DE4220224C1

DE4220224C1 - Exhaust turbocharger for IC engine - has ceramic turbine wheel with integrated axle stub fitting into contracted sleeve in metal shaft

Info

Publication number: DE4220224C1
Application number: DE4220224A
Authority: DE
Inventors: Walter 7307 Aichwald De Lohrum; Reinhard 7056 Weinstadt De Weisner; Juergen 7012 Fellbach De Wertenbach
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1992-06-20
Filing date: 1992-06-20
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2012-06-21

Abstract

Connection between ceramic wheel-integrated journal and coaxial street shaft comprises an axially aligned cup shaped shrink sleeve on the shaft. This positively grasps the journal in pre-tension and bear on this in the area ahead of the waisted section of the journal so that the sleeve end is off loaded in respect of the journal circumference. The sleeve base conforms in part to the endface of the journal. The journal (2) should be pre-tensioned against the base (6) of the shrink sleeve (4) and the sleeve endface (7) only bears in pre-tension on the journal as far as the minimum diameter area of the waisted part. ADVANTAGE - Shrink sleeve on shaft clamps round waisted journal in firm join proof against elevated temperature.

Description

Die Erfindung betrifft die Verbindung eines monolithisch mit einem Turbinenrad eines Abgasturboladers verbundenen und zen trisch von dem Turbinenrad abragenden keramischen Wellenzapfens mit einer gleichachsig zugeordneten stählernen Turbinenwelle, wie sie beispielsweise aus der EP 1 84 457 B1 als bekannt her vorgeht.The invention relates to the connection of a monolithic connected to a turbine wheel of an exhaust gas turbocharger and zen ceramic shaft protruding from the turbine wheel with a coaxial steel turbine shaft, as known for example from EP 1 84 457 B1 is going on.

Die EP 1 84 457 B1 betrifft die Verbindung eines keramischen Zapfens, der monolithisch mit dem Turbinenrad eines Abgasturboladers verbunden ist und zentrisch von ihm abragt, mit einer gleichachsig zugeordneten stählernen Turbinenwelle. Der Wellenzapfen wird hierbei von einer Manschette in der Art einer Umfassungsverbindung gehaltert. Zur axialen Fixierung weist der Wellenzapfen eine Ringnut auf, in die durch eine Massivumformung das Material des Mantels der Manschette einge bracht ist. Der restliche Mantel der Manschette liegt unter Vorspannung und formschlüssig am Zapfenumfang an, wobei die Vorspannung durch ein Einpressen des Wellenzapfens in die Man schette aufgebracht wurde. Turbinenradseitig ist die Umfangs fläche des Wellenzapfens durch einen zwischen dem Mantel der Manschette und der Umfangsfläche angeordneten Spalt entlastet. EP 1 84 457 B1 relates to the connection of a ceramic Pin that is monolithic with the turbine wheel Exhaust gas turbocharger is connected and projects centrally from it, with a coaxial steel turbine shaft. The shaft journal is supported by a sleeve of the type a surrounding connection held. For axial fixation the shaft journal has an annular groove into which a Solid forming the material of the jacket of the cuff is brought. The rest of the sleeve is under Preload and form-fitting on the pin circumference, the Preload by pressing the shaft journal into the man cuff was applied. The circumference is on the turbine wheel side area of the shaft journal by a between the jacket of the Cuff and the circumferential surface arranged gap relieved.

Des weiteren erfolgt die Vorspannung der Manschette auf die Umfangsfläche des Wellenzapfens fast ausschließlich radial, da die zumindest bereichsweise dem Boden der Manschette nachge bildeten Zapfenstirnseite nicht an dem Boden anliegt, womit keine Axialkräfte übertragen werden können. Die Unterbindung der Relativbewegung in axialer Richtung zwischen Wellenzapfen und Turbinenwelle ist somit nur durch den in die Ringnut ein geprägten Mantelbereich gewährleistet. Bei solchen Querpreßverbindungen führt die hohe notwendige Überdeckung aber immer wieder zu Zentrierproblemen beim Fügen dieser Querpreßverbindungen, wodurch eine einfache Bauweise nur schwer zu realisieren ist. Des weiteren ist die Zuverlässigkeit dieser Querpreßverbindung, insbesondere bei hohen Temperaturen nicht generell gewährleistet, da sich das Metall des Mantels der Manschette um ein Vielfaches gegenüber dem Keramik des Wellenzapfens bei thermischer Beanspruchung ausdehnt.Furthermore, the cuff is preloaded on the The circumferential surface of the shaft journal is almost exclusively radial, since which, at least in regions, follow the bottom of the cuff formed cone face does not lie on the floor, with what no axial forces can be transmitted. The tie-up the relative movement in the axial direction between the shaft journals and turbine shaft is only through the one in the annular groove embossed jacket area guaranteed. In such Cross-press connections result in the high necessary coverage but again and again to centering problems when joining these Cross-press connections, making a simple design only is difficult to realize. Furthermore, reliability is this cross-press connection, especially at high temperatures not generally guaranteed since the metal of the jacket the cuff many times over the ceramic of the Shaft journal expands under thermal stress.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die zugrunde gelegte Verbin dung dahingehend weiterzuentwickeln, daß bei einer einfachen Konstruktion eine sehr hohe Zuverlässigkeit der Verbindung auch bei hohen Betriebstemperaturen gewährleistet ist.The object of the invention is the underlying verb to develop further in such a way that with a simple Construction a very high reliability of the connection too is guaranteed at high operating temperatures.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lehre zeichnet sich durch eine einfache Kon struktion, ein geringes Bauvolumens, eine geringe Beeinflussung der konstruktiven Umgebung und durch eine zuverlässige Zen trierung aus. Gleichzeitig wird durch die Vorspannung des Wel lenzapfens gegen den Boden der Schrumpfmanschette ein über weite Bereiche bleibender Fugendruck bei geringen Eigenspan nungen selbst bei hohen Betriebstemperaturen gewährleistet. Da ferner die erfindungsgemäße Schrumpfmanschette nur bis in den Bereich des geringsten Durchmessers der Querschnittsverringe rung unter Vorspannung anliegt, ist bei Erwärmung auszu schließen, daß der Wellenzapfen im Bereich seiner Quer schnittsverengung, bedingt durch die unterschiedlichen Wärme ausdehnungen, beschädigt bzw. gesprengt wird. Dies wird insbe sondere dadurch erreicht, daß beim Herstellungsverfahren der Mantel der Schrumpfmanschette bei Warmumformungstemperatur in die Querschnittsverengung vorteilhafter Weise eingerollt wird, wodurch diese erst wieder bei eben dieser Temperatur sich an den Gegenbereich der Querschnittsverengung abstützen könnte. Da diese Umformungstemperatur aber oberhalb der Betriebstemperatur liegt, ist dies zuverlässig ausgeschlossen. Des weiteren zeichnet sich die Verbindung noch durch eine einfache Fertigung und geringe Kosten aus.The object of the invention is achieved by a connection with the characterizing features of claim 1 solved. The Teaching according to the invention is characterized by a simple con structure, a small construction volume, a small influence the constructive environment and through a reliable Zen out. At the same time, the preload of the wel over against the bottom of the shrink sleeve wide areas of permanent joint pressure with low internal chip guaranteed even at high operating temperatures. There furthermore, the shrink sleeve according to the invention only up to the Area of the smallest diameter of the cross-sectional rings If there is prestressing, it must be switched off when heated conclude that the shaft journal is in the area of its cross narrowing of the cut due to the different heat expansions, is damaged or blown up. This is particularly true achieved in particular that in the manufacturing process Jacket of the shrink sleeve at hot forming temperature in the narrowing of the cross section is advantageously rolled in, whereby this only reappears at this temperature could support the opposite area of the cross-sectional constriction. There this forming temperature but above the operating temperature is reliably excluded. Furthermore the connection is still characterized by simple manufacture and low cost.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für diese Verbindung ist den entspre chenden weiteren Ansprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh rungsbeispielen im folgenden erläutert, wobei gleichzeitig auch auf das bevorzugte Herstellungsverfahren eingegangen wird. Da bei zeigtFurther advantageous configurations as well as a preferred one The manufacturing process for this compound is the equivalent corresponding further claims. Otherwise, the Invention based on Ausfüh shown in the drawings Rungsbeispiele explained below, while also the preferred manufacturing process is discussed. There at shows

Fig. 1 eine mögliche Verbindung des Wellenzapfens mit der Turbinenwelle, Fig. 1 shows a possible connection of the shaft journal with the turbine shaft,

Fig. 2 eine weitere Verbindung mit geänderter Schrumpf manschette, Fig. 2 sleeve a further connection with altered shrinkage,

Fig. 3 eine weitere Verbindung mit wiederum geänderter Schrumpfmanschette und Fig. 3 shows another connection with again changed shrink sleeve and

Fig. 4a bis 4c das Herstellungsverfahren anhand einer Bilderfolge. FIGS. 4a to 4c, the manufacturing method based on a sequence of images.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindung vorgestellt. Hierbei ist ein Turbinenrad 1 darge stellt, von dem ein monolithisch damit verbundener und zentrisch angeordneter Wellenzapfen 2 in Richtung einer Turbinenwelle 3 abragt. Der Wellenzapfen 2 ist hierbei in eine Schrumpfman schette 4 der Turbinenwelle 3 angeordnet und wird an seinem Zapfenumfang 5 von dem Mantel der Schrumpfmanschette 4 form schlüssig umgeben. Der Wellenzapfen 2, der stirnflächenseitig einen Einführkonus 13 aufweist, geht in Richtung des Turbinen rades 1 in einen zylindrischen Teil 14 über, der zur radialen Fixierung des Wellenzapfens 2 beim Einführen in die Schrumpf manschette 4 dient. Daran schließt sich ein sich zum Turbinen rad 1 hin verjüngender Konus 8 an, der über einen Ausrundungs radius 9 in den Scheibenkörper des Turbinenrades 1 übergeht. Der Mantel der Schrumpfmanschette 4 liegt am Zapfenumfang 5 im Bereich des zylindrischen Teiles 14 und des Konus 8 an und weist im Bereich des Ausrundungsradius 9 einen Ringspalt 12 auf, der dazu dient, daß der Wellenzapfen 2 in diesem Bereich nur mit geringen bzw. mit keinen sich auf die Keramik ungünstig auswirkenden Zugspannungen beaufschlagt wird. Zwischen dem Bo den 6 und der Zapfenstirnfläche 7 ist ein Vorspannungsspeicher 10 angeordnet, an dem der Wellenzapfen 2 unter Vorspannung an liegt. Dieser Vorspannungsspeicher 10 kann ungelocht (Fig. 2) oder gelocht (Fig. 3) sein. Die auf diese Vorspannungsspeicher 10 wirkende Kraft geht von der Schrumpfmanschette 4 aus, die aufgrund des speziellen Fertigungsverfahrens maximal bis an die Streckgrenze des Materials vorgespannt ist. Zur weiteren Ent lastung des Wellenzapfens 2 im Bereich des Ausrundungsradius 9 ist in diesem Bereich am Mantel der Schrumpfmanschette 4 eine Ringnut 11, bzw. 11′ angeordnet, die unterschiedlichst geformt sein kann (s. Fig. 1 und Fig. 3). In vorteilhafter Weise ist diese Ringnut 11 gleichzeitig als Aufnahme für Dichtelemente (Kolbenring) zwischen Welle und Lagergehäuse vorgesehen. Die Anbringung der Ringnut 11 im Bereich der höchsten Wandstärke des Mantels der Schrumpfmanschette 4 ist ferner daher günstig, da hier mit den höchsten Radialpressungen und damit den größten eingeleiteten Kräften auf den Wellenzapfen 2 zu rechnen ist. Der Winkel β zwischen der Rotationsachse und einer Mantellinie des Wellenzapfens 2 beträgt günstigerweise zwischen 5 und 30°, insbesondere 10°, damit die vom Mantel der Schrumpfmanschette 4 aufgebrachte Vorspannung in axialer Richtung und damit in Richtung des Bodens 6 der Schrumpfmanschette 4 wirken kann und andererseits das der erforderliche Bauraum der Verbindung nicht zu groß wird. Der Vorspannungsspeicher 10 ist günstigerweise aus einem Werkstoff, der ein geringeres Elastizitätsmodul als der Werkstoff der Turbinenwelle 3, vorzugsweise als der Wel lenzapfens 2 aufweist, hergestellt, damit die Kraftspeicher wirkung des Vorspannungsspeichers 10 durch eine geringfügige axiale Kompression dieses Bauteiles zustande kommt. Als gün stiger Werkstoff hat sich hierbei Aluminiumtitanat erwiesen. Des weiteren kann ein vorteilhafter Vorspannungsspeicher 10 als eine Tellerfeder (nicht dargestellt) ausgebildet sein, wobei zwischen der Tellerfeder und der Zapfenstirnseite 7 eine Scheibe aus duktivem Werkstoff einzulegen ist. Der weitere Vorteil des Vorspannungsspeichers 10 besteht darin, daß er auch bei Betriebstemperatur des Abgasturboladers einen Restdruck zwischen der Zapfenstirnfläche 7 und dem Boden 6 der Schrumpf manschette 4 gewährleistet.In Fig. 1 an embodiment of a compound of the invention is presented. Here, a turbine wheel 1 is Darge, from which a monolithically connected and centrally arranged shaft journal 2 protrudes in the direction of a turbine shaft 3 . The shaft journal 2 is arranged in a Schrumpfman sleeve 4 of the turbine shaft 3 and is positively surrounded on its journal circumference 5 by the jacket of the shrink sleeve 4 . The shaft journal 2 , which has an insertion cone 13 on the end face, goes in the direction of the turbine wheel 1 into a cylindrical part 14 , which serves for the radial fixing of the shaft journal 2 during insertion into the shrink sleeve 4 . This is followed by a cone 8 tapering toward the turbine wheel 1 , which merges into the disk body of the turbine wheel 1 via a radius radius 9 . The jacket of the shrink sleeve 4 rests on the pin circumference 5 in the area of the cylindrical part 14 and the cone 8 and has an annular gap 12 in the area of the rounding radius 9 , which serves to ensure that the shaft pin 2 has only little or no in this area tensile stresses which have an unfavorable effect on the ceramic. Between the Bo den 6 and the pin end face 7 , a bias memory 10 is arranged on which the shaft journal 2 is under tension. This bias memory 10 can be unperforated ( Fig. 2) or perforated ( Fig. 3). The force acting on this preload storage device 10 originates from the shrink sleeve 4 , which due to the special manufacturing process is maximally prestressed up to the yield point of the material. To further Ent utilization of the shaft journal 2 in the region of the fillet radius is 9 in this region on the jacket of the shrinkable sleeve 4 an annular groove 11 or 11 ', which may be formed A diversity (s. Fig. 1 and Fig. 3). This annular groove 11 is advantageously provided at the same time as a receptacle for sealing elements (piston ring) between the shaft and the bearing housing. The provision of the annular groove 11 in the region of the highest wall thickness of the jacket of the shrink sleeve 4 is therefore also advantageous, since the highest radial pressures and thus the greatest forces introduced on the shaft journal 2 can be expected. The angle β between the axis of rotation and a surface line of the shaft journal 2 is advantageously between 5 and 30 °, in particular 10 °, so that the bias applied by the jacket of the shrink sleeve 4 can act in the axial direction and thus in the direction of the bottom 6 of the shrink sleeve 4 and on the other hand that the required space for the connection is not too large. The bias memory 10 is advantageously made of a material that has a lower modulus of elasticity than the material of the turbine shaft 3 , preferably as the Wel lenzapfens 2 , so that the energy storage effect of the bias memory 10 comes about by a slight axial compression of this component. Aluminum titanate has proven to be a cheap material. Furthermore, an advantageous preload store 10 can be designed as a plate spring (not shown), a disc made of ductile material being inserted between the plate spring and the end face 7 of the pin. Another advantage of the bias memory 10 is that it ensures a residual pressure between the pin end face 7 and the bottom 6 of the shrink sleeve 4 even at the operating temperature of the exhaust gas turbocharger.

Zwei weitere Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Ver bindung sind in Fig. 2 und 3 dargestellt. In Fig. 2 ist die Schrumpfmanschette 4 jedoch nur bis in den Bereich des klein sten Durchmessers der Querschnittsveringerung herangeführt, wodurch selbst eine geringe Einleitung von Zugspannungen un terbunden ist. In Fig. 3 hingegen ist der Vorspannungsspeicher 10′ gelocht ausgeführt, wodurch im Bereich des Bodens 6 und der Zapfenstirnseite 7 ein Luftpolster gebildet wird. Two further embodiments of the connection according to the invention are shown in FIGS . 2 and 3. In Fig. 2, the shrink sleeve 4 is only brought up to the area of the smallest diameter of the cross-sectional reduction, whereby even a small introduction of tensile stress is un tied. In Fig. 3, however, the bias memory 10 'is perforated, whereby an air cushion is formed in the region of the bottom 6 and the end face 7 of the pin.

Im folgenden wird die Fertigung der erfindungsgemäßen Verbin dung beschrieben. Diese Fertigung, die erläuternd in den Fig. 4a bis 4c dargestellt ist, gliedert sich hauptsächlich in drei Phasen. Zuerst wird in eine Schrumpfmanschette 4, in die zuvor ein Vorspannungsspeicher 10 einlegbar ist, der Wellenzapfen 2 bis zum bodenseitigen Anschlag eingeschoben, wobei die Schrumpfmanschette 4 zuvor bereits aufgeheizt worden sein kann. In dieser Position wird die Turbinenwelle 3 und der Wellenzap fen 2 in einer geeigneten Vorrichtung zentriert und fixiert. Anschließend werden die Mantelbereiche der Schrumpfmanschette 4 gleichmäßig auf Warmumformungstemperatur aufgeheizt und der über dem Konus 8 des Wellenzapfens 2 liegende Mantel der Schrumpfmanschette 4 plastisch verformt und an den Zapfenumfang 5 angeformt. Hierbei können, je nach gewünschter Vorspannung, auch nur Teilbereiche des Mantels der Schrumpfmanschette 4 er hitzt werden. Anschließend läßt man die Verbindung langsam bis auf Raumtemperatur abkühlen, wodurch die Schrumpfmanschette 4 wegen der unterschiedlichen thermischen Längenausdehnungskoef fizienten von Metall und Keramik den Wellenzapfen 2 immer stärker umklammert. Die Zugeigenspannungen der Turbinenwelle 3 werden bei weiter gehender Abkühlung immer höher bis bei einer bestimmten Temperatur die Streckgrenze des Turbinenwellenwerk stoffes überschritten wird. Durch die dadurch einsetzenden örtlichen plastischen Verformungen werden verbleibende Fertigungstoleranzen des Wellenzapfens 2 und der Schrumpfman schette 4 ausgeglichen und der Fugendruck zwischen dem Zapfen umfang 5 und dem Mantel der Schrumpfmanschette 4 erreicht ma ximal mögliche Werte. Bei einer Erwärmung der Schrumpfman schette 4 besteht die Möglichkeit die Vorspannung über weite Bereiche auf hohem Niveau zu halten, indem der Wellenzapfen 2 während der gesamten Zeit des Anwalzens, vorzugsweise Rollens der Schrumpfmanschette 4 an den Zapfenumfang 5, sowie auch noch während eines Teiles der Abkühlzeit ständig axial mit der Tur binenwelle 3 zusammengepreßt wird. Dem Abkühlungsvorgang schließt sich noch ein Endbearbeitungsvorgang an, bei dem die Verbindung auf Endmaß bearbeitet und noch geringe Fluchtungsfehler oder auch zu große Durchmesserunterschiede zwischen Turbinenwelle 3 und Wellenzapfen 2 ausgeglichen werden können. Die sichere Verbindung erfolgt dadurch, daß die Schrumpfmanschette 4 den keramischen Wellenzapfen 2 mit der maximal erreichbaren Pressung umklammert, wobei im gesamten umfassenden Wellenquerschnitt die Streckgrenze überschritten wurde und der Konus 8 des Wellenzapfens 2 zusätzliche eine axiale Verspannung des Wellenzapfens 2 mit der Turbinenwelle 3 bewirkt. Das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten von Keramik und Metall läßt aus den ursprünglich gleichen Übergangsradien im Bereich des Ausrundungradius 9 des Wellenzapfens 2 unter schiedliche Übergangsradien werden, wodurch sich zwischen Zap fenumfang 5 und verformten Mantel der Schrumpfmanschette 4 ein Spalt 12 bildet. Dadurch können unerwünschte Beanspruchungs spitzen in Folge von Kanteneffekten nicht auftreten. Unter stützt wird das weiche Einsetzen des Fugendruckes durch eine reduzierte Steifigkeit der Schrumpfmanschette 4 am Fugenbeginn, die durch die in diesen Bereich eingebrachten Ringnuten 11, 11′, die wie in den Figuren dargestellt, eine unterschiedliche Form aufweisen können, verwirklicht wird.The production of the connec tion according to the invention is described below. This production, which is illustrated in FIGS. 4a to 4c, is mainly divided into three phases. First, the shaft journal 2 is pushed into a shrink sleeve 4 , into which a prestressing device 10 can be inserted beforehand, up to the bottom stop, whereby the shrink sleeve 4 may already have been heated beforehand. In this position, the turbine shaft 3 and the shaft journal 2 are centered and fixed in a suitable device. The jacket areas of the shrink sleeve 4 are then heated uniformly to the hot-forming temperature and the jacket of the shrink sleeve 4 lying over the cone 8 of the shaft journal 2 is plastically deformed and molded onto the pin circumference 5 . Here, depending on the desired preload, only parts of the jacket of the shrink sleeve 4 he can be heated. Subsequently, the connection is allowed to cool slowly to room temperature, as a result of which the shrink sleeve 4, due to the different thermal expansion coefficients of metal and ceramic, grips the shaft journal 2 more and more. The residual tensile stresses of the turbine shaft 3 become ever higher with further cooling until the yield strength of the turbine shaft material is exceeded at a certain temperature. Due to the resulting local plastic deformations remaining manufacturing tolerances of the shaft journal 2 and the Schrumpfman sleeve 4 are compensated and the joint pressure between the journal circumference 5 and the jacket of the shrink sleeve 4 reaches the maximum possible values. When the Schrumpfman sleeve 4 is heated, it is possible to keep the pretension at a high level over wide areas by the shaft journal 2 during the entire rolling time, preferably rolling the shrink sleeve 4 onto the journal circumference 5 , and also during part of the cooling time axially with the door shaft 3 is pressed together. The cooling process is followed by a finishing process in which the connection is machined to final dimensions and minor misalignments or even large diameter differences between the turbine shaft 3 and the shaft journal 2 can be compensated for. The secure connection is effected in that the shrinkable sleeve 4 clutching the ceramic shaft journal 2 with the maximum attainable pressure, wherein the yield point has been exceeded in the entire comprehensive shaft cross-section and the cone 8 of the shaft journal causes 2 additional axial bracing of the shaft journal 2 with the turbine shaft. 3 The different expansion behavior of ceramic and metal can be from the originally identical transition radii in the area of the fillet radius 9 of the shaft journal 2 under different transition radii, thereby forming a gap 12 between the fen circumference 5 and the deformed jacket of the shrink sleeve 4 . As a result, undesirable stress peaks due to edge effects cannot occur. The soft insertion of the joint pressure is supported by a reduced stiffness of the shrink sleeve 4 at the beginning of the joint, which is realized by the annular grooves 11 , 11 'introduced into this area, which, as shown in the figures, can have a different shape.

Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß bei einer Warmum formungstemperatur von ca. 1000°C noch eine feste Verbindung bis zu Betriebstemperaturen zwischen 500° und 600°C gewähr leistet ist. Insbesondere wirkt die Einbringung des Vorsp annungsspeichers 10 positiv im Hinblick auf den Erhalt der ex akten Fixierung des keramischen Wellenzapfens 2 beim Betrieb.Experiments have shown that at a hot forming temperature of approx. 1000 ° C a firm connection up to operating temperatures between 500 ° and 600 ° C is guaranteed. In particular, the introduction of the preload memory 10 has a positive effect with regard to maintaining the exact fixation of the ceramic shaft journal 2 during operation.

Dieses beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht nur auf die erfindungsgemäße Verbindung beschränkt, son dern eignet sich auch bei Bauteilen von Maschinen, die entweder aus thermischen Gründen oder aus Gewichts- bzw. Verschleißgründen mit keramischen Bauteilen geführt sind. Dies können beispielsweise auch Gasturbinen sein.However, this described method according to the invention is not only limited to the compound according to the invention, son is also suitable for components of machines that either for thermal reasons or for weight or Wear reasons are performed with ceramic components. This can also be gas turbines, for example.

Claims

1. Connection of a ceramic shaft journal connected monolithically to a turbine wheel of an exhaust gas turbocharger and projecting centrally from the turbine wheel with a steel turbine shaft assigned to the same axis, whereby

the shaft journal has, at least in some areas, a cross section that decreases in the direction of the turbine wheel,
- The turbine shaft has a firmly connected, cup-shaped, axially aligned and encompassing the shaft journal shrink sleeve, the jacket of which rests with a positive fit on the journal circumference and in the area before its cross-section reduction and is relieved at the end against the peripheral surface of the shaft journal and
the shape of the base of the shrink sleeve corresponds at least in some areas to the front face of the pin

dadurch gekennzeichnet,characterized,

- That the shaft journal ( 2 ) is supported at the front with pretension against the bottom ( 6 ) of the shrink sleeve ( 4 ), and
- That the shrink sleeve ( 4 ) starting from the spigot end face ( 7 ) is only present in the area of the smallest diameter of the reduction in cross section under tension.

2. Connection according to claim 1, characterized in that the bias of the shrink sleeve ( 4 ) on the shaft journal ( 2 ) is so great that the yield strength of the material of the shrink sleeve ( 4 ) is reached or exceeded.

3. Connection according to claim 1, characterized in that the cross-sectional reduction is designed as a cone ( 8 ) tapering towards the turbine wheel ( 1 ).

4. Connection according to claim 1, characterized in that the smallest cross section of the shaft journal ( 2 ) with a radius of curvature ( 9 ) of at least one to three times the journal diameter merges directly into the disk body of the turbine wheel ( 1 ).

5. A compound according to claim 3, characterized in that the angle (β) between a surface line and the rotation axis of the conical shaft journal ( 2 ) is between 5 and 30 °, in particular 10 °.

6. A connection according to claim 3, characterized in that an annular groove ( 11 ) is provided on the end region of the shrink sleeve ( 4 ) lying in the region of the smallest cross section of the shaft journal ( 2 ), which has the supporting cross section of the shrink sleeve ( 4 ) Weakens far that the contact voltage of the shrink sleeve ( 4 ) is reduced to the circumferential area beyond the smallest pin cross-section.

7. Connection according to claim 1, characterized in that in the region between the end face ( 7 ) and the bottom ( 6 ) of the shrink sleeve ( 4 ) a preferably washer-shaped bias memory ( 10 ) is inserted.

8. A method for connecting a ceramic turbine wheel egg nes turbocharger with a steel turbine shaft, in which a centrically projecting from the turbine wheel and
monolithically connected shaft journal is inserted into an axially aligned, cup-shaped shrink sleeve of the turbine shaft and is connected to this with a positive force under prestress, and
wherein the shrink sleeve in the area of a circumferential reduction in cross section of the shaft journal is positively connected to the latter in the axial direction by a massive deformation of the shrink sleeve in the reduction in cross section,
for producing a connection according to claim 1, characterized in

- That the shaft journal ( 2 ) is inserted into the shrink sleeve ( 4 ) until it stops axially against the bottom ( 6 ) and
- That the massive forming, especially rolling, the shrink sleeve ( 4 ) of the turbine shaft ( 3 ) on the shaft journal ( 2 ) at a hot forming temperature above the operating temperature of the exhaust gas turbocharger, in particular over 1000 ° C.

9. The method according to claim 8, characterized in that the shaft journal ( 2 ) during the entire time of the warm massive forming of the shrink sleeve ( 4 ) to the journal circumference ( 5 ) and also at least during part of the cooling time continuously axially with the turbine shaft ( 3rd ) is pressed together.

10. The method according to claim 8, characterized in that the turbine shaft ( 3 ) in the region of the shrink sleeve ( 4 ) is initially made on the outside with oversize and is only machined after cooling to final dimensions.