DE102009029878A1 - Method for producing a turbine rotor for a turbocharger and turbocharger - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinenläufers eines Tuboladers, insbesondere in oder für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: Bereitstellen eines Turbinenrades, welches einen Schweißzapfen zur stoffschlüssigen Verbindung mit einer Läuferwelle und eine Turbinenbeschaufelung zur Umwandlung kinetischer Energie von Abgas in Rotationsenergie aufweist, wobei die Turbinenbeschaufelung und der Schweißzapfen auf entgegengesetzten Stirnflächen des Turbinenrades angeordnet sind; Bestimmen einer Unwuchtachse des Turbinenrades und Rundschleifen des Schweißzapfens, wobei das Rundschleifen koaxial zu der festgestellten Unwuchtachse erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner einen Turbolader.The present invention relates to a method for producing a turbine rotor of a turbocharger, in particular in or for a motor vehicle, comprising the steps of: providing a turbine wheel which has a welding stud for material connection to a rotor shaft and a turbine blading for converting kinetic energy of exhaust gas into rotational energy, wherein the turbine blading and the welding stud are disposed on opposite faces of the turbine wheel; Determining an unbalance axis of the turbine wheel and cylindrical grinding of the welding pin, wherein the cylindrical grinding takes place coaxially to the detected unbalance axis. The invention further relates to a turbocharger.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinenläufers für einen Turbolader. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Turbolader mit einem solchen Turbinenläufer.The The present invention relates to a method of manufacturing a turbine rotor for a turbocharger. The The invention further relates to a turbocharger with such Turbine rotor.

Die DE 10 2007 018 618 A1 beschreibt den allgemein bekannten Aufbau eines Abgasturboladers für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, der im Wesentlichen aus einer Radialturbine mit einem Turbinenrad, welches vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors angetrieben wird, und einem im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeordneten Radialverdichter mit einem Verdichterrad, das durch eine Turboladerwelle drehfest mit dem Turbinenrad verbunden ist, besteht. Solche Turbolader werden im Allgemeinen zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren eingesetzt.The DE 10 2007 018 618 A1 describes the well-known construction of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle, which consists essentially of a radial turbine with a turbine wheel, which is driven by the exhaust gas stream of the internal combustion engine, and arranged in the intake manifold of the internal combustion engine centrifugal compressor with a compressor wheel rotationally fixed by a turbocharger shaft with the Turbine is connected exists. Such turbochargers are generally used to increase the performance of internal combustion engines.

Das Turbinenrad eines Abgasturboladers wird in der Regel mittels eines Metallgussverfahrens hergestellt. Durch verfahrenstechnisch unvermeidbare oder nur mittels exorbitant hohem Aufwand vermeidbare Gusstoleranzen besitzt das Turbinenrad-Rohteil meist eine mehr oder weniger große Unwucht. Zum Ausgleichen dieser Unwucht ist eine aufwändige Wuchtoperation erforderlich, die typischerweise am fertigen Turbinenläufer durchgeführt wird. Als Turbinenläufer wird nachfolgend die Anordnung bestehend aus dem Turbinenrad und der entsprechenden Turboladerwelle bezeichnet.The Turbine of an exhaust gas turbocharger is usually by means of a Metal casting process produced. By procedural unavoidable or only by exorbitant high effort avoidable casting tolerances The turbine wheel stock usually has a more or less large Unbalance. To compensate for this imbalance is a complex Balancing operation typically required on the finished turbine runner is carried out. As a turbine runner is below the arrangement consisting of the turbine wheel and the corresponding Turbocharger shaft called.

Solche Turbinenläufer werden gemäß einem allgemein bekannten Verfahren wie folgt hergestellt:
Das Turbinenrad-Rohteil wird über seine geometrische Drehachse zentriert und ein sich aus dem Turbinenradrücken erhebender Schweißzapfen wird koaxial zur geometrischen Drehachse des Turbinenrades rundgeschliffen. An den Schweißzapfen wird die Turboladerwelle, beispielsweise über ein Rotationsreibschweißverfahren oder ein Elektronenstrahlschweißverfahren, koaxial zur Drehachse des Turbinenrades angeschweißt. Anschließend kann noch die Außenkontur des Turbinenläufers koaxial zur Drehachse des Turbinenrades bzw. des Turbinenläufers rundgeschliffen werden. Der Turbinenläufer läuft damit zwar rund zu seiner geometrischen Drehachse, diese Drehachse ist aber normalerweise nicht identisch mit der Wuchtachse des Turbinenläufers. Dies kann bei modernen, sehr hochdrehenden Turboladern mit Drehzahlen von bis zu 300.000 U/min zu starken Vibrationen führen. Dadurch bedingt kommt es meist zu störenden, unerwünschten Geräuschentwicklungen. Weiterhin kann die Lagerung des Turbinenläufers durch die erzeugten Vibrationen stark belastet werden, wodurch deren Lebensdauer signifikant reduziert wird. Aus den genannten Gründen ist ein exaktes Ausgleichen der meist vorhandenen, mehr oder weniger starken Unwucht zwingend erforderlich oder zumindest anzustreben.Such turbine runners are made according to a well-known method as follows:
The turbine wheel blank is centered about its geometric axis of rotation and a rising from the Turbinenradrücken welding pin is ground round coaxially to the geometric axis of rotation of the turbine wheel. At the welding pin, the turbocharger shaft, for example via a Rotationsreibschweißverfahren or electron beam welding process, coaxially welded to the axis of rotation of the turbine wheel. Subsequently, the outer contour of the turbine rotor coaxial with the axis of rotation of the turbine wheel or the turbine rotor can be ground. Although the turbine rotor thus runs around its geometric axis of rotation, this axis of rotation is usually not identical to the balancing axis of the turbine rotor. This can lead to strong vibrations in modern, very high-speed turbochargers with speeds of up to 300,000 rpm. As a result, it usually comes to disturbing, unwanted noise developments. Furthermore, the bearing of the turbine rotor can be heavily loaded by the vibrations generated, whereby their life is significantly reduced. For these reasons, an exact compensation of the most existing, more or less strong imbalance is absolutely necessary or at least desirable.

Zum Ausgleichen der Unwucht ist üblicherweise einerseits an der Nabe des Turbinenrades ein Wuchtzapfen vorgesehen. Zum Anderen weist die Turbinenradrückenscheibe des Turbinenrad-Rohteils eine erhöhte Materialstärke auf, welche je nach Erfordernis zum Ausgleich der Unwucht reduziert werden kann. Dies bedeutet, dass am Turbinenrad-Rohteil sehr viel mehr Ma terial vorgesehen werden muss als mechanisch für den Betrieb des Turbinenrades in einer Turbine eines Turboladers erforderlich ist. Dadurch erhöht sich das Massenträgheitsmoment des Turbinenrades, wodurch das Ansprechverhalten der Turbine und damit der Wirkungsgrad des Turboladers verschlechtert wird. Dies gilt es verständlicherweise zu vermeiden.To the Balancing the imbalance is usually on the one hand the hub of the turbine wheel provided a balancing pin. On the other hand has the turbine rear wheel of the turbine wheel blank a increased material thickness, which as required can be reduced to compensate for the imbalance. This means, that much more material is provided on the turbine wheel blank must be considered mechanical for the operation of the turbine wheel in a turbine of a turbocharger is required. This increases the mass moment of inertia of the turbine wheel, whereby the response of the turbine and thus the efficiency of the Turbocharger is deteriorated. This is understandably true avoid.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Turbolader bzw. dessen Turbinenläufer insbesondere zu verbessern.In front In this background, the present invention has the object underlying, a turbocharger or its turbine rotor in particular to improve.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.These The object is achieved by a method with the features of claim 1 and / or by a turbocharger solved with the features of claim 7.

Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinenläufers eines Turboladers, insbesondere in oder für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: Bereitstellen eines Turbinenrades, welches einen Schweißzapfen zur stoffschlüssigen Verbindung mit einer Läuferwelle und eine Turbinenbeschaufelung zur Umwandlung kinetischer Energie von Abgas in Rotationsenergie aufweist, wobei die Turbinenbeschaufelung und der Schweißzapfen auf entgegen gesetzten Stirnflächen des Turbinenrades angeordnet sind; Bestimmen einer Unwuchtachse des Turbinenrades; und Rundschleifen des Schweißzapfens, wobei das Rundschleifen koaxial zu der festgestellten Unwuchtachse erfolgt.Accordingly, it is provided:
A method for producing a turbine rotor of a turbocharger, in particular in or for a motor vehicle, comprising the steps of: providing a turbine wheel, which has a welding pin for material connection to a rotor shaft and a turbine blading for converting kinetic energy of exhaust gas into rotational energy, wherein the turbine blading and the welding pins are arranged on opposite end faces of the turbine wheel; Determining an unbalance axis of the turbine wheel; and cylindrical grinding of the welding pin, wherein the cylindrical grinding takes place coaxially to the detected unbalance axis.

Ein Turbolader, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, der einen Turbinenläufer aufweist, welcher mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist.One Turbocharger, in particular for a motor vehicle, the one Turbine rotor having, by means of an inventive Process is made.

Das Turbinenrad weist einen Schweißzapfen und eine Turbinenbeschaufelung auf. Der Schweißzapfen und die Turbinenbeschaufelung sind auf entgegen gesetzten Stirnflächen des Turbinenrades angeordnet. Das Turbinenrad mit dem Schweißzapfen und der Turbinenbeschaufelung ist als massives einstückiges Bauteil ausgeführt. Der Schweißzapfen dient der stoffschlüssigen Verbindung mit der Läuferwelle. Das Turbinenrad weist weiterhin eine Unwucht und daraus resultierend eine Unwuchtachse auf.The Turbine wheel has a welding pin and a turbine blading on. The welding pin and the turbine blading are arranged on opposite end faces of the turbine wheel. The turbine wheel with the welding pin and the turbine blading is designed as a solid one-piece component. The welding pin serves as a material connection with the rotor shaft. The turbine also has a Imbalance and the resulting unbalance axis.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun unter anderem darin, zunächst die Unwuchtachse des Turbinenrades zu bestimmen und dann den Schweißzapfen koaxial zu der festgestellten Unwuchtachse rundzuschleifen. Der besondere Vorteil besteht dabei darin, dass keine Wuchtoperation am fertigen Turbinenläufer durchgeführt werden muss, da die Unwuchtachse des Turbinenrades als Drehachse des Turbinenläufers dient. Das heißt, dass am Turbinenrad kein zusätzliches Material wie beispielsweise ein Wuchtzapfen oder ein verstärkter Turbinenradrücken vorgesehen sein muss, welches zum Ausgleich einer Unwucht gezielt abgetragen werden müsste wie dies bei einem Turbinenrad, welches zu seiner geometrischen Drehachse ausgewuchtet wird, erforderlich ist.The The idea underlying the present invention is now under in it, first, the unbalance axis of the turbine wheel and then determine the welding pin coaxial with the detected Round unbalance axle. The special advantage is here in that no balancing operation on the finished turbine rotor must be performed because the unbalance axis of the turbine wheel serves as a rotation axis of the turbine rotor. This means, that at the turbine wheel no additional material such as a balancing pin or a reinforced turbine wheel back must be provided, which selectively removed to compensate for an imbalance would have to be like this with a turbine wheel, which too its geometric axis of rotation is balanced, is required.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, Masse an dem Turbinenrad und damit an dem Turbinenläufer einzusparen, wodurch dessen Massenträgheitsmoment und damit das Ansprechverhalten einer Abgasturbine eines Turboladers verbessert wird. Dadurch erhöht sich vorteilhaft der Wirkungsgrad des Turboladers. Weiterhin wird durch den Wegfall der aufwändigen Wuchtoperation am fertigen Turbinenläufer dessen Herstellung zeit- und kostengünstiger. Dadurch ist auch der Turbolader insgesamt kostengünstiger herstellbar.According to the invention It is thus possible to mass on the turbine wheel and thus to save the turbine rotor, causing its mass moment of inertia and thus the response of an exhaust turbine of a turbocharger is improved. This advantageously increases the efficiency of the turbocharger. Furthermore, by eliminating the costly Balancing operation on the finished turbine rotor its production time and cost-effective. This is also the turbocharger overall cheaper to produce.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.advantageous Refinements and developments of the present invention result from the further subclaims and from the description in conjunction with the figures of the drawing.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird nach dem Bestimmen einer Unwuchtachse ein Verschweißen des Schweißzapfens mit der Läuferwelle durchgeführt, wobei bevorzugt ein Elektronenstrahlverschweißen oder ein Rotationsreibverschweißen durchgeführt wird, wodurch es in vorteilhafter Weise möglich ist, unterschiedliche Materialien der Läuferwelle und des Turbinenrades schnell und zuverlässig zu verbinden. Durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien für das Turbinenrad und die Läuferwelle ist es möglich, die verwendeten Materialien an die jeweiligen Anforderungen optimal anzupassen und somit eine hohe Lebensdauer des Turbinenläufers zu erreichen.In a preferred embodiment of the present invention welding after determining an unbalance axis performed the welding pin with the rotor shaft, preferably an electron beam welding or a Rotationsreibverschweißen is performed, making it is possible in an advantageous manner, different materials the rotor shaft and the turbine wheel quickly and reliably connect to. By using different materials for the turbine wheel and the rotor shaft it is possible, the materials used to the respective Optimally adapt requirements and thus a long service life to reach the turbine rotor.

In einer typischen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Verschweißen nach dem Rundschleifen des Schweißzapfens durchgeführt. Dadurch ist es möglich, den Arbeitsschritt des Rundschleifens des Schweißzapfens von dem Arbeitsschritt des Verschweißens zu trennen. Hierdurch kann die Produktionszeit des Turbinenläufers vorteilhaft reduziert werden indem beispielsweise das Rundschleifen des Schweißzapfens von einem Zulieferer durchgeführt wird.In a typical embodiment of the present invention is the Welding after cylindrical grinding of the welding pin carried out. This makes it possible to do the work step the cylindrical grinding of the welding pin from the work step to separate the welding. This allows the production time the turbine rotor can be advantageously reduced by for example, the cylindrical grinding of the welding pin of to a supplier.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird bei dem Verschweißen die Läuferwelle koaxial zu der Unwuchtachse des Turbinenrades mit dem Schweißzapfen verschweißt. Dadurch läuft der verschweißte Turbinenläufer vorteilhaft um die Unwuchtachse des Turbinenrades, wodurch ein vibrationsfreier und damit ein leiser und lagerschonender Lauf des Turbinenläufers gewährleistet ist.In a particularly preferred embodiment of the present invention When welding, the rotor shaft becomes coaxial welded to the unbalance axis of the turbine wheel with the welding pin. This causes the welded turbine rotor to run advantageous about the unbalance axis of the turbine wheel, whereby a vibration-free and thus a quiet and bearing-friendly run of the turbine rotor is guaranteed.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Rundschleifen einer Außenkontur der Turbinenbeschaufelung vorgesehen, wobei das Rundschleifen koaxial zu der mit dem Turbinenrad verschweißten Läuferwelle erfolgt. Dadurch ist ein runder Lauf der Außenkontur der Turbinenbeschaufelung gewährleistet, wodurch das Turbinenrad mit einem gleichmäßig ausgebildeten Spalt zwischen dem Turbinenrad und dem Turbinengehäuse läuft. Dadurch ist eine optimale Ausnutzung des zugeführten Abgasstroms möglich, wodurch sich der Wirkungsgrad des Turboladers erhöht.In a further preferred embodiment of the present invention is a cylindrical grinding of an outer contour of the turbine blading provided, with the cylindrical grinding coaxial with that with the turbine wheel welded rotor shaft is done. This is a round run of the outer contour of the turbine blading ensures that the turbine wheel with a uniform formed gap between the turbine wheel and the turbine housing running. This is an optimal utilization of the supplied Exhaust gas flow possible, whereby the efficiency of the Turbocharger increased.

In einer ebenso bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen das Turbinenrad und die Läuferwelle zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig unterschiedliche Werkstoffe auf. Dadurch ist es möglich, den sehr unterschiedlichen Anforderungen an das Turbinenrad, welches sehr hohen Temperaturen und sehr hohen Fliehkräften ausgesetzt ist, und an die Läuferwelle, welche eine hohe Wechselbiegelast aufnehmen muss, gerecht zu werden. Hierdurch erhöht sich vorteilhaft die Lebensdauer des Turbinenläufers und damit die Lebensdauer eines Turboladers mit einem erfindungsgemäßen Turbinenläufer.In an equally preferred embodiment of the present invention have the turbine wheel and the rotor shaft at least partially and preferably completely different materials. This makes it possible to meet very different requirements to the turbine wheel, which is very high temperatures and very high Centrifugal forces, and to the rotor shaft, which must accommodate a high alternating bending load to meet. This advantageously increases the service life of the turbine rotor and thus the life of a turbocharger with an inventive Turbine rotor.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Turbolader ein Turbinengehäuse ein in dem Turbinengehäuse angeordnetes Turbinenrad, ein Verdichtergehäuse, ein in dem Verdichtergehäuse angeordnetes Verdichterrad und eine Läuferwelle auf, welche das Turbinenrad mit dem Verdichterrad drehfest verbindet. Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich, den erfindungsgemäßen Turbinenläufer mit den zuvor beschriebenen Vorteilen in einem Turbolader zur Leistungssteigerung eines Verbrennungsmotors einzusetzen.In a further preferred embodiment of the present invention The turbocharger includes a turbine housing in the turbine housing arranged turbine wheel, a compressor housing, a in the Compressor housing arranged compressor wheel and a rotor shaft on, which rotatably connects the turbine wheel with the compressor wheel. This makes it possible advantageously, the inventive Turbine rotor with the advantages described above in a turbocharger to increase the performance of an internal combustion engine use.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich – sofern sinnvoll – auf beliebige Weise miteinander kombinieren.The above embodiments and developments can be - if useful - combine in any way.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The The present invention is described below with reference to the schematic Figures of the drawing specified embodiments explained in more detail. It shows:

1A–B eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1A B is a schematic view of an embodiment of the method according to the invention proceedings;

2A–B eine schematische Ansicht einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 2A B is a schematic view of a development of the method according to the invention; and

3 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader mit einem nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Turbinenläufer. 3 a schematic view of an internal combustion engine with a turbocharger with a turbine rotor produced by a method according to the invention.

In den Figuren der Zeichnung sind – sofern nichts anderes ausgeführt ist – gleiche Bauteile, Elemente und Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In the figures of the drawing are - unless otherwise is executed - the same components, elements and Features have been provided with the same reference numerals.

Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.The 1 shows a schematic view of an embodiment of the method according to the invention.

Die 1A zeigt zunächst ein Turbinenrad 3 mit einem Schweißzapfen 4 und einer Turbinenbeschaufelung 6. Der Schweißzapfen 4 und die Turbinenbeschaufelung 6 sind auf entgegen gesetzten Stirnflächen des Turbinenrades 3 angeordnet. Das Turbinenrad 3 mit dem Schweißzapfen 4 und der Turbinenbeschaufelung 6 ist als massives, einteiliges und bevorzugt als einstückiges Bauteil ausgeführt, beispielsweise als Gussbauteil. Der Schweißzapfen 4 ist als rotationssymmetrisch zu einer geometrischen Drehachse 12 des Turbinenrades 3 ausgebildeter Absatz ausgeführt. Das Turbinenrad 3 weist weiterhin eine Unwucht 13 in Form einer Masseansammlung auf. Die Größe dieser Masseansammlung bewegt sich üblicherweise im Bereich von wenigen Milligramm. Diese Masseansammlung wird beispielsweise durch eine Gefügeinhomogenität, welche durch eine Herstellung des Turbinenrades 3 in einem Gussverfahren entsteht, verursacht werden kann. Aufgrund der Unwucht 13 weist das Turbinenrad 3 eine Unwuchtachse 7 auf, welche nicht identisch mit der geometrischen Achse 12 ist. Die Unwuchtachse 7 weicht dabei üblicherweise um wenige 1/100 mm von der geometrischen Achse 12 ab.The 1A shows first a turbine wheel 3 with a welding pin 4 and a turbine blading 6 , The welding pin 4 and the turbine blading 6 are on opposite faces of the turbine wheel 3 arranged. The turbine wheel 3 with the welding pin 4 and turbine blading 6 is designed as a solid, one-piece and preferably as a one-piece component, for example as a cast component. The welding pin 4 is as rotationally symmetrical to a geometric axis of rotation 12 of the turbine wheel 3 trained paragraph executed. The turbine wheel 3 also shows an imbalance 13 in the form of a mass accumulation. The size of this mass accumulation usually ranges in the range of a few milligrams. This mass accumulation, for example, by a structural inhomogeneity, which by a production of the turbine wheel 3 arises in a casting process can be caused. Due to the imbalance 13 has the turbine wheel 3 an unbalance axis 7 which are not identical to the geometric axis 12 is. The unbalance axis 7 usually deviates by a few 1/100 mm from the geometric axis 12 from.

Erfindungsgemäß wird zunächst die aus der Unwucht 13 resultierende Unwuchtachse 7 des Turbinenrades 3 ermittelt. Hierzu wird das Turbinenrad 3 beispielsweise in eine, in 1 nicht dargestellte, federweiche Aufspannung eingespannt und in Rotation um die geometrische Drehachse 12 versetzt. Aufgrund der vorhandenen Unwucht 13 und der federweichen Aufspannung bewegt sich die tatsächliche Drehachse des Turbinenrades 3 von seiner geometrischen Drehachse 12 weg hin zu der Unwuchtachse 7. Als tatsächliche Drehachse des Turbinenrades 3 stellt sich so in der federweichen Aufspannung von selbst die Unwuchtachse 7 ein. Durch ein Vermessen der Aufspannung oder des Schweißzapfens 4 kann die Unwuchtachse 7 nun komfortabel bestimmt werden.According to the invention, the first of the imbalance 13 resulting unbalance axis 7 of the turbine wheel 3 determined. For this purpose, the turbine wheel 3 for example, in one, in 1 Not shown, feather-soft clamping clamped and in rotation about the geometric axis of rotation 12 added. Due to the existing imbalance 13 and the feathery clamping moves the actual axis of rotation of the turbine wheel 3 from its geometric axis of rotation 12 away to the unbalance axis 7 , As the actual axis of rotation of the turbine wheel 3 Thus, the unbalance axis arises in the feathery clamping 7 one. By measuring the clamping or the welding pin 4 can the unbalance axis 7 be determined comfortably now.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Turbinenrad 3 in einer festen Aufspannung, welche ebenfalls in der 1 nicht dargestellt ist, um die zuvor bestimmte Unwuchtachse 7 in Rotation versetzt und der Schweißzapfen 4 wird koaxial zu der Unwuchtachse 7 rund geschliffen. Das Rundschleifen erfolgt bevorzugt mittels einer Formscheibe, welche dem Schweißzapfen 4 seine vorgesehene endgültige Form gibt. Alternativ zu dieser Vorgehensweise kann der Schweißzapfen 4 auch direkt in der zuvor beschriebenen federweichen Aufspannung rund geschliffen werden. Hierzu wird, nachdem sich wie zuvor beschrieben die Unwuchtachse 7 von selbst eingestellt hat, die federweiche Aufspannung eingefroren, so dass der Schweißzapfen 4 in der eingefrorenen Aufspannung koaxial zu der Unwuchtachse 7 rund geschliffen werden kann. 1B zeigt das Turbinenrad 3 mit dem zu der Unwuchtachse 7 rund geschliffenen Schweißzapfen 4.In a further process step, the turbine wheel 3 in a fixed clamping, which is also in the 1 not shown, to the previously determined unbalance axis 7 set in rotation and the welding pin 4 becomes coaxial with the unbalance axis 7 round ground. The cylindrical grinding preferably takes place by means of a shaping disk, which is the welding pin 4 gives its intended final form. Alternatively to this procedure, the welding pin 4 also be sanded directly in the previously described feathery clamping round. This is done after, as described above, the unbalance axis 7 has set by itself, the spring-soft clamping frozen, leaving the welding pin 4 in the frozen clamping coaxial with the unbalance axis 7 can be ground round. 1B shows the turbine wheel 3 with that to the unbalance axis 7 round ground welding pin 4 ,

Das Auswuchten des Turbinenrades 3 geschieht erfindungsgemäß also nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt durch das Abtragen von zusätzlichen Wuchtmassen bis die Unwucht um die geometrische Drehachse 12 ausgeglichen ist, sondern dadurch, dass die Unwuchtachse 7 als Drehachse des Turbinenrades dient. Erfindungsgemäß sind daher keine zusätzlichen Wuchtmassen am Turbinenrad 3 erforderlich.The balancing of the turbine wheel 3 The invention thus does not happen as known from the prior art by the removal of additional balancing masses until the imbalance about the geometric axis of rotation 12 is balanced, but in that the unbalance axis 7 serves as a rotation axis of the turbine wheel. According to the invention, therefore, no additional balancing masses on the turbine wheel 3 required.

Die 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The 2 shows a schematic view of a development of the method according to the invention.

Die 2A zeigt zunächst das Turbinenrad 3 mit der Unwuchtachse 7 und mit dem koaxial zu der Unwuchtachse 7 rund geschliffenen Schweißzapfen 4. Weiterhin zeigt 2A eine Läuferwelle 5.The 2A shows first the turbine wheel 3 with the unbalance axis 7 and with the coaxial with the unbalance axis 7 round ground welding pin 4 , Further shows 2A a rotor shaft 5 ,

Das Turbinenrad 3 wird nun eingespannt. Die Läuferwelle 5 wird auf den Schweißzapfen 4 des Turbinenrades 3 in Richtung der Unwuchtachse 7 zu bewegt 14 und mit dem Schweißzapfen 4 verschweißt. Alternativ dazu kann auch die Läuferwelle 5 fest eingespannt sein und das Turbinenrad 3 auf die Läuferwelle 5 zu bewegt werden oder beide Bauteile werden aufeinander zu bewegt. Bevorzugt finden als Schweißverfahren das Rotationsreibverschweißen oder das Elektronenstrahlverschweißen Anwendung. Alternativ dazu kann auch jedes andere Schweißverfahren, welches dazu geeignet ist unterschiedliche Materialien miteinander zu verbinden, eingesetzt werden. Ein beim Verschweißen des Schweißzapfens 4 und der Läuferwelle 5 entstehender Schweißwulst wird bevorzugt durch ein Rundschleifen mit einer Formscheibe entfernt.The turbine wheel 3 is now clamped. The rotor shaft 5 gets on the welding pin 4 of the turbine wheel 3 in the direction of the unbalance axis 7 too moved 14 and with the welding pin 4 welded. Alternatively, also the rotor shaft 5 be firmly clamped and the turbine wheel 3 on the rotor shaft 5 to be moved or both components are moved towards each other. Rotary friction welding or electron beam welding are preferably used as the welding method. Alternatively, any other welding method which is suitable for connecting different materials together can be used. One during welding of the welding pin 4 and the rotor shaft 5 emerging Schweißwulst is preferably removed by a cylindrical grinding with a form of disc.

Die 2B zeigt einen fertig verschweißten Turbinenläufer 1. Da die Außenkontur 8 des Turbinenrades 3 rotationssymmetrisch zur geometrischen Drehachse 12 ist, ergibt sich bei einer Rotation des Turbinenläufers 1 um die Unwuchtachse 7 ein gewisser Höhenschlag der Außenkontur 8 des Turbinenrades 3. Um zu gewährleisten, dass zwischen der Außenkontur 8 und einem Turbinengehäuses eines Turboladers beim Betrieb des Turbinenläufers 1 in dem Turbolader ein gleichmäßiger Luftspalt entsteht, wird die Außenkontur 8 des Turbinenrades 3 in einem abschließenden Verfahrensschritt koaxial zur Unwuchtachse 7 rund geschliffen.The 2 B shows a fully welded turbine rotor 1 , Because the outer contour 8th of the turbine wheel 3 rotationally symmetric to the geometric axis of rotation 12 is, results in a rotation of the turbine rotor 1 around the imbalance axis 7 a certain rash of the outer contour 8th of the turbine wheel 3 , To ensure that between the outer contour 8th and a turbine housing of a turbocharger during operation of the turbine runner 1 in the turbocharger a uniform air gap is formed, the outer contour 8th of the turbine wheel 3 in a final process step coaxial with the unbalance axis 7 round ground.

Alternativ zu der beschriebenen Vorgehensweise ist es möglich, die Läuferwelle 5 direkt nach dem Bestimmen der Unwuchtachse 7 koaxial zu der Unwuchtachse 7 auf den Schweißzapfen 4 aufzuschweißen. Das Rundschleifen des Schweißzapfens 4 erfolgt dann nach dem Verschweißen der Läuferwelle 5 mit dem Schweißzapfen 4. Vorteilhaft hierbei ist, dass ein unter Umständen beim Verschweißen entstehender ringförmiger Schweißwulst in einem Arbeitsgang mit dem Rundschleifen des Schweißzapfens 4 entfernt werden kann. Hierdurch reduziert sich der Arbeitsaufwand zur Herstellung des erfindungsgemäßen Turbinenläufers 1.As an alternative to the procedure described, it is possible for the rotor shaft 5 directly after determining the imbalance axis 7 coaxial with the unbalance axis 7 on the welding pin 4 to weld. The cylindrical grinding of the welding pin 4 then takes place after welding the rotor shaft 5 with the welding pin 4 , The advantage here is that a possibly arising during welding annular Schweißwulst in one operation with the cylindrical grinding of the welding pin 4 can be removed. This reduces the amount of work required to produce the turbine rotor according to the invention 1 ,

Die 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader mit einem nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Turbinenläufer.The 3 shows a schematic view of an internal combustion engine with a turbocharger with a turbine rotor produced by a method according to the invention.

Ein Verbrennungsmotor 16 ist über eine Abgasleitung 17 fluidisch mit dem in einem Turbinengehäuse 9 befindlichen Turbinenrad 3 gekoppelt. Das Turbinenrad 3 ist über die Läuferwelle 5 mit einem Verdichterrad 11 drehfest verbunden. Das Verdichterrad 11 ist in einem Verdichtergehäuse 10 angeordnet. Das Verdichterrad 11 ist über einen Ansaugtrakt 18 mit dem Verbrennungsmotor 16 fluidisch gekoppelt.An internal combustion engine 16 is via an exhaust pipe 17 fluidly with that in a turbine housing 9 located turbine wheel 3 coupled. The turbine wheel 3 is over the rotor shaft 5 with a compressor wheel 11 rotatably connected. The compressor wheel 11 is in a compressor housing 10 arranged. The compressor wheel 11 is via an intake tract 18 with the internal combustion engine 16 fluidly coupled.

Im Betrieb des Verbrennungsmotors 16 mit dem Turbolader 2 stellt der Verbrennungsmotor 16 über die Abgasleitung 17 dem Turbinenrad 3 Abgas zur Verfügung. Durch das Turbinenrad 3 wird die Entalpie des Abgases erniedrigt und die kinetische und thermische Energie des Abgases in Rotationsenergie umgewandelt. Die Rotationsenergie wird über die Läuferwelle 5 des Turbinenläufers auf das Verdichterrad 11 übertragen. Das Verdichterrad 11 saugt Frischluft an, komprimiert diese und führt die komprimierte Frischluft über den Ansaugtrakt 18 dem Verbrennungsmotor 16 zu. Dadurch dass in dem komprimierten Luftvolumen pro Volumeneinheit mehr Sauerstoff vorhanden ist, kann im Verbrennungsmotor 16 pro Luftvolumeneinheit mehr Kraftstoff verbrennt werden, wodurch sich die Leistungsausbeute des Verbrennungsmotors 16 erhöht. Durch den mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Turbinenläufer, welcher keiner zusätzlicher Wuchtmassen bedarf, ist es möglich, das Ansprechverhalten des Turboladers 2 zu verbessern da der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Turbinenläufer im Vergleich zu den bekannten Turbinenläufern mit zusätzlichen Wuchtmassen ein geringeres Massenträgheitsmoment aufweist. Durch ein verbessertes Ansprechverhalten des Turboladers 2 erhöht sich dessen Wirkungsgrad.In operation of the internal combustion engine 16 with the turbocharger 2 represents the internal combustion engine 16 over the exhaust pipe 17 the turbine wheel 3 Exhaust gas available. Through the turbine wheel 3 the enthalpy of the exhaust gas is lowered and the kinetic and thermal energy of the exhaust gas is converted into rotational energy. The rotational energy is transmitted through the rotor shaft 5 of the turbine runner on the compressor wheel 11 transfer. The compressor wheel 11 sucks fresh air, compresses it and leads the compressed fresh air over the intake tract 18 the internal combustion engine 16 to. The fact that more oxygen is present in the compressed air volume per unit volume, can in the internal combustion engine 16 more fuel is burned per unit of air volume, resulting in the power output of the internal combustion engine 16 elevated. By the turbine runner produced by the method according to the invention, which requires no additional balancing masses, it is possible, the response of the turbocharger 2 to improve since the turbine rotor produced by the process according to the invention in comparison to the known turbine rotors with additional balancing masses has a lower moment of inertia. Through an improved response of the turbocharger 2 its efficiency increases.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere können Merkmale der einzelnen, oben aufgeführten Ausführungsbeispiele – sofern dies technisch sinnvoll ist – beliebig miteinander kombiniert werden.Even though the present invention with reference to preferred embodiments fully described, it is not limited to but modifiable in a variety of ways. Especially can characteristics of each, listed above Exemplary embodiments - if this makes sense technically is - can be combined with each other.

In einer bevorzugten Modifikation der vorliegenden Erfindung wird die Läuferwelle 5 vor dem Bestimmen der Unwuchtachse 7 koaxial zu der geometrischen Drehachse 12 des Turbinenrades 3 mit dem Schweißzapfen 4 verschweißt. Für den fertig geschweißten Turbinenläufer 1 wird dann eine Unwuchtachse bestimmt. Anschließend wird der geschweißte Turbinenläufer 1, d. h. im Wesentlichen der Schweißzapfen 4 und die Läuferwelle 5, koaxial zu der ermittelten Unwuchtachse des Turbinenläufers 1 rundgeschliffen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass eine eventuell durch den Schweißvorgang entstehende Unwucht in einer Wuchtoperation mit der Unwucht 13 des Turbinenrades 3 ausgeglichen werden kann.In a preferred modification of the present invention, the rotor shaft 5 before determining the imbalance axis 7 coaxial with the geometric axis of rotation 12 of the turbine wheel 3 with the welding pin 4 welded. For the finished welded turbine rotor 1 then an unbalance axis is determined. Subsequently, the welded turbine rotor 1 ie essentially the welding pin 4 and the rotor shaft 5 , coaxial with the determined unbalance axis of the turbine rotor 1 cylindrically ground. As a result, it is achieved in an advantageous manner that any imbalance resulting from the welding process in a balancing operation with the imbalance 13 of the turbine wheel 3 can be compensated.

Die aufgeführten Materialien, Zahlenangaben und Dimensionen sind beispielhaft zu verstehen und dienen lediglich der Erläuterung der Ausführungsformen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.The listed materials, numbers and dimensions are to be understood as examples and are merely illustrative the embodiments and further developments of the present invention.

Der angegebene Turbinenläufer und Turbolader mit Turbinenläufer ist besonders vorteilhaft im Kraftfahrzeugbereich und hier vorzugsweise bei Personenkraftfahrzeugen, beispielsweise bei Diesel- oder Ottomotoren, einsetzbar, lässt sich bei Bedarf allerdings auch bei beliebig anderen Turboladeranwendungen einsetzen.Of the specified turbine rotor and turbocharger with turbine rotor is particularly advantageous in the automotive sector and here preferably in passenger cars, for example in diesel or gasoline engines, can be used, however, if necessary, also at any other turbocharger applications.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (8)

Verfahren zum Herstellen eines Turbinenläufers (1) eines Turboladers (2), insbesondere in oder für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: – Bereitstellen eines Turbinenrades (3), welches einen Schweißzapfen (4) zur stoffschlüssigen Verbindung mit einer Läuferwelle (5) und eine Turbinenbeschaufelung (6) zur Umwandlung kinetischer Energie von Abgas in Rotationsenergie aufweist, wobei die Turbinenbeschaufelung (6) und der Schweißzapfen (4) auf entgegen gesetzten Stirnflächen des Turbinenrades (3) angeordnet sind; – Bestimmen einer Unwuchtachse (7) des Turbinenrades (3); und – Rundschleifen des Schweißzapfens (4), wobei das Rundschleifen koaxial zu der festgestellten Unwuchtachse (7) erfolgt.Method for producing a turbine rotor ( 1 ) of a turbocharger ( 2 ), in particular in or for a motor vehicle, comprising the steps of: - providing a turbine wheel ( 3 ), which has a welding pin ( 4 ) for material connection with a rotor shaft ( 5 ) and a turbine blading ( 6 ) for converting kinetic energy of exhaust gas into rotational energy, wherein the turbine blading ( 6 ) and the welding pin ( 4 ) on opposite end faces of the turbine wheel ( 3 ) are arranged; - Determining an unbalance axis ( 7 ) of the turbine wheel ( 3 ); and - cylindrical grinding of the welding pin ( 4 ), whereby the cylindrical grinding coaxial with the detected unbalance axis ( 7 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bestimmen einer Unwuchtachse (7) ein Verschweißen des Schweißzapfens (4) mit der Läuferwelle (5) durchgeführt wird, wobei bevorzugt ein Elektronenstrahlverschweißen oder ein Rotationsreibverschweißen durchgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that after determining an unbalance axis ( 7 ) a welding of the welding pin ( 4 ) with the rotor shaft ( 5 ), wherein preferably electron beam welding or rotary friction welding is performed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen nach dem Rundschleifen des Schweißzapfens (4) durchgeführt wird.A method according to claim 2, characterized in that the welding after the cylindrical grinding of the welding pin ( 4 ) is carried out. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verschweißen die Läuferwelle (5) koaxial zu der Unwuchtachse (7) des Tur binenrades (3) mit dem Schweißzapfen (4) verschweißt wird.A method according to claim 2 or 3, characterized in that during welding, the rotor shaft ( 5 ) coaxial with the unbalance axis ( 7 ) of the Tur binenrades ( 3 ) with the welding pin ( 4 ) is welded. Verfahren nach einem der Anspruche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rundschleifen einer Außenkontur (8) der Turbinenbeschaufelung (6) vorgesehen ist, wobei das Rundschleifen koaxial zu der mit dem Turbinenrad (3) verschweißten Läuferwelle (5) erfolgt.Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that a cylindrical grinding of an outer contour ( 8th ) of turbine blading ( 6 ), wherein the cylindrical grinding is coaxial with that with the turbine wheel ( 3 ) welded rotor shaft ( 5 ) he follows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (3) und die Läuferwelle (5) zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig unterschiedliche Werkstoffe aufweisen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine wheel ( 3 ) and the rotor shaft ( 5 ) at least partially and preferably completely different materials. Turbolader, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, der einen Turbinenläufer (1) aufweist, welcher mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.Turbocharger, in particular for a motor vehicle, comprising a turbine rotor ( 1 ), which is produced by means of a method according to one of claims 1 to 6. Turbolader nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch, – ein Turbinengehäuse (9), – ein in dem Turbinengehäuse (9) angeordnetes Turbinenrad (3), – ein Verdichtergehäuse (10), – ein in dem Verdichtergehäuse (10) angeordnetes Verdichterrad (11), und – eine Läuferwelle (5), welche das Turbinenrad (3) mit dem Verdichterrad (11) drehfest verbindet.Turbocharger according to claim 8, characterized by - a turbine housing ( 9 ), - in the turbine housing ( 9 ) arranged turbine wheel ( 3 ), - a compressor housing ( 10 ), - in the compressor housing ( 10 ) arranged compressor wheel ( 11 ), and - a rotor shaft ( 5 ), which the turbine wheel ( 3 ) with the compressor wheel ( 11 ) rotatably connects.
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