DE102008059617A1 - Rotor for exhaust-gas turbocharger of internal-combustion engine of motor vehicle, has bush radially connected inside shaft and outside turbine wheel, where bush is soldered or welded with shaft - Google Patents

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Martin Dr. Schlegl
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Abstract

The rotor (2) has a turbine wheel (4) made of titanium aluminide, and a shaft (5) made of steel and fixedly connected with a compressor wheel (3) and the turbine wheel. A bush is radially connected inside the shaft and outside the turbine wheel. The bush is soldered or welded with the shaft. The bush is sintered with the turbine wheel and formed as a press mold part, injection molding part and as a sintered part. The bush is formed as a thermal insulator.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einem derartigen Rotor ausgestatteten Abgasturbolader.The The present invention relates to a rotor for an exhaust gas turbocharger an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with the features of the preamble of claim 1. The invention relates also equipped with such a rotor Turbocharger.

Aus der US 2006/0021221 A1 ist ein Rotor für einen Abgasturbolader bekannt, der an einem Turbinenrad aus einem Titanaluminid und eine Welle aus Stahl aufweist, die drehfest mit dem Turbinenrad verbunden ist. Hierzu ist am Turbinenrad ein koaxialer Ansatz ausgeformt, der in eine an der Welle ausgeformte Buchse eingesteckt und darin verlötet ist.From the US 2006/0021221 A1 For example, a rotor for an exhaust gas turbocharger is known, which has on a turbine wheel of a titanium aluminide and a shaft made of steel, which is non-rotatably connected to the turbine wheel. For this purpose, a coaxial approach is formed on the turbine wheel, which is inserted into a socket formed on the shaft and soldered therein.

Aus der EP 1 507 062 A2 ist ein Rotor bekannt, bei dem ein Turbinenrad aus Titanaluminid und eine Welle aus Stahl dadurch drehfest miteinander verbunden werden, dass die Welle mit dem Turbinenrad versintert wird, das heißt, die Welle wird in den Sintergrünling des Turbinenrads eingesetzt und zusammen mit dem Sintergrünling gesintert.From the EP 1 507 062 A2 For example, a rotor is known in which a turbine wheel of titanium aluminide and a shaft made of steel are non-rotatably connected by sintering the shaft with the turbine wheel, that is, the shaft is inserted into the sinter green compact of the turbine wheel and sintered together with the sintered green compact.

Aus der US 7,241,416 B2 ist ein weiterer Rotor bekannt, bei dem die Welle aus Stahl mit dem Turbinenrad aus Titanaluminid versintert ist. Hierbei wird für den Sintervorgang zwischen der Welle und dem Turbinenrad eine Bindemittelschicht angeordnet.From the US 7,241,416 B2 Another rotor is known in which the shaft made of steel is sintered with the turbine wheel of titanium aluminide. Here, a binder layer is arranged for the sintering process between the shaft and the turbine wheel.

Aus der WO 2006/105891 A1 ist ein Rotor für einen Abgasturbolader bekannt, der ein Verdichterrad, ein Turbinenrad aus einem Metallaluminid und eine Welle aus Stahl umfasst. Das Turbinenrad ist mit der Welle reibverschweißt, wozu ein Zwischenstück aus einer Nickel-Legierung verwendet wird. Das Zwischenstück ist dabei axial zwischen dem Turbinenrad und der Welle angeordnet.From the WO 2006/105891 A1 For example, a rotor for an exhaust gas turbocharger is known which comprises a compressor wheel, a turbine wheel made of a metal aluminide and a shaft made of steel. The turbine wheel is friction welded to the shaft, using an intermediate piece of nickel alloy. The intermediate piece is arranged axially between the turbine wheel and the shaft.

Aus der US 6,291,086 B1 ist ein weiterer Rotor mit einem Verdichterrad aus Aluminium, einem Turbinenrad aus Titanaluminid und einer Welle aus Stahl bekannt, wobei zur drehfesten Verbindung zwischen Turbinenrad und Welle ein Verbindungsstück verwendet wird. Das Verbindungsstück besteht wieder aus einer Nickellegierung und ist sowohl mit der Welle als auch mit dem Turbinenrad reibverschweißt.From the US 6,291,086 B1 Another rotor is known with a compressor wheel made of aluminum, a turbine wheel made of titanium aluminide and a shaft made of steel, wherein a connecting piece is used for the rotationally fixed connection between the turbine wheel and shaft. The connector is again made of a nickel alloy and is friction welded to both the shaft and the turbine wheel.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Rotor der eingangs genannten Art bzw. für einen damit ausgestatteten Abgasturbolader eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie vergleichsweise preiswert herstellbar ist.The The present invention addresses the problem of for a rotor of the type mentioned or for an exhaust gas turbocharger equipped therewith an improved or specify at least one other embodiment, which characterized in particular by the fact that they are comparatively inexpensive can be produced.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this problem by the objects of the independent Claims solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Verbindung zwischen dem Turbinenrad aus einem Titanaluminid und der Welle aus Stahl mit Hilfe einer Buchse zu realisieren, die einerseits mit der Welle und andererseits mit dem Turbinenrad fest verbunden ist. Die Buchse ist dabei koaxial zwischen der Welle und dem Turbinenrad angeordnet, so dass die Verbindungen radial wirken. Radiale Verbindungen können im Vergleich zu axialen Verbindungen deutlich höhere Momente übertragen, da sie insbesondere in axialer Richtung quasi beliebig groß dimensioniert werden können. Die Verwendung einer bezüglich der Welle und des Turbinenrads ein separates Bauteil bildenden Buchse ermöglicht bzw. erleichtert es insbesondere, die Buchse hinsichtlich ihrer Werkstoffauswahl zu optimieren. Die Optimierung kann dabei hinsichtlich einer möglichst festen und dauerhaften Verbindung zwischen Buchse und Turbinenrad einerseits und zwischen Buchse und Welle andererseits ausgerichtet sein. Die Buchse kann bspw. mit der Welle verlötet oder verschweißt sein. Lötverbindungen und Schweißverbindungen lassen sich prozesssicher und preiswert realisieren.The Invention is based on the general idea, the connection between the turbine wheel of a titanium aluminide and the shaft of steel with Help to realize a socket, on the one hand with the shaft and on the other hand firmly connected to the turbine wheel. The socket is arranged coaxially between the shaft and the turbine wheel, so that the compounds act radially. Radial connections can transmit significantly higher torques compared to axial connections, because they dimensioned quasi arbitrarily large, especially in the axial direction can be. The use of a re the shaft and the turbine wheel, a separate component forming socket allows or facilitates in particular, the socket to optimize their material selection. The optimization can doing so in terms of a solid and durable Connection between bush and turbine wheel on the one hand and between Socket and shaft on the other hand be aligned. The socket can, for example. be soldered or welded to the shaft. solder connections and welded joints can be reliably and inexpensively realize.

Alternativ ist es ebenso möglich, die Buchse mit dem Turbinenrad zu versintern. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn auch das Turbinenrad als Sinterteil ausgestaltet ist, also pulvermetallurgisch hergestellt ist. Beispielsweise kann die Buchse in den Sintergrünling des Turbinenrads eingesetzt werden und gemeinsam damit gesintert werden. Hierdurch können besonders intensive, tragfähige stoffschlüssige Verbindungen realisiert werden.alternative it is also possible to use the bushing with the turbine wheel sinter. This is of particular advantage, although the turbine wheel is designed as a sintered part, so produced by powder metallurgy is. For example, the bushing in the Sintergrünling the turbine wheel are used and sintered together with it become. This can be particularly intensive, sustainable cohesive connections can be realized.

Die Buchse kann dabei als Pressformteil ausgestaltet sein. Ebenso kann die Buchse als Spritzgussteil ausgestaltet sein. Alternativ ist es ebenso möglich, die Buchse als Sinterteil auszubilden. Die unterschiedlichen Herstellungsarten für die Buchse können in Abhängigkeit der erforderlichen Festigkeitswerte, Steifigkeitswerte und Herstellungskosten ausgewählt werden, wobei insbesondere auch die Verbindungstechniken zwischen Buchse und Turbinenrad einerseits sowie zwischen Buchse und Welle andererseits berücksichtigt werden können.The Socket can be designed as a molded part. Likewise the socket be designed as an injection molded part. Alternatively it is it is also possible to form the socket as a sintered part. The different manufacturing methods for the socket depending on the required strength values, Stiffness values and production costs are selected, in particular, the connection techniques between socket and Turbine wheel on the one hand and between socket and shaft on the other can be considered.

Besonders vorteilhaft ist es, sowohl das Turbinenrad als auch die Buchse als Sinterteile auszubilden, wodurch es insbesondere möglich ist, zum einen eine besonders intensive Verbindung zwischen Turbinenrad und Buchse zu realisieren, während zum anderen die Buchse gezielt so gestaltet werden kann, dass die gewünschte feste Verbindung mit der Welle realisierbar ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Buchse und das Turbinenrad als MIM-2K-Teil auszugestalten. Dabei steht MIM für „Metal Injection Molding”, während 2K für „zwei Komponenten” steht. Mit anderen Worten, bei der MIM-2K-Technik handelt es sich um eine Spritzgusstechnik zum Herstellen von Sintergrünlingen, die aus zwei Bauteil-Komponenten und/oder aus zwei Werkstoff-Komponenten bestehen. Sie können dabei in einer Spritzgussform mit zwei „Schüssen” geformt werden und bilden dadurch einen einheitlichen Grünling, der durch den Sintervorgang zu einem einstückigen, integralen Bauteil wird. Bei dieser Bauweise wird somit die Buchse in das Turbinenrad integriert. Insoweit bildet die Buchse in diesem Fall kein separates Bauteil bezüglich des Turbinenrads.It is particularly advantageous to construct both the turbine wheel and the bushing as sintered parts, which makes it possible, in particular, to realize a particularly intensive connection between the turbine wheel and bush, while, on the other hand, the bushing can be specifically designed so that the desired solid Connection with the shaft is feasible. It is particularly advantageous to design the bushing and the turbine wheel as MIM-2K-part. MIM stands for "metal injection molding", while 2K stands for "two components". In other words, the MIM-2K technique is an injection molding technique for producing sintered green compacts, which consist of two component components and / or of two material components. They can be molded in an injection mold with two "shots" and thereby form a uniform green body, which is the sintering process to a one-piece, integral component. With this construction, the bush is thus integrated into the turbine wheel. In that regard, the socket in this case does not form a separate component with respect to the turbine wheel.

Die Buchse kann in radialer Richtung mehrschichtig ausgestaltet sein, wobei sie eine zum Stahl der Welle kompatible Innenschicht sowie eine zum Titanaluminid des Turbinenrads kompatible Außenschicht aufweisen kann.The Socket can be configured in the radial direction multi-layered, where it is compatible with the steel of the shaft inner layer as well an outer layer compatible with the titanium aluminide of the turbine wheel can have.

Alternativ kann die Buchse mit radial variierendem oder gradiertem Werkstoff hergestellt sein, wobei sie dann radial innen kompatibel zum Stahl der Welle und radial außen kompatibel zum Titanaluminid des Turbinenrads gestaltet sein kann. Der gradierte Werkstoff, insbesondere ein Dispersionswerkstoff, kann dabei gestuft oder ungestuft in radialer Richtung seine Werkstoffzusammensetzung bzw. seine Werkstoffeigenschaften ändern.alternative can the bush with radially varying or graded material be prepared, in which case they are radially inward compatible with the steel the shaft and radially outside compatible to titanium aluminide the turbine wheel can be designed. The graded material, in particular a dispersion material, can be stepped or ungraded in the radial direction change its material composition or material properties.

Die Kompatibilität zwischen der Buchse und der Welle einerseits und zwischen der Buchse und dem Turbinenrad andererseits kann dabei die Festigkeit der erzielbaren stoffschlüssigen Verbindung und/oder passende Wärmeausdehnungskoeffizienten umfassen. Passende bzw. ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Buchse und Welle einerseits und zwischen Buchse und Turbinenrad andererseits reduzieren thermisch bedingte Spannungen zwischen den miteinander verbundenen Komponenten. Im Betrieb kann das Turbinenrad deutlich höhere Temperaturen erreichen als die Welle, wodurch ein Temperaturgradient zwischen Turbinenrad und Welle entsteht. Um hier Spannungsspitzen aufgrund thermischer Dehnungseffekte zu reduzieren, sind in den Verbindungszonen passende oder ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Vorteil.The Compatibility between the bushing and the shaft on the one hand and between the sleeve and the turbine wheel on the other hand can the strength of the achievable cohesive connection and / or include appropriate thermal expansion coefficients. Suitable or similar coefficients of thermal expansion between Bushing and shaft on the one hand and between bushing and turbine wheel On the other hand, thermally induced stresses reduce between the interconnected components. In operation, the turbine wheel reach much higher temperatures than the wave, creating a Temperature gradient between turbine wheel and shaft arises. Around Here To reduce stress peaks due to thermal expansion effects, are in the connection zones matching or similar coefficients of thermal expansion advantageous.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawings and from the associated Description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.preferred Embodiments of the invention are in the drawings and will become more apparent in the following description explained, wherein the same reference numerals to the same or similar or functionally identical components relate.

Es zeigen, jeweils schematisch,It show, in each case schematically,

1 eine stark vereinfachte, perspektivische Ansicht eines Rotors eines Abgasturboladers, 1 a highly simplified, perspective view of a rotor of an exhaust gas turbocharger,

2 eine perspektivische Ansicht eines Turbinenrads mit einer Buchse, 2 a perspective view of a turbine wheel with a socket,

3 und 4 jeweils eine perspektivische Ansicht anderer Buchsen unterschiedlicher Ausführungsformen. 3 and 4 in each case a perspective view of other bushings of different embodiments.

Entsprechend 1 umfasst ein Abgasturbolader 1 für eine Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, einen Rotor 2 sowie üblicherweise einen Stator, insbesondere ein Gehäuse, das hier jedoch nicht dargestellt ist. Der Rotor 2 umfasst ein Verdichterrad 3, das bspw. aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sein kann. Der Rotor 2 umfasst außerdem ein Turbinenrad 4, das bevorzugt aus einem Titanaluminid hergestellt ist. Titanaluminide zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und durch eine gegenüber Stahl reduzierte Dichte aus. Ferner umfasst der Rotor 2 eine Welle 5, die bevorzugt aus Stahl hergestellt ist und die drehfest mit dem Verdichterrad 3 und mit dem Turbinenrad 4 verbunden ist. Zwischen Verdichterrad 3 und Turbinenrad 4 kann die Welle 5 rotorseitige Komponenten einer Lagerung 6 aufweisen, die Radiallager und/oder Axiallager umfassen kann.Corresponding 1 includes an exhaust gas turbocharger 1 for an internal combustion engine, which may be arranged in particular in a motor vehicle, a rotor 2 and usually a stator, in particular a housing, which is not shown here. The rotor 2 includes a compressor wheel 3 , which may be made of an aluminum alloy, for example. The rotor 2 also includes a turbine wheel 4 , which is preferably made of a titanium aluminide. Titanium aluminides are characterized in particular by a high temperature resistance and by a reduced density compared to steel. Furthermore, the rotor comprises 2 a wave 5 , which is preferably made of steel and the non-rotatable with the compressor wheel 3 and with the turbine wheel 4 connected is. Between compressor wheel 3 and turbine wheel 4 can the wave 5 Rotor-side components of a bearing 6 which may comprise radial bearings and / or thrust bearings.

Entsprechend den 2 bis 4 ist das Turbinenrad 4 mit Hilfe einer Buchse 7 an der Welle 5 befestigt. Die Buchse 7 ist im montierten Zustand koaxial zur Welle 5 und zum Turbinenrad 4 angeordnet und befindet sich dadurch radial zwischen der Welle 5 und dem Turbinenrad 4. Sie ist radial innen fest mit der Welle 5 und radial außen fest mit dem Turbinenrad 4 verbunden. Sie ist bezüglich der Welle 5 ein separates Bauteil. Sie kann bezüglich des Turbinenrads 4 ebenfalls ein separates Bauteil bilden. Alternativ ist es jedoch möglich, die Buchse 7 baulich in das Turbinenrad 4 zu integrieren, was weiter unten noch näher erläutert wird.According to the 2 to 4 is the turbine wheel 4 with the help of a socket 7 on the shaft 5 attached. The socket 7 is coaxial with the shaft when assembled 5 and to the turbine wheel 4 arranged and is thus located radially between the shaft 5 and the turbine wheel 4 , It is radially inward fixed to the shaft 5 and radially outward fixed to the turbine wheel 4 connected. She is about the wave 5 a separate component. It can with respect to the turbine wheel 4 also form a separate component. Alternatively, however, it is possible to use the socket 7 structurally in the turbine wheel 4 to be integrated, which will be explained in more detail below.

Die Buchse 7 kann mit der Welle 5 verlötet oder verschweißt sein. Hierdurch kann mit relativ einfachen Maßnahmen eine hochwertige drehfeste Verbindung zwischen Buchse 7 und Welle 5 realisiert werden. Mit dem Turbinenrad 4 kann die Buchse 7 grundsätzlich ebenso verlötet oder verschweißt sein. Bevorzugt ist die Buchse 7 jedoch mit dem Turbinenrad 4 versintert. Das heißt, die Buchse 7 wird mittels eines Sintervorgangs mit dem Turbinenrad 4 stoffschlüssig verbunden. Durch das Sintern kann ebenfalls eine hochwertige drehfeste Verbindung zwischen Buchse 7 und Turbinenrad 4 realisiert werden. Zweckmäßig erfolgt die Verbindung zwischen Buchse 7 und Turbinenrad 4 vor dem Anbau des Turbinenrads 4 an die Welle 5, also vor dem Herstellen der Verbindung zwischen Buchse 7 und Welle 5.The socket 7 can with the wave 5 be soldered or welded. As a result, with relatively simple measures a high-quality non-rotatable connection between socket 7 and wave 5 will be realized. With the turbine wheel 4 can the jack 7 basically also be soldered or welded. The bushing is preferred 7 however, with the turbine wheel 4 sintered. That is, the socket 7 is by means of a sintering process with the turbine wheel 4 cohesively connected. By sintering can also be a high-quality non-rotatable connection between socket 7 and turbine wheel 4 will be realized. Appropriately, the connection between the socket 7 and turbine wheel 4 before mounting the turbine wheel 4 to the wave 5 So before making the connection between socket 7 and wave 5 ,

Sofern die Buchse 7 separat vom Turbinenrad 4 hergestellt wird, kann sie bspw. als Pressformteil oder als Spritzgussteil oder auch pulvermetallurgisch, also als Sinterteil ausgestaltet bzw. hergestellt werden. Sie wird dann in das Turbinenrad 4 eingesetzt. Das Einsetzen der separat vom Turbinenrad 4 hergestellten Buchse 7 kann entsprechend 2 dadurch erfolgen, dass die Buchse 7 in eine entsprechende Buchsenaufnahme 8 eingesetzt wird, die am Turbinenrad 4 zentral ausgespart ist.Unless the socket 7 separate from the turbine wheel 4 is prepared, for example, as a molded part or as an injection molded part or powder metallurgy, so configured as a sintered part or produced. She then gets into the turbine wheel 4 used. The insertion of the separately from the turbine wheel 4 manufactured socket 7 can be done accordingly 2 be done by the socket 7 in a corresponding socket recording 8th is used, which at the turbine wheel 4 is left out centrally.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, sowohl die Buchse 7 als auch das Turbinenrad 4 pulvermetallurgisch, also als Sinterteile herzustellen. Dabei ist es grundsätzlich möglich, die Buchse 7 und das Turbinenrad 4 jeweils als separate Sintergrünlinge herzustellen, die dann miteinander verbaut werden und anschließend als Einheit gemeinsam gesintert werden. Besonders zweckmäßig ist es dabei, die Buchse 7 und das Turbinenrad 4 als MIM-2K-Teil auszugestalten. Das bedeutet, dass die Buchse 7 und das Turbinenrad 4 im gleichen Spritzwerkzeug mit unterschiedlichem Sintermaterialien nacheinander oder zeitgleich, jedoch ineinander spritzgeformt werden, um einen integralen Sintergrünling für das Turbinenrad 4 und die Buchse 7 herzustellen. Beispielsweise kann hierzu zunächst das Sintermaterial zum Herstellen des Turbinenrads 4 in die jeweilige Spritzform eingespritzt werden, wobei ein Formwerkzeug einen für die Buchse 7 vorgesehen Raum freihält. Anschließend wird das Formwerkzeug soweit verstellt, dass der zum Spritzformen der Buchse 7 benötigte Hohlraum entsteht, in dem dann das für die Buchse 7 vorgesehene Sintermaterial eingespritzt werden kann. Dabei kann ein der Buchse 7 zugewandter Bereich des Turbinenrads 4 als Teil der Spritzform dienen, so dass die Buchse 7 unmittelbar an das Turbinenrad 4 angespritzt wird. Der so gebildete einheitliche Grünling für Buchse 7 und Turbinenrad 4 kann dann in einem gemeinsamen Sinterprozess fertig gestellt werden.It is particularly advantageous, both the socket 7 as well as the turbine wheel 4 powder metallurgical, so produce as sintered parts. It is basically possible, the socket 7 and the turbine wheel 4 each as separate Sintergrünlinge produce, which are then installed together and then sintered together as a unit. It is particularly useful here, the socket 7 and the turbine wheel 4 as MIM-2K part to design. That means the socket 7 and the turbine wheel 4 in the same injection molding tool with different sintering materials successively or simultaneously, but injection-molded into each other, to an integral Sintergrünling for the turbine wheel 4 and the socket 7 manufacture. For example, for this purpose, first the sintered material for producing the turbine wheel 4 injected into the respective injection mold, wherein a molding tool for the socket 7 provided space clears. Subsequently, the mold is adjusted so far that the injection molding of the socket 7 required cavity is created, in which then the for the socket 7 provided sintered material can be injected. It can be one of the socket 7 facing area of the turbine wheel 4 Serve as part of the mold, leaving the bushing 7 directly to the turbine wheel 4 is injected. The thus formed uniform green compact for socket 7 and turbine wheel 4 can then be completed in a common sintering process.

Entsprechend 3 kann die Buchse 7 in radialer Richtung mehrschichtig ausgestaltet sein. Beispielsweise umfasst die Buchse 7 eine radial außen liegende Außenschicht 9 und eine radial innen liegende Innenschicht 10. Die Außenschicht 9 ist kompatibel zum Titanaluminid des Turbinenrads 4 gestaltet, während die Innenschicht 10 kompatibel zum Stahl der Welle 5 gestaltet ist. Somit dient die Außenschicht 9 zum Herstellen der drehfesten Verbindung zwischen Buchse 7 und Turbinenrad 4, während die Innenschicht 10 zum Herstellen der drehfesten Verbindung zwischen Buchse 7 und Welle 5 dient. Die Kompatibilität der jeweiligen Schicht 9, 10 beinhaltet insbesondere die Möglichkeit, eine stoffschlüssige Verbindung mit der Welle 5 bzw. mit dem Turbinenrad 4 einzugehen. Stoffschlüssige Verbindungen zeichnen sich durch besonders hohe Festigkeitswerte aus. Desweiteren kann die Kompatibilität auch die Wärmeausdehnungskoeffizienten berücksichtigen, wodurch in der jeweiligen Verbindung Spannungsspitzen vermindert bzw. vermieden werden können, um die Dauerhaltbarkeit der jeweiligen Verbindung zu erhöhen. Beispielsweise kann der Werkstoff der Innenschicht 10 so gewählt werden, dass sein Wärmeausdehnungskoeffizient einerseits zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle 5 und des Turbinenrads 4 liegt und andererseits näher am Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle 5 liegt als am Wärmeausdehnungskoeffizienten des Turbinenrads 4. Ferner kann für die Außenschicht 9 ein Material gewählt werden, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle 5 und des Turbinenrads 4 liegt, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient der Außenschicht 9 außerdem näher am Wärmeausdehnungskoeffizienten des Turbinenrads 4 liegt als am Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle 5. Zusätzlich kann radial zwischen der Innenschicht 10 und der Außenschicht 9 zumindest eine Zwischenschicht angeordnet sein, deren Wärmeausdehnungskoeffizient, insbesondere mittig (mit Abweichungen vom Mittelwert von weniger als ±20% oder ±10%), zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Innenschicht 10 und der Außenschicht 9 liegt.Corresponding 3 can the jack 7 be configured multi-layered in the radial direction. For example, the socket comprises 7 a radially outer layer 9 and a radially inner inner layer 10 , The outer layer 9 is compatible with the titanium aluminide of the turbine wheel 4 designed while the inner layer 10 compatible with the steel of the shaft 5 is designed. Thus, the outer layer serves 9 for producing the rotationally fixed connection between the socket 7 and turbine wheel 4 while the inner layer 10 for producing the rotationally fixed connection between the socket 7 and wave 5 serves. The compatibility of the respective layer 9 . 10 includes in particular the possibility of a material connection to the shaft 5 or with the turbine wheel 4 enter into. Cohesive connections are characterized by particularly high strength values. Furthermore, the compatibility can also take into account the coefficients of thermal expansion, which can be reduced or avoided in the respective connection voltage peaks in order to increase the durability of the respective compound. For example, the material of the inner layer 10 be chosen so that its thermal expansion coefficient on the one hand between the thermal expansion coefficient of the shaft 5 and the turbine wheel 4 and, on the other hand, closer to the thermal expansion coefficient of the shaft 5 is higher than the thermal expansion coefficient of the turbine wheel 4 , Furthermore, for the outer layer 9 a material whose thermal expansion coefficient between the coefficients of thermal expansion of the shaft can be selected 5 and the turbine wheel 4 is, wherein the thermal expansion coefficient of the outer layer 9 also closer to the thermal expansion coefficient of the turbine wheel 4 is higher than the coefficient of thermal expansion of the shaft 5 , Additionally, radially between the inner layer 10 and the outer layer 9 at least one intermediate layer whose thermal expansion coefficient, in particular in the center (with deviations from the mean value of less than ± 20% or ± 10%), between the thermal expansion coefficients of the inner layer 10 and the outer layer 9 lies.

Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die Werkstoffe der einzelnen Schichten 9, 10 so aufeinander abzustimmen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Innenschicht 10 gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle 5 gewählt ist. Ebenso kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Innenschicht 10 in einem Bereich von ±20% oder von ±10% des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle 5 liegen. Außerdem kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Außenschicht 9 gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Turbinenrads 4 gewählt sein. Ebenso ist es möglich, den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Außenschicht 9 so zu wählen, dass er in einem Bereich von ±20% oder von ±10% des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Turbinenrads 4 liegt. Zwischen der Außenschicht 9 und der Innenschicht 10 kann dann zumindest eine Zwischenschicht angeordnet sein, deren Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Innenschicht 10 und der Außenschicht 9 liegt. Dabei liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient der jeweiligen Zwischenschicht bevorzugt etwa mittig, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als ±20% oder weniger als ±10%, zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Innenschicht 10 und der Außenschicht 9.It is also possible in principle, the materials of the individual layers 9 . 10 to coordinate so that the coefficient of thermal expansion of the inner layer 10 equal to the thermal expansion coefficient of the shaft 5 is selected. Likewise, the thermal expansion coefficient of the inner layer 10 in a range of ± 20% or ± 10% of the thermal expansion coefficient of the shaft 5 lie. In addition, the thermal expansion coefficient of the outer layer 9 equal to the thermal expansion coefficient of the turbine wheel 4 be elected. It is also possible, the thermal expansion coefficient of the outer layer 9 to be chosen so that it is within a range of ± 20% or ± 10% of the thermal expansion coefficient of the turbine wheel 4 lies. Between the outer layer 9 and the inner layer 10 can then be arranged at least one intermediate layer whose coefficient of thermal expansion between the thermal expansion coefficients of the inner layer 10 and the outer layer 9 lies. The thermal expansion coefficient of the respective intermediate layer is preferably approximately in the middle, in particular with a deviation of less than ± 20% or less than ± 10% between the thermal expansion coefficient of the inner layer 10 and the outer layer 9 ,

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Außenschicht 9 als thermische Isolationsschicht ausgestaltet sein. Dies kann bspw. durch eine geeignete Materialauswahl realisiert werden. Thermische Isolationsschichten lassen sich insbesondere pulvermetallurgisch einfach herstellen z. B. durch geeignete Materialauswahl und/oder entsprechende Porosität. Alternativ oder zusätzlich kann auch zumindest eine zwischen der Außenschicht 9 und der Innenschicht 10 angeordnete Zwischenschicht als thermische Isolationsschicht ausgestaltet sein. Der mehrschichtige Aufbau der in 3 gezeigten Buchse 7 kann durch Herstellen separater Zylinderkörper realisiert werden, die anschließend zur mehrschichtigen Buchse 7 zusammengebaut werden. Alternativ ist es ebenso möglich, die mehrschichtige Buchse 7 pulvermetallurgisch, also als Sinterteil herzustellen. Insbesondere eignet sich auch hierzu ein MIM-2K-Verfahren.According to an advantageous embodiment, the outer layer 9 be designed as a thermal insulation layer. This can be realized, for example, by a suitable choice of material. Thermal insulation layers can be produced in particular powder metallurgy easily z. B. by suitable choice of material and / or corresponding porosity. Alternatively or additionally, at least one between the outer layer 9 and the inner layer 10 arranged intermediate layer may be configured as a thermal insulation layer. The multilayer structure of in 3 shown socket 7 can be realized by making separate cylinder body, which then to the multi-layer socket 7 be assembled. Alternatively, it is also possible to use the multi-layered socket 7 powder metallurgical, so produce as a sintered part. In particular, an MIM-2K method is also suitable for this purpose.

Entsprechend 4 kann die Buchse 7 alternativ auch so hergestellt werden, dass sie in radialer Richtung einen variierenden oder gradierten Werkstoff besitzt. Dabei kann die Variation oder der Gradient des Werkstoffs gestuft oder ungestuft realisiert werden. Die Werkstoff-Variation bzw. der Werkstoff-Gradient wird dabei zweckmäßig so gewählt, dass die Buchse 7 radial innen kompatibel zum Stahl der Welle 5 ist, während sie radial außen kompatibel zum Titanaluminid des Turbinenrads 4 ist. Die Kompatibilität schließt auch hier wieder die Herstellung stoffschlüssiger Verbindungen zwischen der Buchse 7 und der Welle 5 einerseits und zwischen der Buchse 7 und dem Turbinenrad 4 andererseits ein. Darüber hinaus kann die Kompatibilität auch wieder im Hinblick auf die Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt sein. Insbesondere kann die Buchse 7 radial außen den gleichen oder einen ähnlichen (mit Abweichungen von weniger als ±20% oder von weniger als ±10%) Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen wie das Turbinenrad 4. Ferner kann die Buchse 7 radial innen den gleichen oder einen ähnlichen (mit Abweichungen von maximal ±20% oder maximal ±10%) Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Welle 5 aufweisen. Insbesondere kann die Buchse 7 einen in radialer Richtung variierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, derart, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient in radialer Richtung vom Wert der Innenseite gestuft oder ungestuft und insbesondere linear in den Wert der Außenseite übergeht.Corresponding 4 can the jack 7 Alternatively, be prepared so that it has a varying or graded material in the radial direction. In this case, the variation or the gradient of the material can be stepped or unrestricted realized. The material variation or the material gradient is expediently chosen so that the socket 7 radially inward compatible with the steel of the shaft 5 while being radially outwardly compatible with the titanium aluminide of the turbine wheel 4 is. The compatibility here again includes the production of cohesive connections between the socket 7 and the wave 5 on the one hand and between the socket 7 and the turbine wheel 4 on the other hand. In addition, the compatibility may also be chosen again with regard to the thermal expansion coefficients. In particular, the socket 7 radially outwardly the same or a similar (with deviations of less than ± 20% or less than ± 10%) have thermal expansion coefficients as the turbine wheel 4 , Furthermore, the socket 7 radially inside the same or a similar (with deviations of maximum ± 20% or maximum ± 10%) thermal expansion coefficient as the shaft 5 exhibit. In particular, the socket 7 have a varying in the radial direction of thermal expansion coefficient, such that the coefficient of thermal expansion in the radial direction of the value of the inside stepped or ungraded and in particular linearly merges into the value of the outside.

Eine derartige Konfiguration für die Buchse 7 kann insbesondere pulvermetallurgisch hergestellt werden. Gleichzeitig kann auch hier berücksichtigt werden, die Buchse 7 als thermischen Isolator auszugestalten.Such a configuration for the socket 7 can be produced in particular by powder metallurgy. At the same time can be considered here, the jack 7 to design as a thermal insulator.

Die hier vorgestellten speziellen Ausführungsformen für die Buchse 7 lassen sich grundsätzlich separat zum Turbinenrad 4 herstellen. Die separaten Buchsen 7 können dann vor oder nach dem Sintern in das Turbinenrad 4 eingebaut und mit diesem fest verbunden werden. Ebenso ist es möglich, die Buchsen 7 auch mit dem vorbeschriebenen komplexen Aufbau zusammen mit dem Turbinenrad 4 pulvermetallurgisch herzustellen, insbesondere mit der MIM-2K-Technik.The specific embodiments presented here for the socket 7 can be basically separately to the turbine wheel 4 produce. The separate sockets 7 can then before or after sintering in the turbine wheel 4 installed and connected with this firmly. It is also possible to use the jacks 7 also with the above-described complex structure together with the turbine wheel 4 powder metallurgical manufacture, in particular with the MIM-2K technique.

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Claims (15)

Rotor für einen Abgasturbolader (1) einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem Verdichterrad (3), – mit einem Turbinenrad (4) aus einem Titanaluminid, – mit einer Welle (5) aus Stahl, die drehfest mit den Rädern (3, 4) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Buchse (7), die radial innen fest mit der Welle (5) und radial außen fest mit dem Turbinenrad (4) verbunden ist.Rotor for an exhaust gas turbocharger ( 1 ) an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, - with a compressor wheel ( 3 ), - with a turbine wheel ( 4 ) of a titanium aluminide, - with a shaft ( 5 ) made of steel, non-rotatable with the wheels ( 3 . 4 ), characterized by a socket ( 7 ), which are fixed radially inward with the shaft ( 5 ) and radially outward fixed to the turbine wheel ( 4 ) connected is. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) mit der Welle (5) verlötet oder verschweißt ist.Rotor according to claim 1, characterized in that the bushing ( 7 ) with the wave ( 5 ) is soldered or welded. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) mit dem Turbinenrad (4) versintert ist.Rotor according to claim 1 or 2, characterized in that the bushing ( 7 ) with the turbine wheel ( 4 ) is sintered. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) als Pressformteil ausgestaltet ist.Rotor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bushing ( 7 ) is designed as a press molding. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) als Spritzgussteil ausgestaltet ist.Rotor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bushing ( 7 ) Is designed as an injection molded part. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) als Sinterteil ausgestaltet ist.Rotor according to one of claims 1 to 3, 5, characterized in that the bushing ( 7 ) is designed as a sintered part. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) und das Turbinenrad (4) als MIM-2K-Teil ausgestaltet sind.Rotor according to one of claims 1 to 3, 5, 6, characterized in that the bushing ( 7 ) and the turbine wheel ( 4 ) are designed as MIM-2K part. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) radial mehrschichtig ausgestaltet ist und eine zum Stahl der Welle (5) kompatible Innenschicht (10) sowie eine zum Titanaluminid des Turbinenrads (4) kompatible Außenschicht (9) aufweist.Rotor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the bushing ( 7 ) is configured radially multi-layered and one to the steel of the shaft ( 5 ) compatible inner layer ( 10 ) and one to the titanium aluminide of the turbine wheel ( 4 ) compatible outer layer ( 9 ) having. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (9) und/oder wenigstens eine Zwischenschicht als thermische Isolationsschicht ausgestaltet ist/sind.Rotor according to claim 8, characterized in that the outer layer ( 9 ) and / or at least one intermediate layer is / are configured as a thermal insulation layer. Rotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der einzelnen Schichten (9, 10) so gewählt sind, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Innenschicht (10) zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle (5) und des Turbinenrads (4) liegt und dabei näher am Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle (5) liegt, während der Wärmeausdehnungskoeffizient der Außenschicht (9) zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle (5) und des Turbinenrads (4) liegt und dabei näher am Wärmeausdehnungskoeffizienten des Turbinenrads (4) liegt.Rotor according to claim 8 or 9, characterized in that the materials of the individual layers ( 9 . 10 ) are selected so that the thermal expansion coefficient of the inner layer ( 10 ) between the thermal expansion coefficients of the shaft ( 5 ) and the turbine wheel ( 4 ) and closer to the thermal expansion coefficient of the shaft ( 5 ), while the thermal expansion coefficient of the outer layer ( 9 ) between the thermal expansion coefficients of the shaft ( 5 ) and the turbine wheel ( 4 ) and thereby closer to the thermal expansion coefficient of the turbine wheel ( 4 ) lies. Rotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der einzelnen Schichten (9, 10) so gewählt sind, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Innenschicht (10) dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle (5) entspricht oder in einem Bereich von ±20% oder von ±10% des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle (5) liegt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Außenschicht (9) dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Turbinenrads (4) entspricht oder in einem Bereich von ±20% oder von ±10% des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Turbinenrads (4) liegt und dass der Wärmeausdehnungskoeffizient wenigstens einer Zwischenschicht zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Innenschicht (10) und der Außenschicht (9) liegt.Rotor according to claim 8 or 9, characterized in that the materials of the individual layers ( 9 . 10 ) are selected so that the thermal expansion coefficient of the inner layer ( 10 ) the thermal expansion coefficient of the shaft ( 5 ) or in a range of ± 20% or ± 10% of the thermal expansion coefficient of the shaft ( 5 ) is that the thermal expansion coefficient of the outer layer ( 9 ) the thermal expansion coefficient of the turbine wheel ( 4 ) or in a range of ± 20% or ± 10% of the thermal expansion coefficient of the turbine wheel ( 4 ) and that the thermal expansion coefficient of at least one intermediate layer between the thermal expansion coefficients of the inner layer ( 10 ) and the outer layer ( 9 ) lies. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) mit radial gestuft oder ungestuft variierendem oder gradiertem Werkstoff hergestellt ist, derart, dass die Buchse (7) radial innen kompatibel zum Stahl der Welle (5) und radial außen kompatibel zum Titanaluminid des Turbinenrads (4) ist.Rotor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the bushing ( 7 ) is made with radially stepped or ungestufted varying or graded material, such that the sleeve ( 7 ) radially inward compatible with the steel of the shaft ( 5 ) and radially outwardly compatible with the titanium aluminide of the turbine wheel ( 4 ). Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) radial innen einen zum Wärmeausdehnungskoeffizienten der Welle (5) kompatiblen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und radial außen einen zum Wärmeausdehnungskoeffizienten des Turbinenrads (4) kompatiblen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.Rotor according to claim 12, characterized in that the bushing ( 7 ) radially inward to the coefficient of thermal expansion of the shaft ( 5 ) has a compatible coefficient of thermal expansion and radially outward to a coefficient of thermal expansion of the turbine wheel ( 4 ) has a compatible coefficient of thermal expansion. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) als thermischer Isolator ausgestaltet ist.Rotor according to one of claims 1 to 13, characterized in that the bushing ( 7 ) is designed as a thermal insulator. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Rotor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, having a rotor ( 2 ) according to one of claims 1 to 14.
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