JP2003254076A - タービンホイールランナの製作方法 - Google Patents
タービンホイールランナの製作方法Info
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- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
- B22D17/20—Accessories: Details
- B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supercharger (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数部分構成のタービンホイールランナの各
部分を簡単に且つ確実に結合できるような方法と、該方
法に基づいて製作された結合部とを提供することであ
る。 【解決手段】 前記部分間の結合部を、シャフト端部を
鋳造合金で鋳包むことにより形成し、シャフト（１）が
鋼から成り、鋳造合金がＴｉＡｌ系の金属間化合物から
成るようにした。さらに、結合部が、摩擦力結合、形状
結合又は素材結合によるか、又はこれらの組合せにより
形成されているようにした。
部分を簡単に且つ確実に結合できるような方法と、該方
法に基づいて製作された結合部とを提供することであ
る。 【解決手段】 前記部分間の結合部を、シャフト端部を
鋳造合金で鋳包むことにより形成し、シャフト（１）が
鋼から成り、鋳造合金がＴｉＡｌ系の金属間化合物から
成るようにした。さらに、結合部が、摩擦力結合、形状
結合又は素材結合によるか、又はこれらの組合せにより
形成されているようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シャフトと、ター
ビンホイールランナのタービンホイール又はコンプレッ
サホイールとの間の結合部を形成する方法に関する。
ビンホイールランナのタービンホイール又はコンプレッ
サホイールとの間の結合部を形成する方法に関する。
【０００２】さらに本発明は、上記方法によって製作さ
れた、シャフトと、タービンホイールランナのタービン
ホイール又はコンプレッサホイールとの結合部に関す
る。
れた、シャフトと、タービンホイールランナのタービン
ホイール又はコンプレッサホイールとの結合部に関す
る。
【０００３】
【従来の技術】今日使用されているタービンホイールは
大部分がＮｉ基・合金に基づいている。散見的にはＴｉ
Ａｌから成るタービンホイールも研究されて使用され
た。従来の技術では、タービンホイールはまず最初に精
密鋳造法又はこれに比類する方法で製作され、次いで単
数又は複数の作業ステップでシャフトに結合される。こ
の際大抵の場合、ろう接又は溶接プロセスが使用され
る。シャフトはタービンホイールに対して通常は鋼から
製作される。結合部は、特に加速過程時において、極め
て高い機械的な負荷に耐えなければならない。
大部分がＮｉ基・合金に基づいている。散見的にはＴｉ
Ａｌから成るタービンホイールも研究されて使用され
た。従来の技術では、タービンホイールはまず最初に精
密鋳造法又はこれに比類する方法で製作され、次いで単
数又は複数の作業ステップでシャフトに結合される。こ
の際大抵の場合、ろう接又は溶接プロセスが使用され
る。シャフトはタービンホイールに対して通常は鋼から
製作される。結合部は、特に加速過程時において、極め
て高い機械的な負荷に耐えなければならない。
【０００４】今日、一部分構成のベアリングハウジング
が使用されており、このベアリングハウジングを通っ
て、固く結合されたタービンホイールを備えたシャフト
が導き通され、他方の側でプレスばめ又はねじ式結合を
介してコンプレッサホイールに結合される。
が使用されており、このベアリングハウジングを通っ
て、固く結合されたタービンホイールを備えたシャフト
が導き通され、他方の側でプレスばめ又はねじ式結合を
介してコンプレッサホイールに結合される。
【０００５】コンプレッサホイールは有利にはアルミニ
ウム合金から製作される。この際通常は、精密鋳造法が
利用される。しかし、強度が不十分であるために、コン
プレッサホイールは一部で、はるかにコスト高に「糸目
を付けずに」切削加工されることになる。新しい試みと
して今日、コンプレッサホイールにおける強度の問題
を、チタン・合金の使用により対処しようとする試みが
なされている。
ウム合金から製作される。この際通常は、精密鋳造法が
利用される。しかし、強度が不十分であるために、コン
プレッサホイールは一部で、はるかにコスト高に「糸目
を付けずに」切削加工されることになる。新しい試みと
して今日、コンプレッサホイールにおける強度の問題
を、チタン・合金の使用により対処しようとする試みが
なされている。
【０００６】大量生産において、従来慣用のニッケル基
・タービンホイールは、摩擦溶接法によりシャフトに結
合される。鋼シャフトとＴｉＡｌ・ホイールとの結合技
術では、大抵の場合、シャフトを、オーステナイト系の
ステンレス鋼、耐熱性の鋼又はＮｉ基・Ｃｏ基もしくは
Ｆｅ基の超合金から成る中間部材を介して結合する方法
が使用される。
・タービンホイールは、摩擦溶接法によりシャフトに結
合される。鋼シャフトとＴｉＡｌ・ホイールとの結合技
術では、大抵の場合、シャフトを、オーステナイト系の
ステンレス鋼、耐熱性の鋼又はＮｉ基・Ｃｏ基もしくは
Ｆｅ基の超合金から成る中間部材を介して結合する方法
が使用される。
【０００７】さらに、互いに結合された２つの円筒区分
から成る中間材も使用される。中間材をシャフトもしく
はホイールに結合するために、摩擦溶接法及びろう接法
が使用される。
から成る中間材も使用される。中間材をシャフトもしく
はホイールに結合するために、摩擦溶接法及びろう接法
が使用される。
【０００８】欧州特許第０３６８６４２号明細書によ
り、金属間化合物であるＴｉＡｌ合金から成るタービン
ロータと鋼製構成部分との間の結合を形成する方法が公
知である。この結合部は、例えばオーステナイト系の鋼
から成る中間材の使用のもとで、摩擦溶接により形成さ
れる。１つの実施形態では、中間材は既に、ＴｉＡｌ合
金部分で鋳包むことによりＴｉＡｌ合金部分に結合され
ていた。
り、金属間化合物であるＴｉＡｌ合金から成るタービン
ロータと鋼製構成部分との間の結合を形成する方法が公
知である。この結合部は、例えばオーステナイト系の鋼
から成る中間材の使用のもとで、摩擦溶接により形成さ
れる。１つの実施形態では、中間材は既に、ＴｉＡｌ合
金部分で鋳包むことによりＴｉＡｌ合金部分に結合され
ていた。
【０００９】特開平２−１７３３２２号公報により、一
部分から製作された、ホイールとシャフトとから成るＴ
ｉＡｌ・タービンロータが公知である。
部分から製作された、ホイールとシャフトとから成るＴ
ｉＡｌ・タービンロータが公知である。
【００１０】一体的な構成のものは別にして、複数部分
構成のタービンロータの場合、各部分の適当な結合を保
証しなければならないという欠点を有している。
構成のタービンロータの場合、各部分の適当な結合を保
証しなければならないという欠点を有している。
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第０３６８６４２号明細書
【特許文献２】特開平２−１７３３２２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、複数部分構成のタービンホイールランナの各部分
を簡単に且つ確実に結合できるような方法と、該方法に
よって製作された結合部とを提供することである。
題は、複数部分構成のタービンホイールランナの各部分
を簡単に且つ確実に結合できるような方法と、該方法に
よって製作された結合部とを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法では、シャフトと、タービンホイールラ
ンナのタービンホイール又はコンプレッサホイールとの
間の結合部を形成する方法において、これらの部分間の
結合部を、シャフト端部を鋳造合金で鋳包むことにより
形成し、シャフトが鋼から成り、鋳造合金がＴｉＡｌ系
の金属間化合物から成るようにした。上記の別の課題を
解決するために本発明の構成では、請求項１から４まで
のいずれか１項記載の方法によって製作された、シャフ
トと、タービンホイールランナのタービンホイール又は
コンプレッサホイールとの結合部において、結合部が、
摩擦力結合、形状結合又は素材結合によるか、又はこれ
らの組合せにより形成されているようにした。
に本発明の方法では、シャフトと、タービンホイールラ
ンナのタービンホイール又はコンプレッサホイールとの
間の結合部を形成する方法において、これらの部分間の
結合部を、シャフト端部を鋳造合金で鋳包むことにより
形成し、シャフトが鋼から成り、鋳造合金がＴｉＡｌ系
の金属間化合物から成るようにした。上記の別の課題を
解決するために本発明の構成では、請求項１から４まで
のいずれか１項記載の方法によって製作された、シャフ
トと、タービンホイールランナのタービンホイール又は
コンプレッサホイールとの結合部において、結合部が、
摩擦力結合、形状結合又は素材結合によるか、又はこれ
らの組合せにより形成されているようにした。
【００１４】従属請求項に本発明の有利な改良形及び変
化形が記載されている。
化形が記載されている。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、自動車のための排気ターボチ
ャージャのタービンホイールとシャフトとの結合部、い
わゆる「その場結合部（ｉｎ−ｓｉｔｕ−Ｖｅｒｂｉｎ
ｄｕｎｇ）」を、鋳造技術的なプロセスを介して製作す
る方法に関する。
ャージャのタービンホイールとシャフトとの結合部、い
わゆる「その場結合部（ｉｎ−ｓｉｔｕ−Ｖｅｒｂｉｎ
ｄｕｎｇ）」を、鋳造技術的なプロセスを介して製作す
る方法に関する。
【００１６】シャフトと、タービンホイールランナのタ
ービンホイール又はコンプレッサホイールとの間の結合
部を形成する本発明による方法において、これらの部分
の間の結合部は、シャフト端部を鋳造合金で鋳包むこと
により形成される。
ービンホイール又はコンプレッサホイールとの間の結合
部を形成する本発明による方法において、これらの部分
の間の結合部は、シャフト端部を鋳造合金で鋳包むこと
により形成される。
【００１７】タービンホイールとシャフトとの結合は、
タービンホイールを精密鋳造法による鋳造技術で製作す
る際に、シャフトが既にセラミックシェル鋳型に組み込
まれていて、そのために直接に一緒に鋳込まれることに
より実現される。将来的に二部分構成のベアリングハウ
ジングが使用されれば、鋳造過程中にシャフトは、ター
ビンホイール内だけではなく、同時にコンプレッサホイ
ール内にも一緒に鋳込まれることが可能である。
タービンホイールを精密鋳造法による鋳造技術で製作す
る際に、シャフトが既にセラミックシェル鋳型に組み込
まれていて、そのために直接に一緒に鋳込まれることに
より実現される。将来的に二部分構成のベアリングハウ
ジングが使用されれば、鋳造過程中にシャフトは、ター
ビンホイール内だけではなく、同時にコンプレッサホイ
ール内にも一緒に鋳込まれることが可能である。
【００１８】欠陥のない結合に重要なことは、鋳包む際
に熱間割れもしくは切れが生じないことである。この熱
間割れは、固・液相期（Ｆｅｓｔ−Ｆｌｕｅｓｓｉｇ−
Ｉｎｔｅｒｖａｌｌ）に凝固の際の体積収縮の結果とし
て生じる応力が、凝固する材料の強度を凌駕することに
より生ぜしめられ、不十分な追加注入では回復不可能で
ある。
に熱間割れもしくは切れが生じないことである。この熱
間割れは、固・液相期（Ｆｅｓｔ−Ｆｌｕｅｓｓｉｇ−
Ｉｎｔｅｒｖａｌｌ）に凝固の際の体積収縮の結果とし
て生じる応力が、凝固する材料の強度を凌駕することに
より生ぜしめられ、不十分な追加注入では回復不可能で
ある。
【００１９】それゆえ、本発明によりこの熱間割れを防
止する２つの手段が提案される。まず第１に、本発明に
より、シェル鋳型及び該シェル鋳型内に位置するシャフ
トの、温度の導き、つまり温度管理は、指向性の凝固が
鋳型充填方向とは逆向きに、有利には相応の追加注入に
より起こるように構成されている。
止する２つの手段が提案される。まず第１に、本発明に
より、シェル鋳型及び該シェル鋳型内に位置するシャフ
トの、温度の導き、つまり温度管理は、指向性の凝固が
鋳型充填方向とは逆向きに、有利には相応の追加注入に
より起こるように構成されている。
【００２０】同じく本発明により、鋳造する際に鋳造合
金の追加注入は、き裂形成を回復するために高い充填圧
力で実施される。
金の追加注入は、き裂形成を回復するために高い充填圧
力で実施される。
【００２１】鋳型充填のために必要な注入圧力は、遠心
鋳造時に生ぜしめられる遠心力により得られる。特に有
利なことは、複数の鋳型空隙もしくはキャビティを備え
た１つの共通な鋳造房状体（Ｇｉｅｓｓｔｒａｕｂｅ）
もしくは鋳造ツリーの代わりに単数又は複数の別個のセ
ラミックシェル鋳型を使用することである。
鋳造時に生ぜしめられる遠心力により得られる。特に有
利なことは、複数の鋳型空隙もしくはキャビティを備え
た１つの共通な鋳造房状体（Ｇｉｅｓｓｔｒａｕｂｅ）
もしくは鋳造ツリーの代わりに単数又は複数の別個のセ
ラミックシェル鋳型を使用することである。
【００２２】技術上、このプロセスが提供する特別な利
点は、プレス結合もしくはプレスばめによってタービン
ホイールとシャフトとの非常に固い結合が得られること
である。さらに加えて、最適な形状結合と、場合によっ
ては素材結合も実現可能である。
点は、プレス結合もしくはプレスばめによってタービン
ホイールとシャフトとの非常に固い結合が得られること
である。さらに加えて、最適な形状結合と、場合によっ
ては素材結合も実現可能である。
【００２３】この製作プロセスは有利にはその経済性に
より、その他の結合技術と比べて優れている。それとい
うのは、タービンホイールの製作及びシャフトとの結合
が１つのステップで行われるからである。これらの両方
の構成部分を結合するための後続の処理ステップは節減
可能である。同様の利点がコンプレッサホイールの側で
も生じる。
より、その他の結合技術と比べて優れている。それとい
うのは、タービンホイールの製作及びシャフトとの結合
が１つのステップで行われるからである。これらの両方
の構成部分を結合するための後続の処理ステップは節減
可能である。同様の利点がコンプレッサホイールの側で
も生じる。
【００２４】本発明による方法では、タービンホイール
とシャフトとの間の結合は、シャフト端部を鋳造合金で
鋳包むことにより行われる。
とシャフトとの間の結合は、シャフト端部を鋳造合金で
鋳包むことにより行われる。
【００２５】シャフトを、タービンホイールランナのタ
ービンホイール又はコンプレッサホイールに結合するこ
とは、第１には、プレス結合により生じるシャフトとタ
ービンホイールとの間の摩擦力に基づく摩擦力結合（Ｋ
ｒａｆｔｓｃｈｌｕｓｓ）である。
ービンホイール又はコンプレッサホイールに結合するこ
とは、第１には、プレス結合により生じるシャフトとタ
ービンホイールとの間の摩擦力に基づく摩擦力結合（Ｋ
ｒａｆｔｓｃｈｌｕｓｓ）である。
【００２６】プレス結合の本質的な基本は、鋳造合金
の、シャフトに対する収縮ばめもしくは焼きばめにより
構成されている。鋳造合金は凝固後にシャフトに比べて
はるかに高い温度を有している。それゆえ、鋳造合金の
冷却に由来した体積収縮率は、シャフトの熱膨張率が鋳
造合金の熱膨張率に比べて大きいか小さいかに関わらず
より高い。鋳造合金から成るタービンホイールは冷却時
にシャフト上で収縮し、収縮によりシャフトを締結す
る。
の、シャフトに対する収縮ばめもしくは焼きばめにより
構成されている。鋳造合金は凝固後にシャフトに比べて
はるかに高い温度を有している。それゆえ、鋳造合金の
冷却に由来した体積収縮率は、シャフトの熱膨張率が鋳
造合金の熱膨張率に比べて大きいか小さいかに関わらず
より高い。鋳造合金から成るタービンホイールは冷却時
にシャフト上で収縮し、収縮によりシャフトを締結す
る。
【００２７】さらに、形状結合（Ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｓ
ｓ）を実現するための、シャフト端部の構成も本発明の
対象である。シャフト端部は例えば、周囲を環状に延在
する溝により構成されることができて、それによって、
鋳造合金が流れ込んで包囲するアンダカット部が生ぜし
められるので、タービンホイールとシャフトとの一種の
咬み合いが起こるようになっている。さらに、シャフト
端部は可能な限り、後々の運転中にシャフトとホイール
ディッシュ（Ｒａｄｔｅｌｌｅｒ）とが相対回動しない
ように構成されているべきである。このことは例えば、
シャフト端部に設けられた、シャフト軸線に対して垂直
な溝又はスロットによって達成することが可能である。
この溝又はスロットはシャフトの回転対称を崩すもの
の、鋳型充填時に埋められる。シャフト軸線に対して平
行な突起又は条溝もしくはスロットも考えられる。
ｓ）を実現するための、シャフト端部の構成も本発明の
対象である。シャフト端部は例えば、周囲を環状に延在
する溝により構成されることができて、それによって、
鋳造合金が流れ込んで包囲するアンダカット部が生ぜし
められるので、タービンホイールとシャフトとの一種の
咬み合いが起こるようになっている。さらに、シャフト
端部は可能な限り、後々の運転中にシャフトとホイール
ディッシュ（Ｒａｄｔｅｌｌｅｒ）とが相対回動しない
ように構成されているべきである。このことは例えば、
シャフト端部に設けられた、シャフト軸線に対して垂直
な溝又はスロットによって達成することが可能である。
この溝又はスロットはシャフトの回転対称を崩すもの
の、鋳型充填時に埋められる。シャフト軸線に対して平
行な突起又は条溝もしくはスロットも考えられる。
【００２８】冶金的な結合もしくは素材結合（Ｓｔｏｆ
ｆｓｃｈｌｕｓｓ）、つまりタービンホイール材料及び
シャフト材料の溶着もしくは溶接は、適当な材料の組合
せと、シャフト及びシェル鋳型の適当な温度の導き、つ
まり温度管理とを介して得ることができる。この際、溝
又はスロットの各形状は、付加的にシャフトと鋳造材料
との間の接触面を増大させ、組合わさって、所望の冶金
的な結合時に付加的な接合面を提供している。
ｆｓｃｈｌｕｓｓ）、つまりタービンホイール材料及び
シャフト材料の溶着もしくは溶接は、適当な材料の組合
せと、シャフト及びシェル鋳型の適当な温度の導き、つ
まり温度管理とを介して得ることができる。この際、溝
又はスロットの各形状は、付加的にシャフトと鋳造材料
との間の接触面を増大させ、組合わさって、所望の冶金
的な結合時に付加的な接合面を提供している。
【００２９】これに対して、そのような冶金的な結合が
意図的に避けられるべきである場合には、拡散バリア
（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓｂａｒｒｉｅｒｅ）が、少なく
とも、鋳包まれるシャフト端部において鋳造材料とシャ
フトとの間に被着されることが可能である。このような
拡散バリアは、シャフトに被着されたモリブデンシート
又はモリブデン層から成ることができて、鋳型充填の期
間は溶接もしくは溶着を防止する。
意図的に避けられるべきである場合には、拡散バリア
（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓｂａｒｒｉｅｒｅ）が、少なく
とも、鋳包まれるシャフト端部において鋳造材料とシャ
フトとの間に被着されることが可能である。このような
拡散バリアは、シャフトに被着されたモリブデンシート
又はモリブデン層から成ることができて、鋳型充填の期
間は溶接もしくは溶着を防止する。
【００３０】タービンホイールランナのシャフトは有利
には鋼、チタンもしくはチタン合金からか、又は金属間
化合物である、特にγ（ガンマ）−ＴｉＡｌをベースと
するようなチタン−アルミニウム系の合金、例えばＦｅ
Ａｌをベースとするような鉄−アルミニウム系の合金、
並びに例えばＮｉＡｌをベースとするようなニッケル−
アルミニウム系の合金から成る。
には鋼、チタンもしくはチタン合金からか、又は金属間
化合物である、特にγ（ガンマ）−ＴｉＡｌをベースと
するようなチタン−アルミニウム系の合金、例えばＦｅ
Ａｌをベースとするような鉄−アルミニウム系の合金、
並びに例えばＮｉＡｌをベースとするようなニッケル−
アルミニウム系の合金から成る。
【００３１】タービンホイールとシャフトとは同じ材料
から成ることができる。しかし、有利にはタービンホイ
ールのためには、シャフト材料より低い密度の材料が使
用される。提案されるのは、特にγ（ガンマ）−ＴｉＡ
ｌをベースとするようなチタン−アルミニウム系、例え
ばＦｅＡｌをベースとするような鉄−アルミニウム系、
並びに例えばＮｉＡｌをベースとするようなニッケル−
アルミニウム系の材料もしくは金属間合金である。本発
明では従来慣用のＮｉ基・合金も使用され得る。
から成ることができる。しかし、有利にはタービンホイ
ールのためには、シャフト材料より低い密度の材料が使
用される。提案されるのは、特にγ（ガンマ）−ＴｉＡ
ｌをベースとするようなチタン−アルミニウム系、例え
ばＦｅＡｌをベースとするような鉄−アルミニウム系、
並びに例えばＮｉＡｌをベースとするようなニッケル−
アルミニウム系の材料もしくは金属間合金である。本発
明では従来慣用のＮｉ基・合金も使用され得る。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
の実施例について詳説する。
の実施例について詳説する。
【００３３】図１には、組み込まれたシャフト１を備え
た鋳型として、注入ホッパを有したセラミックシェル鋳
型３が示されており、これを用いて、タービンホイール
ランナ（Ｔｕｒｂｉｎｅｎｒａｄｌａｅｕｆｅｒ）が精
密鋳造法で製作される。このために、まず最初にろう射
出成形プロセスを介してホイール（Ｒａｄ）のろう模型
が製作される。次に、数回にわたり、スラリー浴への浸
漬過程もしくはコーティング過程と、相応するサンディ
ング過程もしくはスタッコイング過程とを繰り返してセ
ラミックシェル鋳型が形成される。ろうは溶融流出さ
れ、シェル鋳型は焼成される。本発明により提案される
ことは、シャフトを、ろう模型を射出成形するための型
内に挿入して、それにより、このシャフトをろう模型の
射出成形時にろう模型内に埋め込むことである。次に、
従来の浸漬過程とスタッコイング過程とが行われるが、
その場合、ろう模型だけではなくシャフトの一部または
全体もセラミックシェル鋳型に包まれる。ろうを溶融流
出させた後には、シャフトは、タービンホイールのため
のタービンホイール空隙４もしくはキャビティ内に突入
している。
た鋳型として、注入ホッパを有したセラミックシェル鋳
型３が示されており、これを用いて、タービンホイール
ランナ（Ｔｕｒｂｉｎｅｎｒａｄｌａｅｕｆｅｒ）が精
密鋳造法で製作される。このために、まず最初にろう射
出成形プロセスを介してホイール（Ｒａｄ）のろう模型
が製作される。次に、数回にわたり、スラリー浴への浸
漬過程もしくはコーティング過程と、相応するサンディ
ング過程もしくはスタッコイング過程とを繰り返してセ
ラミックシェル鋳型が形成される。ろうは溶融流出さ
れ、シェル鋳型は焼成される。本発明により提案される
ことは、シャフトを、ろう模型を射出成形するための型
内に挿入して、それにより、このシャフトをろう模型の
射出成形時にろう模型内に埋め込むことである。次に、
従来の浸漬過程とスタッコイング過程とが行われるが、
その場合、ろう模型だけではなくシャフトの一部または
全体もセラミックシェル鋳型に包まれる。ろうを溶融流
出させた後には、シャフトは、タービンホイールのため
のタービンホイール空隙４もしくはキャビティ内に突入
している。
【００３４】シェル鋳型３及び該シェル鋳型３内に位置
するシャフト１の、温度の導き（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｆｕｅｈｒｕｎｇ）、つまり温度管理は、指向性の凝固
が鋳型充填方向５とは逆向きに、有利には相応の追加注
入により行われるように構成されていることができる。
するシャフト１の、温度の導き（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｆｕｅｈｒｕｎｇ）、つまり温度管理は、指向性の凝固
が鋳型充填方向５とは逆向きに、有利には相応の追加注
入により行われるように構成されていることができる。
【００３５】図２には、シャフト１と、該シャフト１を
取り囲んだタービンホイール２とからなる、完成したタ
ービンホイールランナが示されている。タービンホイー
ルとシャフトとの間の結合はまず第１に、説明されたプ
レス結合もしくはプレスばめである。付加的に形状結合
が実現可能である。選択した合金に応じて、この結合
は、特にシャフト材料及びホイール材料が同一もしくは
類似している場合、付加的に化学的もしくは冶金的な性
質の結合、つまり素材結合であってよい。
取り囲んだタービンホイール２とからなる、完成したタ
ービンホイールランナが示されている。タービンホイー
ルとシャフトとの間の結合はまず第１に、説明されたプ
レス結合もしくはプレスばめである。付加的に形状結合
が実現可能である。選択した合金に応じて、この結合
は、特にシャフト材料及びホイール材料が同一もしくは
類似している場合、付加的に化学的もしくは冶金的な性
質の結合、つまり素材結合であってよい。
【００３６】図３には、特にシャフト端部の構成が示さ
れている。シャフト端部には例えば、環状に延在する溝
１１が形成されることができて、それによって、鋳造合
金が流れ込んで包囲するアンダカット部が生じるので、
タービンホイールとシャフトとの、一種の咬み合いが形
成され、これにより形状結合が形成される。さらに、シ
ャフト端部は可能な限り、後々の運転時にシャフトとホ
イールディスク（Ｒａｄｔｅｌｌｅｒ）とが相対回動し
ないように形成されているべきである。このことは例え
ば、シャフト端部においてシャフト軸線に対して垂直に
設けられた、図示したような溝またはスロット１２によ
り達成され得る。この溝又はスロット１２はシャフトの
回転対称を崩すものの、型を充填する際に流し込まれ
る。シャフト軸線に対して平行な条溝又はスロットも考
えられる。
れている。シャフト端部には例えば、環状に延在する溝
１１が形成されることができて、それによって、鋳造合
金が流れ込んで包囲するアンダカット部が生じるので、
タービンホイールとシャフトとの、一種の咬み合いが形
成され、これにより形状結合が形成される。さらに、シ
ャフト端部は可能な限り、後々の運転時にシャフトとホ
イールディスク（Ｒａｄｔｅｌｌｅｒ）とが相対回動し
ないように形成されているべきである。このことは例え
ば、シャフト端部においてシャフト軸線に対して垂直に
設けられた、図示したような溝またはスロット１２によ
り達成され得る。この溝又はスロット１２はシャフトの
回転対称を崩すものの、型を充填する際に流し込まれ
る。シャフト軸線に対して平行な条溝又はスロットも考
えられる。
【００３７】将来的に複数部分から成るベアリングハウ
ジング（並びにタービンハウジング及びコンプレッサハ
ウジング）を実現することができるようになれば、鋳造
過程においてシャフトを、タービンホイール内のみなら
ず、同時にコンプレッサホイール内にも一緒に鋳込むこ
とが可能であり、つまり鋳造時にシャフトをタービンホ
イール及びコンプレッサホイール内に同時に埋め込むこ
とが可能である。この場合、コンプレッサホイールは、
従来慣用のアルミニウム合金ではなくて、タービンホイ
ールと同じ、場合によっては幾分高価な合金から鋳造さ
れなければならない。このことは部分的には、結合技術
で節約されたコストにより相殺され得る。同時に、より
高強度なタービンホイール用合金をコンプレッサホイー
ルに使用することにより、コスト面でも有効に、アルミ
ニウム・コンプレッサホイールにおける現状の強度の問
題に対処することが可能である。
ジング（並びにタービンハウジング及びコンプレッサハ
ウジング）を実現することができるようになれば、鋳造
過程においてシャフトを、タービンホイール内のみなら
ず、同時にコンプレッサホイール内にも一緒に鋳込むこ
とが可能であり、つまり鋳造時にシャフトをタービンホ
イール及びコンプレッサホイール内に同時に埋め込むこ
とが可能である。この場合、コンプレッサホイールは、
従来慣用のアルミニウム合金ではなくて、タービンホイ
ールと同じ、場合によっては幾分高価な合金から鋳造さ
れなければならない。このことは部分的には、結合技術
で節約されたコストにより相殺され得る。同時に、より
高強度なタービンホイール用合金をコンプレッサホイー
ルに使用することにより、コスト面でも有効に、アルミ
ニウム・コンプレッサホイールにおける現状の強度の問
題に対処することが可能である。
【図１】組み込まれたシャフトを備えたセラミックシェ
ル鋳型の横断面図である。
ル鋳型の横断面図である。
【図２】シャフトと、該シャフトを取り囲んだタービン
ホイールとから成るタービンホイールランナの断面図で
ある。
ホイールとから成るタービンホイールランナの断面図で
ある。
【図３】タービンホイールにより取り囲まれたシャフト
端部の構成を示す図である。
端部の構成を示す図である。
１ シャフト、 ２ タービンホイール、 ３ シェル
鋳型、 ４ タービンホイール空隙、 ５ 鋳型充填方
向、 １１ 溝、 １２ スロット
鋳型、 ４ タービンホイール空隙、 ５ 鋳型充填方
向、 １１ 溝、 １２ スロット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２２Ｄ 19/04 Ｂ２２Ｄ 19/04
21/02 21/02
21/06 21/06
27/09 27/09 Ａ
Ｆ０１Ｄ 5/04 Ｆ０１Ｄ 5/04
(72)発明者 ペーター ブッセ
ドイツ連邦共和国 アーヘン ベーレンス
ベルガー ヴィンケル 26
(72)発明者 ペーター フレダースバッハー
ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト フ
レド−ウールマン−シュトラーセ １
(72)発明者 ダニエル バーラ ヴォルトベルク
ドイツ連邦共和国 ウルム フィルショフ
シュトラーセ 15
Ｆターム(参考） 3G002 AA04 AA13 BA06 EA02 FB06
3G005 EA04 FA13 GB75 GB78 GB79
KA07 KA08 KA09
Claims (10)
- 【請求項１】 シャフト（１）と、タービンホイールラ
ンナのタービンホイール（２）又はコンプレッサホイー
ルとの間の結合部を形成する方法において、 これらの部分間の結合部を、シャフト端部を鋳造合金で
鋳包むことにより形成し、シャフト（１）が鋼から成
り、鋳造合金がＴｉＡｌ系の金属間化合物から成ること
を特徴とする、タービンホイールランナの製作方法。 - 【請求項２】 金属間化合物を、γ−ＴｉＡｌをベース
に成している、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 鋳造時のき裂形成を防止するために、鋳
造合金の追加注入を高い充填圧力で補助する、請求項１
又は２記載の方法。 - 【請求項４】 き裂成形を防止するために、鋳造合金の
凝固を鋳型充填方向（５）とは反対の向きで、有利には
相応の追加注入により生ぜしめる、請求項１から３まで
のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項５】 請求項１から４までのいずれか１項記載
の方法によって製作された、シャフト（１）と、タービ
ンホイールランナのタービンホイール（２）又はコンプ
レッサホイールとの結合部において、 結合部が、摩擦力結合、形状結合又は素材結合による
か、又はこれらの組合せにより形成されていることを特
徴とする、シャフトと、タービンホイールランナのター
ビンホイール又はコンプレッサホイールとの結合部。 - 【請求項６】 摩擦力結合が、熱膨張に由来する、シャ
フト及びタービンホイールの鋳造合金の体積収縮により
形成されている、請求項５記載の結合部。 - 【請求項７】 形状結合が、鋳包まれるシャフト端部に
設けられた溝（１１）、スロット（１２）又は条溝によ
り、適当なアンダカット部によって形成されている、請
求項５記載の結合部。 - 【請求項８】 素材結合が、タービンホイール及びシャ
フトの溶着もしくは溶接を介して形成されている、請求
項５記載の結合部。 - 【請求項９】 前記素材結合が、タービンホイールとシ
ャフトとの間に設けられた拡散バリアにより防止されて
いる、請求項５記載の結合部。 - 【請求項１０】 前記拡散バリアが、少なくとも鋳包ま
れる端部においてシャフト表面に被着されたモリブデン
層又はモリブデンシートから成る、請求項９記載の結合
部。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10209347A DE10209347B4 (de) | 2002-03-02 | 2002-03-02 | Herstellungsverfahren für einen Turbinenradläufer |
| DE10209347.4 | 2002-03-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003254076A true JP2003254076A (ja) | 2003-09-10 |
Family
ID=27770952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003056315A Pending JP2003254076A (ja) | 2002-03-02 | 2003-03-03 | タービンホイールランナの製作方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6899522B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003254076A (ja) |
| DE (1) | DE10209347B4 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006105144A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-20 | Caterpillar Inc | チタン構成部材を有するターボ過給機 |
| JP2010096115A (ja) * | 2008-10-17 | 2010-04-30 | Toyota Motor Corp | ターボ過給機 |
| JP2016514056A (ja) * | 2013-03-11 | 2016-05-19 | エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド | 溶融材料の遠心鋳造のための技術の改良 |
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| DE102005021920A1 (de) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Saurer Gmbh & Co. Kg | Spinnrotor |
| US7232289B2 (en) * | 2005-05-12 | 2007-06-19 | Honeywell International, Inc. | Shroud for an air turbine starter |
| CN100413636C (zh) * | 2005-09-29 | 2008-08-27 | 哈尔滨工业大学 | TiAl基合金增压涡轮与钢轴的高强度连接方法 |
| EP2010344A4 (en) * | 2006-03-30 | 2009-04-15 | Z F Group North American Opera | METHOD FOR PRODUCING A MULTILAYER ARTICLE OF DUPLEX MATERIAL |
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| US9352391B2 (en) | 2013-10-08 | 2016-05-31 | Honeywell International Inc. | Process for casting a turbine wheel |
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| US1549218A (en) | 1924-06-06 | 1925-08-11 | Raym Willibald | Casting process for incorporating shafts, journals, or the like |
| DE692180C (de) | 1933-05-03 | 1940-06-14 | Porsche Kg | Fahrgestell fuer Rennwagen |
| CH425101A (de) * | 1962-08-09 | 1966-11-30 | Schmidt Gmbh Karl | Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstücken mit mechanischer Bindung hoher Festigkeit und/oder hohen Wärmedurchgangs |
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- 2002-03-02 DE DE10209347A patent/DE10209347B4/de not_active Expired - Fee Related
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2003
- 2003-02-28 US US10/377,475 patent/US6899522B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-03-03 JP JP2003056315A patent/JP2003254076A/ja active Pending
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