整个转子的这些部件的这些单独的材料之间提供正确分级的转变。一方面，这就传导到该轴中的热量而言提供了优点，并且在另一方面给出了以下期望，即由于转子的这些单独部件的多个协调的热膨胀系数，当转子处于运转时在温度作用下的应力被减小。

另外的有利型式：

涡轮机叶轮由2种不同材料(有利的是由一种钛铝合金以及镍基或钴基合金)构造为一种复合式涡轮机叶轮；

该中间件是由镍基或钴基合金并且通过MIM方法来生产的。该涡轮机叶轮也是由一种钛铝合金并且同样是通过MIM方法来生产的。将这两个部分组合成复合式涡轮机叶轮同样是通过MIM方法进行的；

由镍基或钴基合金构成的中间件是通过锻造或失蜡铸造来生产的。由TiAl合金构成的涡轮机叶轮是通过MIM方法来生产的。涡轮机叶轮以及中间件的复合结构同样是通过MIM方法而获得的；

由镍基或钴基合金构成的中间件是通过MIM方法来生产的。由钛铝合金构成的涡轮机叶轮是通过失蜡铸造工艺或离心铸造工艺来生产的。涡轮机叶轮与中间件的复合结构是通过MIM方法来获得的；

由镍基或钴基合金构成的中间件是通过MIM方法来生产的。由钛铝合金构成的涡轮机叶轮是通过失蜡铸造工艺或离心铸造工艺来生产的。涡轮机叶轮与中间件的复合结构是通过失蜡铸造方法或离心铸造方法来获得的；

由镍基或钴基合金构成的中间件是通过锻造或失蜡铸造来生产的。由钛铝合金构成的涡轮机叶轮是通过失蜡铸造工艺或离心铸造工艺来生产的。涡轮机叶轮与中间件的复合结构同样是通过失蜡铸造工艺或离心铸造方法来获得的；

中间件与轴均是由作为复合部件的镍基或钴基合金通过锻造或失蜡铸造来生产的。由钛铝合金构成的涡轮机叶轮是通过失蜡铸造工艺或离心铸造工艺来生产的。转子是通过组合在中间件区域中的涡轮机叶轮与轴/中间件的复合铸造(失蜡铸造或离心铸造)来生产的；

由不同材料(至少两种)构成的多部分的中间件是由MIM方法来生产的。由钛铝合金构成的涡轮机叶轮是通过MIM方法来生产的。一个多部分的中间件以及该涡轮机叶轮的复合结构是通过MIM方法来获得的。根据本发明以上说明的这些型式的多种组合是可能的。

附图说明

本发明的进一步的细节、优点和特征可以参照附图从多个示例性实施方案的以下说明中得到，在附图中：

图1通过略微简化的图形展示了根据本发明的一种转子的一个第一实施方案；

图2示出了根据本发明的转子的一个第一实施方案的截面图示；

图3示出了一个第二实施方案的对应于图1的图示；

图4示出了一个第二型式的对应于图2的图示；

图5示出了根据本发明的转子的一个第三实施方案(轴与中间件的一件式复合结构)的对应于图2和图4的图示；

图6示出了根据本发明的转子的一个第四实施方案的对应于图2和图4的图示；

图7示出了根据图2的转子的一个部分放大视图；

图8示出了转子叶轮的一个第一设计变体的图示；

图9示出了转子叶轮的一个第二设计变体的对应于图8的图示；

图10示出了转子叶轮的一个第三设计变体的图示；

图11示出了转子叶轮的一个第四设计变体的对应于图10的图示；

图12示出了中间件的一种替代几何形状的设计；

图13示出了中间件的另一种替代几何形状的设计；

图14A、图14B示出了来自图3的转子中间件的替代几何形状；

图15示出了来自图6的转子中间件的一种替代几何形状，它被展示在将中间件连接到涡轮机叶轮上的过程中；

图16示出了来自图15的涡轮机叶轮/中间件的复合结构，被展示为来自图15(引入了中间件/轴紧束的几何形状)的基本复合结构的再加工；

图17示出了来自图5的轴与中间件的组合的另一个型式的图示；

图18示出了多部分的中间件的图示；

图19示出了来自图18的中间件的一种设计变体的图示；

图20示出了通过EB束将中间件5与转子叶轮进行EB钎焊或加热工艺的更加简化的图形展示；

图21示出了正通过EB束焊接或者在通过EB束钎焊之后的在图20中所说明的中间件5以及转子叶轮2的复合结构的部分放大视图；并且

图22示出了在图21中所展示的中间件5的再加工的几何形状的复合结构的放大的部件视图。

参考符号清单

1         转子

2         转子叶轮(涡轮机叶轮)

3         叶轮背侧

4         转子轴

4A，B，C  轴部分

5         中间件

5A        平衡板(与中间件5成一体或可连接到其上)

6         平衡区域

7         (紧束)轴颈轴

8         腔体/孔

9         定中心的凸榫

10        定中心的凹部

11        平衡工具

12        凹陷

13        凹陷/末端区域的边缘

14        凸起/隆起的转子叶轮

15        腔体

16        中间件上的斜面

17        中间件上的凹陷

18        焊料的图形展示

19        保留的剩余间隙

20        轴向湿润

21        径向湿润

22        边缘区域

23        由钢合金构成的片段

24        由镍基或钴基合金构成的片段

25        多部分的复合中间件

26        束紧处

27        带有斜面的由镍基或钴基合金构成的片段

28        用于中间件的夹具(图形展示)

29        用于转子叶轮的夹具(图形展示)

30        预拉伸(力的方向)

31        电子束

32        在连接工艺的过程中部件的旋转/转动运动方向

D_2a       凹陷12的直径值

D_4A，D_4B，D_4C 轴的直径值

D_Z，D_A，D₁₇   中间件的直径值

D_12a，D_12b，D₉；

D₁₀，D₁₁      转子叶轮的直径值

S₁₇           间隙

D             平衡工具的转动方向

α，β，γ，δ，ε角

NA            机械再加工

具体实施方式

图1展示了涡轮机(例如，它可以是一种排气涡轮增压器)的根据本发明的转子1的一个第一实施方案。转子1具有一个转子叶轮2，该转子叶轮在排气涡轮增压器的情况下例如可以是涡轮机叶轮。转子叶轮2具有一个叶轮背侧3。此外，转子1具有一个转子轴4，该转子轴通过一个中间件5被固定到转子叶轮2上。在所展示的实例中，转子轴4具有指定了直径D_4A、D_4B和D_4C的三个轴部分4A、4B和4C，轴部分4C包括了最大的直径。

为了更清楚的理解，图2以截面展示了来自图1的转子。中间件5具有一个腔体8，该腔体具有一个孔径D_Z，该孔径小于转子轴的直径D_4C。转子轴4具有一个束紧轴颈7，该轴颈接合在中间件5的腔体8中，这个腔体8形成了(如果合适的话与安排在该转子轴中的一个腔体一起，但在图2中是不可见的)一种热节流。中间件5被安排在叶轮背侧3的一个凹陷中，稍后对此更详细地论及(可替代地，在一个伸出部分上)。在图2所展示的实施方案中，转子叶轮或涡轮机叶轮2可以由TiAl合金构成，其中中间件5可以由Ni/Co基合金构成并且转子轴4可以由一种高合金或低合金钢构成。转子叶轮2以及中间件5可以通过高温钎焊彼此相连接。转子轴4和中间件5可以通过一种EB焊接操作彼此相连接。

对此可替代地，有可能通过摩擦焊接工艺或电容放电焊接工艺(CD焊接工艺)彼此相连接。将中间件紧束到转子叶轮上同样可以通过一种CD焊接操作而发生。

此外，该热节流可以包括在轴4中并且在中间件5中的一个孔。

如由图2可以得出，该中间件的外径D_A大于直径D_Z并且还大于D_4A、D_4B和D_4C。它径向向外界定了可能在中间件上的一个平衡区域6。如在图2清楚的是转子轴4和中间件5是分离的、但互连的两个部件。就部件的数量而言，稍后将论及将这两个部件组合的多个有利的型式。

在根据图3的实施方案中，转子轴4和中间件5是分离的一件式部件，如在图1中已经是清楚的。还在这个型式中，转子轴4被中间件5连接到转子叶轮2上。

为更清楚地理解，图4以截面展示了来自图3的转子。同样在此如从图4的展示中可以获得，转子轴4和中间件5的形式是一件式型式，再一次在叶轮背侧3中提供了一个凹陷，但在此具有一个定中心的凸榫9。定中心的凸榫9接合在中间件5中的孔或腔体8的一个对应形成的定中心的凹部10中。根据图4的实施方案的这些部件(它们被给出了与图2中的相同的参考符号)在其他方面对应于第一实施方案的那些，并且因此可以参考以上说明。

图5展示了根据本发明的转子1的一个第三实施方案。在此，转子轴4以及中间件5的形式是单一件或一件式型式，再次在叶轮背侧3中提供了一个凹陷，但在此带有一个定中心的凸榫9。定中心的凸榫9接合在中间件5中一个对应形成的定中心的凹部10之中。此外，图5通过展示一个具有转动方向D的平衡工具11使得如何可以执行根据本发明的平衡操作变得清楚。平衡工具11(具体被设计为一种平衡铣刀)可以在平衡区域6上引入(径向地分配在圆周上)至少一个平衡标记，以便在这个平面所要求的这些限度之内在这个平面中使转子1的整个部件平衡。

图6以截面展示了根据本发明的转子1的一个第四实施方案。转子轴4和中间件5是以单一件型式形成的，在叶轮背侧3中没有提供凹陷，而提供一个隆起14。此外，还展示了一个定中心的凸榫9。定中心的凸榫9接合在中间件5中的孔Dz的一个对应形成的定中心的凹部10中。转子轴4具有一个额外的腔体15，该腔体用作一种热节流。可替代地，还可以将转子轴生产为不具有额外的腔体15。

图7表示了具有定中心的凸榫9以及(定中心的)凹部10的紧束区域的一个放大图示，通过一种合适的设计凹部可以具有一种热节流效应。此外，在此展示了当这些部件连接在一起时所形成的腔体8。

图8展示了转子叶轮2的一种设计变体，图中清楚展示了将凹陷12(以上已经提到的)放置在用于接收中间件5的叶轮背侧3中。具体地讲，应该参见凹陷12的最外端区域13的角α，在该实例中它总计约90°。直径D_2a应选择为使得中间件5的定中心的外径D_A变得有可能。

图9展示了来自图8的转子叶轮2的第二设计变体，该转子叶轮在叶轮背侧3中也具有凹陷12。凹陷12的末端区域13的角β在此可以是在90°至170°的范围内。

图10展示了转子叶轮2的第三设计变体，该转子叶轮在叶轮背侧3中也具有配备了定中心凸榫9的凹陷12。凹陷12的最外端区域13的角α在该实例中总计约90°。凸榫9的直径D₉以及凹陷12的直径D₁₀是与中间件5的孔径D_Z以及外径D_A相协调的，这样使得在这些部件的连接过程中不出现受力的状态，而同时使助焊剂得以保持并且使其成为可能。

图11展示了转子叶轮2的第四设计变体。转子叶轮2具有一个倾斜的末端区域13。凹陷12的末端区域13的角β在此可以是在90°至170°的范围内。

图12展示了具有一个斜面16的中间件5的一个替代型式。斜面的角γ可以是在0°与45°之间变化。

这个中间件没有通孔，而是改为仅具有一个凹陷17。这个凹陷17例如可以用作处于粉末或者糊形式的焊料18的一个储存器。

此外，图13展示了中间件5的一个替代型式，该图示出了该中间件没有孔。

图14A和图14B展示了如在图12中说明的中间件5的替代型式。用于生产中间件5以及转子叶轮2的复合结构的一个替代工艺流程可以显示如下：

中间件5具有一个凹陷17，它未被设计为通孔的。在凹陷17中引入处于粉末或者糊形式的一种焊料。转子叶轮2具有一个定中心的凸榫9。这两个部件(5和2)被插入彼此之中。凹陷17应被设计为使得当这两个部件5和2被插在一起时，在定中心的凸榫9与凹陷17之间保留的剩余间隙19就体积而言是如此大而使它可以接收用于钎焊所必须的焊料18的量。凹陷的直径D₁₇以及定中心的凸榫9的直径D₉必须被选择为使得在两侧上均匀地建立了一个钎焊间隙S₁₇。例如，中间件5以及涡轮机叶轮12的复合结构被放置在一个夹具(在图14中未展示)中，用于在熔炉中的真空钎焊。例如，在此获得了用于达到该焊料的液相所必须的温度。

就作为部件的来自图6的中间件5以及转子1的转子叶轮2的几何形状而言，图15图解展示了中间件5以及涡轮机叶轮2的复合结构的所希望的助焊剂。然而，这种助焊剂也可以转变到在图14中所描述的5和2的复合结构上。这两个部件(2和5)的径向湿润21以及轴向湿润20应认为是有利的。

来自图15的复合结构被展示为图16中的一个被再加工的部件。在作为两个部件的中间件5以及转子叶轮2被彼此相连接之后，如图15所说明的，例如，通过高温钎焊或者使用一种加热这些部件的电子束的钎焊，将用于轴4的一种紧束的几何形状通过机械再加工NA(例如，车床车削和/或研磨工艺)引到中间件5上，以便之后将所述轴连接到中间件5上，例如通过EB焊接或摩擦焊接。此外，取决于切削体积和切削费用，在作为两个部件的中间件5以及转子叶轮2的外部边缘区域22上还可以进行一种查验切削。通过这样一种切削，例如，有可能查出这些部件是否完全湿润以及在这个区域中是否已经发生所希望出现的焊料。

图17展示了在图5中所展示的轴4以及中间件5的组合的另一个型式，该另外的型式具有一个斜面。这个斜面的角δ可以在0°与45°之间变化。

通过将中间件5以及轴4(均由镍基或钴基合金构成)组合成一个部件，产生了具有减少了部件的一个变体。例如，在锻造工艺(形成工艺)、挤压工艺、失蜡铸造工艺或通过MIM方法所产生的一个部件的形式中可以产生轴与中间件的组合的这种有利的构形。

图18展示了通过MIM方法生产的多部件的复合中间件25。复合中间件25包括不同材料的至少两个部件23、24，这两个部件同样由MIM方法生产并且然后在紧束处26被连接成一个部件25。这种复合中间件的一个有利型式使由镍基或钴基合金构成的片段24与由钢合金构成的片段23相组合。

图19展示了在图18中所描述的多部分的复合中间件25的一个替代型式，该中间件在由镍基或钴基合金构成的片段27上额外地具有一个斜面，该斜面具有1°至45°的角ε。

图20展示了使用均匀加热这两个部件的一个电子束31将中间件5连接到转子叶轮2上的一个更加简单的图形型式。不考虑在图1至图6中所说明的中间件5的这些不同的几何形状设计并且不考虑相关的转子叶轮2，图20旨在展示一种可能的电子束钎焊工艺。在此用图形展示了中间件5被定位于一个夹具28中；同样用图形展示了转子叶轮2是处于一个夹具29中。热量通过电子束31的引入有利地发生在中间件5上(具有聚焦的或散焦的EB束)。这些电子束参数应根据部件的形状和质量来选择。这些部件的限定预拉伸30确保了在钎焊操作过程中将这些部件固定在正确的位置中，而同时这些部件根据箭头32转动。维持这种操作直到作为有待连接的两个部件的转子叶轮2和中间件5(没有轴)实现了完全地均匀加热并且实现了焊料的液相。主要保持在焊料的熔化温度之上的温度确保了实现作为两个并接方的转子叶轮2以及中间件5的完全湿润。就该方法而言，在真空中发生了通过EB束31的加热，并且因此具有以下优点，即没有发生有待连接的这些部件的不希望的反应，具体是避免了TiAl与大气中氧的反应。

图20中所说明的工艺的一个替代型式再前进一步并且不但使用了由镍基或钴基合金构成的一个中间件5，而且还使用了在图5和图17中所示的将轴4和中间件5(二者均由镍基或钴基合金构成)进行组合的一个型式。

图21示出了具有一个斜面16的复合中间件5以及转子叶轮2的一个放大的细节。通过一个合适的设计，可以使用斜面16以便吸收中间件的材料的可能的变形或相转换，这是由于在加热过程中通过中间件5上的EB束31的局部高温。通过一种适当的设计，可以吸收由于斜面16所引起的材料的积聚而在中间件5的表面质量上的变形和不利影响。通过一个机加工步骤(例如在图22中用图形展示了车床车削的形式、铣削和/或研磨)可以将受影响的区域去除。这可以发生在获得中间件5(没有轴)以及转子叶轮2的复合结构的阶段、或者另外在根据图1至图6所示型式在连接好的转子上。

因此，总之，必须讲明，根据本发明提供了涡轮机的一个转子1，该转子在使用排气涡轮增压器的情况下可以配备有一个涡轮机叶轮2，该叶轮暴露于高温并且由基于非铁金属合金的一种合金(特别是一种γ-TiAl合金)构成。转子轴或轴承轴4可以由低合金或高合金钢(马氏体的和/或奥氏体的)以及一个中间件5构成，通过该中间件涡轮机叶轮2被刚性地连接到转子轴4上并且所连接的转子1通过该中间件被固定在叶轮背侧3上的涡轮机叶轮2的平衡面6中。涡轮机叶轮与中间件5之间的连接可以通过高温钎焊、使用一种高温焊料(镍基焊料、AgCu焊料、AgGa焊料)在熔炉中进行。在这种情况下，该中间件可以由Ni/Co基合金构成并且它使之有可能通过一种在操作上可靠的方式来平衡转子1。中间件5与优选由钢构成的转子轴4之间的连接可以通过一种熔化焊接工艺来进行。

此外，替代地，有可能通过一种CD焊接或摩擦焊接工艺来进行中间件5到由马氏体或奥氏体钢构成的转子轴4上的紧束。

此外，有可能由非铁金属合金(特别是TiAl合金)构成的涡轮机叶轮2与由Ni/Co基合金构成的中间件5之间的连接可以通过CD焊接、摩擦焊接或者一种强制连接(例如，像按下/压缩)来进行。

根据本发明的方法的这些原则，转子1的平衡是通过将至少一个平衡标记施加在平衡区域6中实现的。

由涡轮机叶轮2以及中间件5构成的这种复合结构可以通过在一种保护气的气氛(氩清理)下的高频连接操作来加热并且通过HT钎焊材料(钎焊箔片、钎焊粉末、钎焊糊)来连接。

可替代地，有可能将该中间件与转子轴彼此相连接成一体，例如通过一种MIM工艺。

同样有可能的是在一个优化的型式中(例如，通过用于焊接连接方法的适配的材料性质)在MIM工艺中形成多部分的中间件5、或者通过失蜡法对它进行铸造或对它进行锻造。

此外，借助根据本发明的方法，通过将这些部件组合成一个部件可以实现必要部件的数量上的减少，在这种情况下，具体地讲，该转子轴和该中间件可以由Ni/Co基合金构成。

还在这个最后提出的变体中，有可能使用一种失蜡铸造方法或一种锻造方法。

这种转子叶轮或涡轮机叶轮通过不同的方法(如机械的或ECM方法)可以在叶轮背侧上配备有以上说明的凹陷，这种凹陷在一个特别优选的实施方案中具有同样已经说明了的定中心的凸榫。

通过一种铸造工艺可以进行这种涡轮机叶轮的生产，其中在铸造的框架内产生了该凹陷。

除本发明的书面披露外，特此明确地参考其在图1至图22中的图解说明。

Claims (18)

1.一种涡轮机特别是排气涡轮增压器的转子(1)，

具有一个转子叶轮(2)，该转子叶轮具有一个叶轮背侧(3)，并且

具有一个转子轴(4)，该转子轴具有一个中间件(5)，通过该中间件该转子轴(4)被刚性地连接到该转子叶轮(2)上，

其特征在于，

该中间件(5)配备有一个盘形的平衡板(5A)，该平衡板的外径(D_A)大于该转子轴(4)的最大直径(D_4C)并且该平衡板被固定到该转子叶轮(2)的叶轮背侧(3)上。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，该中间件(5)具有一个孔(8)，该孔具有一个孔径(D_Z)，该孔径小于该转子轴(4)的最大直径(D_4C)。

3.如权利要求1所述的转子，其特征在于，该中间件(5)具有一个孔(8)，该孔具有一个孔径(D_Z)，该孔径大于该转子轴(4)的最小直径(D_4A)。

4.如权利要求1、2或3所述的转子，其特征在于，该中间件(5)中的孔(8)是带有直径(D_Z)的一个通孔或者是带有直径(D_Z)的一个盲孔。

5.如权利要求1至4之一所述的转子，其特征在于，该中间件(5)是可连接到该转子轴(4)上的一个分离的部件。

6.如权利要求1到4之一所述的转子，其特征在于，该中间件(5)与该转子轴(4)是形成一体的。

7.如权利要求1至6之一所述的转子，其特征在于，一个优选圆柱形的凹陷(12)被安排在该叶轮背侧(3)中。

8.如权利要求7所述的转子，其特征在于，该中间件(5)的直径(D_A)是与该凹陷(12)的直径相适配的。

9.如权利要求7或8所述的转子，其特征在于，一个定中心的凸榫(9)被安排在该凹陷(12)中。

10.如权利要求1至6之一所述的转子，其特征在于，一个优选圆柱形的隆起(14)被安排在该叶轮背侧(3)上，该中间件(5)的直径(D₁)是与该隆起(14)的直径相适配的。

11.如权利要求10所述的转子，其特征在于，一个定中心的凸榫(9)被安排在该隆起(14)上。

12.如以上权利要求之一所述的转子，其特征在于，该转子叶轮(2)由钛铝合金构成并且该中间件(5)由一种镍基或钴基合金构成。

13.一种用于生产涡轮机特别是排气涡轮增压器的转子(1)的方法，该方法具有以下方法步骤：

通过一个中间件(5)将一个转子轴(4)连接到一个转子叶轮(2)上；并且

平衡该转子(1)，

特征为以下方法步骤：

形成具有一个外径(D_A)的该中间件(5)，该外径大于该转子轴(4)的直径(D_4C)；

通过将该中间件(5)固定到该转子叶轮(2)的叶轮背侧(3)上将该转子轴(4)连接到该转子叶轮(2)上；并且

通过在该中间件(5)上施加至少一个平衡标记来平衡该转子(1)。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该平衡标记被施加到该中间件(5)的圆周上。

15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，

通过在真空下在一个熔炉中的高温钎焊或者通过一个电子束或激光束加热或者通过一种高频热源的钎焊将该中间件(5)连接到该转子叶轮(2)上。

16.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，

通过一种MIM方法将该中间件(5)连接到该转子叶轮(2)上，该转子叶轮是通过一种MIM方法生产的。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该中间件(5)是一个通过该MIM方法或失腊铸造方法生产的部件。

18.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，

通过在真空下在一个熔炉中的高温焊接或者通过一个电子束或激光束加热或者通过一种高频热源的钎焊将该中间件(5)连接到该转子叶轮(2)上。

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