WO2014016016A1 - Vorrichtung und verfahren zum zusammenfügen einer welle -nabeverbindung eines läufers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum zusammenfügen einer welle -nabeverbindung eines läufers Download PDF

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WO2014016016A1
WO2014016016A1 PCT/EP2013/061035 EP2013061035W WO2014016016A1 WO 2014016016 A1 WO2014016016 A1 WO 2014016016A1 EP 2013061035 W EP2013061035 W EP 2013061035W WO 2014016016 A1 WO2014016016 A1 WO 2014016016A1
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Inventor
Klaus Daut
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the invention relates to a rotor of a charging device, in particular of an exhaust gas turbocharger having the features of the preamble of claim 1 and a method having the features of the preamble of claim 9.
  • Turbochargers comprise a turbine wheel driven by the exhaust gas stream of the internal combustion engine, which in turn drives a compressor wheel connected to the intake tract of the internal combustion engine.
  • the compressor increases the pressure, whereby more oxygen enters the intake system and a larger amount of fuel can be injected, resulting in an increase in power of the internal combustion engine.
  • a shaft connects the turbine wheel to the compressor wheel, which together form a rotor.
  • turbochargers can reach speeds of over 250,000 rpm.
  • the compressor wheel and / or the turbine wheel are stretched radially and axially shortened due to the centrifugal forces, which can set a changed imbalance.
  • the whistling noise causing unbalance can continue to lead to a complete failure of the turbocharger and cause damage to the engine.
  • EP 1 502 008 B1 discloses a rotor of an exhaust gas turbocharger whose shaft mounted in bearings of a housing connects the wheels, a turbine wheel and a compressor wheel.
  • the impeller is frictionally mounted on the shaft with a hub extension with a central recess and with a screwed from the side onto the shaft bushing.
  • the one sealing and Holding sleeve is externally provided with a compression sleeve, which is connected by pressing or shrinking with the hub process.
  • the object of the invention is to propose a construction which ensures cost-effective manufacture of the rotor, including a process-reliable and at the same time fatigue joining process of all components of the rotor.
  • the hub of the impeller form an axially projecting hub extension with an inner receiving profile, in which an end-side shaft portion of a guide pin of a tool positively engages, which is associated in particular with a clamping device.
  • the turbine and compressor wheel of the rotor is preferably made of Inconel or a comparable high temperature resistant material in a precision casting process.
  • a rework is carried out in several stages before the wheels are integrally connected to the shaft of the rotor to form a unit. This is followed by a finishing of the rotor, in which at least individual components of the rotor, in particular with a mechanical, such as cutting and turning process, refined, in order to achieve optimum running quality of the rotor.
  • the clamping device Due to the positive engagement of the guide pin in the receiving profile of the hub extension and the frictional holding of the shaft and the impeller by the clamping device during the cohesive bonding and finishing these components are optimally centered and fixed. Furthermore, a cost-effective production or assembly of all components of the rotor can be realized. Advantageously, all components of the rotor centered and fixed simultaneously with the clamping device and associated guide pin. In addition, the length of the hub extension can advantageously be shortened by the inventive combination of the clamping device, which surrounds the hub extension on the outside, and the guide pin, which engages positively in the hub process.
  • the invention achieves an improved positioning, in particular centering or coaxiality, as well as a right-angled orientation of the wheels relative to the shaft, before they are connected in a material-locking manner and subsequently finished.
  • tighter manufacturing and positional tolerances can advantageously also be maintained, which have a favorable effect on the operation of the exhaust-gas turbocharger, in which speeds of up to 250,000 rpm are established.
  • the clamping device according to the invention in conjunction with the guide pin causes a secure positive and non-positive connection of all components of the rotor for the realization of a task-oriented, process-reliable joining process.
  • the measure according to the invention withstands a high introduction of force or introduction of torque and thus favors the cohesive connection of the shaft to the wheels and a mechanical finishing of the rotor.
  • the invention provides, in particular for runners with a RaAx turbine wheel (radially and axially irradiated turbine wheel) an effective solution to the previous clamping problem.
  • a trained as a polygonal profile receiving profile is introduced, in which engages the guide pin, wherein the outer contour of the pin corresponds to the receiving profile of the hub extension.
  • a receiving profile is advantageously a hexagonal profile, where alternatively also a multi-tooth profile can be used.
  • the hub extension on the outside forms a cylindrical or profiled, in particular designed as a hexagon centering approach, which engages the clamping device.
  • a radial play of ⁇ 0.15 mm is provided between the guide pin and the inner receiving profile of the hub extension, with a preferred radial clearance of 0.1 mm.
  • the invention includes a clamping device which comprises a plurality of circumferentially distributed, adjustable in the radial direction, cooperating with the hub extension jaws.
  • a cohesive connection of these components is provided after previously the shaft was inserted or pressed into the receptacle of the hub.
  • a friction welding is preferably suitable, in which sets a desired, the joining association improving volume shrinkage between the hub and the shaft during cooling after welding.
  • friction welding for example, an electron beam welding, soldering or gluing is recommended in order to connect the shaft and the wheels in a permanently bonded manner.
  • a further advantageous structural embodiment of the inventive concept provides to design the hub extension with a length S of ⁇ 3 mm, wherein preferably a length S of 2 mm is provided. Furthermore, the hub extension has a wall thickness Z of ⁇ 3 mm, wherein a preferred dimension Z is 2 mm.
  • the hub extension is thus significantly shorter compared to previous solutions, which advantageously reduces the use of materials of the costly, temperature-stable material of the wheels.
  • a further saving of material is achieved in that the receptacle, which is preferably designed as a bore, extends over the length of the hub extension into the impeller. In addition to a cost advantage, these measures cause a significant weight reduction of> 3 grams for each impeller. Due to the weight-optimized wheels turns in the operating state of the exhaust gas turbocharger a improved rotor dynamics, which improves the response and thus the efficiency of the exhaust gas turbocharger.
  • the invention provides the ability to characterize the impeller with a mark indicating the material from which the impeller is made. To avoid an imbalance, the material marking is done centrally on the hub. Preferably, a letter is provided for identification within the receiving profile of the hub process.
  • a method for permanent assembly and for finishing a rotor which comprises a shaft with a turbine wheel and a compressor wheel of a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger, the method being characterized by the following steps. First, an axial positive mounting of the shaft takes place in a receptacle of the hub of the respective impeller.
  • a guide pin is inserted into a running as a polygonal profile receiving profile of an axially projecting hub extension of the hub of the impeller.
  • the impeller is aligned with at least one of the hub extension of an impeller enclosing clamping device in conjunction with preferably three mutually spaced clamping jaws.
  • the hub extension is frictionally held via three further clamping jaws of the clamping device, which are alternately arranged between the first clamping jaws, wherein the hub extension is deformed up to a permanently elastic range.
  • the clamping device causes a fixation, which withstands both a force and / or torque introduction during a cohesive connection of the shaft with the wheels and a mechanical finishing of the rotor.
  • Figure 1 is an impeller in a side view.
  • FIG. 2 shows the impeller according to FIG. 1 in front view
  • FIG. and FIG. 3 shows a schematic structure of a rotor consisting of a shaft, to which an impeller is assigned at each end.
  • FIGs 1 and 2 show in simplified representations designed as an impeller impeller 1 '.
  • the impeller 1 ' is part of a rotor 2 shown in Figure 3, which comprises two axially spaced impellers 1', 1 "which are connected by a shaft 3.
  • a hub 4 of the rotor 2 includes on one side an axially projecting hub extension 5 with a blind hole-like
  • the hub extension 5 on the outside forms a centering lug 7, which likewise advantageously forms a polygonal profile
  • the receiving profile 6 introduced into the hub extension 5 extends over a length S 2 which exceeds a length S 1 of the hub extension and continues is introduced into the impeller V via an end-face plane surface 10.
  • both the receiving profile 6 and the centering projection 7 are formed as hexagonal profiles
  • the hub extension 5 has a length Si of ⁇ 3 mm and a wall thickness Z of ⁇ 2 mm shown in Figure 2, the receiving profile 6 of the hub extension 5 includes a marking 8, the d indicates the material from which the impeller V is made.
  • FIG. 3 shows the rotor 2, which is part of an exhaust-gas turbocharger not shown in greater detail in FIG.
  • One of the wheels 1 ', 1 " is designed as a turbine wheel and the other wheel as a compressor wheel 3.
  • the shaft 3 connecting both wheels 1', 1" is rotatably mounted in a housing of the exhaust gas turbocharger.
  • the shaft 3 is in took 13 of the hubs 4 of the rotor 1 ', 1' used.
  • Symmetrically circumferentially distributed, in particular hydraulically adjustable clamping jaws 12 of the clamping device 1 1 are based non-positively on the spigot 7 of the hub extension 5 from the impeller V from. Furthermore, a guide pin 9 is inserted with a profiled outer profile in a corresponding receiving profile 6 of the hub extension 5.
  • the clamping of the hub extension 5 is preferably carried out in two steps. First, a centering with, for example, three clamping jaws 12 is provided before a fixation takes place with three other clamping jaws 12, wherein at the same time the hub extension 5 can be deformed into an elastic range. By means of a cohesive connection then the shaft 3 and the hub 5 of the impeller V are permanently connected by a friction welding. Finally, a mechanical finishing of the rotor 2 can take place before the clamping device 1 1 and the guide pin 9 are removed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

Bezeichnung der Erfindung
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ZUSAMMENFÜGEN EINER WELLE-NABEVERBINDUNG
EINES LÄUFERS Die Erfindung betrifft einen Läufer einer Ladevorrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 9.
Die Befestigung von Laufrädern auf einer Welle eines Abgasturboladers muss hohen Anforderungen genügen. Dazu ist eine Befestigung erforderlich, die bei begrenztem Bauraum hohen Drehzahlen standhält sowie bei großen anliegenden Kräften und Drehmomenten absolut drehfest ist und die eine hohe Lebensdauer aufweist und wuchtbar ausgeführt ist. Turbolader umfassen ein von dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine angetriebenes Turbinenrad, das wie- derum ein mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine in Verbindung stehendes Verdichterrad antreibt. Der Verdichter erhöht den Druck, wodurch mehr Sauerstoff ins Ansaugsystem gelangt und eine größere Kraftstoffmenge eingespritzt werden kann, was zu einer Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine führt. Eine Welle verbindet das Turbinenrad mit dem Verdichterrad, die ge- meinsam einen Läufer bilden. Im Betrieb können bei Turboladern Drehzahlen von über 250.000 U/min auftreten. Bei diesen Drehzahlen werden das Verdichterrad und/oder das Turbinenrad aufgrund der Zentrifugalkräfte radial gedehnt und axial verkürzt, wobei sich eine geänderte Unwucht einstellen kann. Die Pfeifgeräusche verursachende Unwuchtveränderung kann weiterhin zu einem völligen Ausfall des Turboladers führen sowie Schäden an der Brennkraftmaschine verursachen.
Die EP 1 502 008 B1 offenbart einen Läufer eines Abgasturboladers, dessen in Lagern eines Gehäuses gelagerte Welle die Laufräder, ein Turbinen- und ein Verdichterrad verbindet. Das Laufrad ist mit einem Nabenfortsatz mit einer zentrischen Ausnehmung und mit einer von der Seite auf die Welle aufgeschraubten Büchse auf der Welle kraftschlüssig montiert. Die eine Dicht- und Haltefunktion ausübende Büchse ist außen mit einer Presshülse versehen, die durch Aufpressen oder Aufschrumpfen mit dem Nabenfortsatz verbunden wird. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Konstruktion vorzuschlagen, die eine kostengünstige Fertigung des Läufers gewährleistet einschließlich eines prozess- sicheren und gleichzeitig dauerfesten Fügevorgangs aller Bauteile des Läufers.
Die Lösung erfolgt erfindungsgemäß mit einem Läufer nach den Merkmalen von Anspruch 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dar- gestellt.
Gemäß Anspruch 1 bilden die Naben des Laufrades einen axial vorstehenden Nabenfortsatz mit einem inneren Aufnahmeprofil, in das ein endseitiger Wellenabschnitt eines Führungszapfens eines Werkzeugs formschlüssig eingreift, das insbesondere einer Klemmvorrichtung zugeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass während eines stoffschlüssigen Verbindens der Welle mit dem Turbinenrad und/oder dem Verdichterrad bzw. einer anschließenden Weiterbearbeitung oder Nacharbeit des Läufers deren Nabenfortsatz von einer Klemmvorrichtung außenseitig umschlossen wird. Das Turbinen- und Verdichterrad des Läufers wird bevorzugt aus Inconel oder einem vergleichbar hochtemperaturbeständigen Werkstoff in einem Feingussverfahren hergestellt. Anschließend erfolgt in mehreren Stufen eine Nacharbeit, bevor die Laufräder stoffschlüssig mit der Welle des Läufers zu einer Einheit verbunden werden. Daran schließt sich eine Endbearbeitung des Läufers an, bei der zumindest einzelne Bauteile des Läufers insbesondere mit einem mechanischen, beispielsweise spangebenden Dreh- und Schleifprozess, veredelt werden, um eine optimale Laufqualität des Läufers zu erreichen. Durch das formschlüssige Eingreifen vom Führungszapfen in das Aufnahme- profil des Nabenfortsatzes und das kraftschlüssige Halten der Welle und des Laufrades durch die Klemmvorrichtung während des stoffschlüssigen Verbindens sowie die Endbearbeitung werden diese Bauteile optimal zentriert und fixiert. Weiterhin kann eine kostengünstige Fertigung bzw. Montage aller Bauteile des Läufers realisiert werden. Vorteilhaft werden mit der Klemmvorrichtung und zugehörigen Führungszapfen gleichzeitig alle Bauteile des Läufers zentriert und fixiert. Außerdem kann durch die erfindungsgemäße Kombination der Klemmvorrichtung, die den Nabenfortsatz außenseitig umschließt, und dem Führungszapfen, der formschlüssig in den Nabenfortsatz eingreift, die Länge des Nabenfortsatzes vorteilhaft verkürzt werden. Zudem wird durch die Erfindung eine verbesserte Positionierung, insbesondere Zentrierung bzw. Koaxial i- tät sowie eine rechtwinkelige Ausrichtung der Laufräder gegenüber der Welle erzielt, bevor diese stoffschlüssig verbunden und abschließend nachbearbeitet werden. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen können vorteilhaft auch engere Fertigungs- und Lagetoleranzen eingehalten werden, die sich günstig auf den Betrieb des Abgasturboladers auswirken, bei dem sich Drehzahlen von bis zu 250.000 U/min einstellen. Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung in Verbindung mit den Führungszapfen bewirkt eine sichere form- und kraftschlüssige Verbindung aller Bauteile des Läufers zur Realisierung eines aufgabengerechten, prozesssicheren Fügevorgangs. Vorteilhaft hält die erfindungsgemäße Maßnahme einer hohen Krafteinleitung bzw. Drehmomenteinlei- tung stand und begünstigt somit das stoffschlüssige Verbinden der Welle mit den Laufrädern sowie eine mechanische Endbearbeitung des Läufers. Damit bietet die Erfindung insbesondere für Läufer mit einem RaAx-Turbinenrad (radial und axial angestrahltes Turbinenrad) eine effektive Lösung der bisherigen Spannproblematik.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Nabenfortsatz sacklochartig ein als Mehrkantprofil ausgebildetes Aufnahmeprofil eingebracht, in das der Führungszapfen eingreift, wobei die Außenkontur des Zapfens mit dem Aufnahmeprofil des Nabenfortsatzes korrespondiert. Als Aufnah- meprofil eignet sich vorteilhaft ein Sechskantprofil, wobei alternativ auch ein Vielzahnprofil einsetzbar ist. Weiterhin bildet der Nabenfortsatz außenseitig einen zylindrisch oder profiliert, insbesondere als Sechskant ausgeführten Zentrieransatz, an dem die Klemmvorrichtung angreift. Um einen eng tolerierten Fügeverband zu realisieren, ist zwischen dem Führungszapfen und dem inneren Aufnahmeprofil des Naben- fortsatzes ein Radialspiel von < 0,15 mm vorgesehen, wobei ein bevorzugtes Radialspiel 0,1 mm beträgt. Ferner schließt die Erfindung eine Klemmvorrichtung ein, die mehrere umfangsverteilt angeordnete, in radialer Richtung verstellbare, mit dem Nabenfortsatz zusammenwirkende Spannbacken umfasst. Um einen dauerfesten Fügeverband zwischen der Welle und der Nabe der Laufräder zu realisieren, ist eine stoffschlüssige Verbindung dieser Bauteile vorgesehen, nachdem zuvor die Welle in der Aufnahme der Nabe eingesetzt bzw. eingepresst wurde. Als stoffschlüssige Verbindung eignen sich unterschiedliche Verfahren, wobei sich bevorzugt eine Reibschweißung eignet, bei der sich beim Abkühlen nach der Schweißung eine gewünschte, den Fügeverband verbessernde Volumenschrumpfung zwischen der Nabe und der Welle einstellt. Alternativ zu einer Reibschweißung bietet sich beispielsweise ein E- lektronenstrahlschweißen, ein Löten oder eine Klebung an, um die Welle und die Laufräder stoffschlüssig dauerfest zu verbinden.
Eine weitere vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Konzepts sieht vor, den Nabenfortsatz mit einer Länge S von < 3 mm auszulegen, wobei bevorzugt eine Länge S von 2 mm vorgesehen ist. Weiterhin weist der Nabenfortsatz eine Wandstärke Z von < 3 mm auf, wobei ein bevorzugtes Maß Z 2 mm beträgt. Der Nabenfortsatz ist damit deutlich kürzer im Vergleich zu bisherigen Lösungen, was vorteilhaft den Materialeinsatz des kostenintensiven, temperaturstabilen Werkstoffs der Laufräder reduziert. Eine weitere Materialeinsparung wird erreicht, indem die bevorzugt als Bohrung ausgeführte Aufnahme sich über die Länge des Nabenfortsatzes hinaus in das Laufrad er- streckt. Neben einem Kostenvorteil bewirken diese Maßnahmen eine deutliche Gewichtsreduktion von > 3 Gramm für jedes Laufrad. Durch die gewichtsoptimierten Laufräder stellt sich im Betriebszustand des Abgasturboladers eine verbesserte Rotordynamik ein, die das Ansprechverhalten und somit den Wirkungsgrad des Abgasturboladers verbessert.
Ferner bietet die Erfindung die Möglichkeit, das Laufrad mit einem Zeichen zu kennzeichnen, das den Werkstoff angibt, aus dem das Laufrad hergestellt ist. Zur Vermeidung einer Unwucht erfolgt die Werkstoffkennzeichnung zentrisch an der Nabe. Bevorzugt ist zur Kennzeichnung innerhalb des Aufnahmeprofils vom Nabenfortsatz ein Buchstabe vorgesehen. Im Anspruch 10 ist ein Verfahren zum dauerfesten Zusammenfügen und zur Endbearbeitung eines Läufers beschrieben, der eine Welle mit einem Turbinenrad und einem Verdichterrad einer Ladevorrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers umfasst, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist. Zunächst erfolgt eine axiale formschlüssige Montage der Welle in eine Aufnahme der Nabe des jeweiligen Laufrades. Danach wird ein Führungszapfen in ein als Mehrkantprofil ausgeführtes Aufnahmeprofil eines axial vorstehenden Nabenfortsatzes der Nabe des Laufrades eingeführt. Anschließend wird mit zumindest einer den Nabenfortsatz eines Laufrades umschließenden Klemmvorrichtung in Verbindung mit bevorzugt drei zueinander beabstandeten Spannbacken das Laufrad ausgerichtet. Zur Erreichung einer idealen Fixierung wird der Nabenfortsatz über drei weitere Spannbacken der Klemmvorrichtung, die wechselweise zwischen den ersten Spannbacken angeordnet sind, kraftschlüssig gehalten, wobei der Nabenfortsatz bis zu einem dauerelastischen Bereich verformt wird. Die Klemmvorrichtung bewirkt eine Fixierung, die sowohl einer Kraft- und/oder Drehmomenteinleitung während einer stoffschlüssigen Verbindung der Welle mit den Laufrädern standhält als auch einer mechanischen Endbearbeitung des Läufers. Als stoffschlüssige Verbindung ist eine Reibschweißung vorgesehen, mit der in einem weiteren Verfahrensschritt die Welle mit der Nabe verbunden wird. Anschließend erfolgt die mechanische Nacharbeit oder Endbearbeitung des Läufers, insbesondere des Turbinenrades und/oder des Verdichterrades, bevor abschließend die Klemmvorrichtung und der Führungszapfen entfernt werden. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, wobei sich die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Laufrad in einer Seitenansicht;
Fig. 2 das Laufrad gemäß Fig. 1 in der Vorderansicht; und Fig. 3 einen schematischen Aufbau eines Läufers bestehend aus einer Welle, der endseitig jeweils ein Laufrad zugeordnet ist.
Die Figuren 1 und 2 zeigen in vereinfachten Darstellungen ein als Flügelrad ausgebildetes Laufrad 1 '. Das Laufrad 1 ' ist Teil eines in Figur 3 abgebildeten Läufers 2, der zwei axial beabstandete Laufräder 1 ',1 " umfasst, die über eine Welle 3 verbunden sind. Eine Nabe 4 des Läufers 2 schließt einseitig einen axial vorstehenden Nabenfortsatz 5 mit einem sacklochartigen, als Mehrkantprofil ausgeführten Aufnahmeprofil 6 ein. Außenseitig bildet der Nabenfortsatz 5 einen Zentrieransatz 7, der ebenfalls vorteilhaft ein Mehrkantprofil bildet. Das in dem Nabenfortsatz 5 eingebrachte Aufnahmeprofil 6 erstreckt sich über eine Länge S2, die eine Länge Si von dem Nabenfortsatz übertrifft und weiterhin bis über eine stirnseitige Planfläche 10 in das Laufrad V eingebracht ist. Bevorzugt sind sowohl das Aufnahmeprofil 6 als auch der Zentrieransatz 7 als Sechskantprofil ausgebildet. Der Nabenfortsatz 5 weist eine Länge Si von < 3 mm aus sowie eine Wandstärke Z von < 2 mm. Wie in Figur 2 dargestellt, schließt das Aufnahmeprofil 6 des Nabenfortsatzes 5 eine Kennzeichnung 8 ein, die den Werkstoff angibt, aus dem das Laufrad V hergestellt ist.
Die Darstellung gemäß Figur 3 zeigt den Läufer 2, der Teil eines in Figur 3 nicht näher abgebildeten Abgasturboladers ist. Eines der Laufräder 1 ',1 " ist als Turbinenrad und das weitere Laufrad als Verdichterrad ausgebildet. Die beide Laufräder 1 ',1 " verbindende Welle 3 ist in einem Gehäuse des Abgasturboladers drehbar gelagert. Zur formschlüssigen Verbindung ist die Welle 3 in Auf- nahmen 13 der Naben 4 der Läufer 1 ',1 ' eingesetzt. Eine Zentrierung und Fixierung des Läufers 2 erfolgt mittels einer Klemmvorrichtung 1 1 , die in Figur 3 dem Laufrad V zugeordnet ist. Symmetrisch umfangsverteilt angeordnete, insbesondere hydraulisch verstellbare Spannbacken 12 der Klemmvorrichtung 1 1 stützen sich kraftschlüssig auf dem Zentrieransatz 7 des Nabenfortsatzes 5 vom Laufrad V ab. Weiterhin ist ein Führungszapfen 9 mit einem profilierten Außenprofil in ein korrespondierendes Aufnahmeprofil 6 des Nabenfortsatzes 5 eingesetzt. Die Klemmung des Nabenfortsatzes 5 erfolgt bevorzugt in zwei Schritten. Zunächst ist eine Zentrierung mit beispielsweise drei Spannbacken 12 vorgesehen, bevor mit drei weiteren Spannbacken 12 eine Fixierung erfolgt, bei der gleichzeitig der Nabenfortsatz 5 bis in einen elastischen Bereich verformt werden kann. Mittels einer stoffschlüssigen Verbindung werden anschließend die Welle 3 und die Nabe 5 des Laufrades V durch eine Reibschweißung dauerfest verbunden. Abschließend kann eine mechanische Endbearbeitung des Läufers 2 erfolgen, bevor die Klemmvorrichtung 1 1 sowie der Führungszapfen 9 entfernt werden.
Bezugszeichenliste r,i" Laufrad
2 Läufer
3 Welle
4 Nabe
5 Nabenfortsatz
6 Aufnahmeprofil
7 Zentrieransatz
8 Kennzeichnung
9 Führungszapfen
10 Planfläche
1 1 Klemmvorrichtung
12 Spannbacken
13 Aufnahme
Si Länge Nabenfortsatz
s2 Länge Aufnahmeprofil
Z Wandstärke Nabenfortsatz

Claims

1 Patentansprüche
1 . Welle-Nabeverbindung eines Läufers (1 ) einer Ladevorrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, der zumindest ein Laufrad (1 ',1 "), ins- besondere ein Turbinenrad oder ein Verdichterrad sowie eine Welle (3) umfasst, die formschlüssig in eine Aufnahme (13) einer Nabe (4) des Laufrades (1 ',1 ") eingreift, wobei diese Bauteile stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) einen axial vorstehenden Nabenfortsatz (5) mit einem inneren Aufnahmeprofil (6) bil- det, in das während eines stoffschlüssigen Verbindens der Welle (3) mit dem Laufrad (1 ',1 ") und/oder einer Nacharbeit des Läufers (2) ein Führungszapfen (9) eingreift sowie eine Klemmvorrichtung (1 1 ) einen Nabenfortsatz (5) außenseitig umschließt.
2. Läufer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nabenfortsatz (5) ein als Mehrkantprofil ausgebildetes Aufnahmeprofil (6) eingebracht ist, das mit einem Außenprofil des Führungszapfens (9) korrespondiert.
3. Läufer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenfortsatz (5) außenseitig einen zylindrisch oder profiliert ausgeführten Zentrieransatz (7) aufweist.
4. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Klemmvorrichtung (1 1 ) über in radialer Richtung verstellbare Spannbacken (12) den Nabenfortsatz (5) und das damit in Verbindung stehende Laufrad (1 ',1 ") zentriert und fixiert.
5. Läufer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) mit dem Nabenfortsatz (5) des Laufrades (1 ',1 ") durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie ein Reibschweißen, ein Elektronenstrahlschwei- ßen, eine Lötung oder eine Klebung verbunden sind. 2
Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenfortsatz (5) des Laufrades (1 ',1 ") eine Länge Si < 3 mm sowie eine Wandstärke Z < 3 mm aufweist.
Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszapfen (10) mit einem Radialspiel < 0,15 mm in das innere Aufnahmeprofil (6) des Nabenfortsatzes (5) eingesetzt ist.
Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Länge Si vom Nabenfortsatz (5) von einer Länge S2 des inneren Aufnahmeprofils (6) übertroffen wird.
Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) eine Kennzeichnung (8) zur Werkstoffbestimmung des Laufrades (1 ',1 ") aufweist.
Verfahren zum Zusammenfügen und zur Endbearbeitung einer Welle (3) mit einem Laufrad (1 ',1 "), insbesondere einem Turbinenrad oder einem Verdichterrad eines Läufers (2) einer Ladevorrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
axiale Montage der Welle (3) jeweils in eine Aufnahme (13) der
Laufräder (1 ',1 ");
Einführen eines Führungszapfens (9) in ein als Mehrkantprofil ausgebildetes Aufnahmeprofil (6) zumindest eines Nabenfortsatzes (5);
Ausrichten und Fixieren des Läufers (2) mittels wenigstens einer Klemmvorrichtung (1 1 ), deren Spannbacken (12) den Nabenfortsatz (5) außenseitig kraftschlüssig umschließen;
stoffschlüssiges Verbinden der Welle (3) mit den Naben (4) beider Läufer (1 ',1 ");
Nacharbeit oder Endbearbeitung des Läufers (2'); Entfernen der Klennnnvorrichtung (11) und des Führungszapfens
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