本发明专利技术涉及一种用于涡轮增压器的涡轮转子，尤其用于汽车，具有一体式构造的涡轮，该涡轮具有涡轮叶片组和实心设计的带第一端面且没有空腔或凹陷的涡轮凸肩，还具有带第二端面（7）的一体式构造的转子轴，第二端面带有与转动轴线（9）同轴布置的凹陷（8），其中，涡轮凸肩的第一端面通过旋转摩擦焊接材料接合地与转子轴的第二端面连接。此外，本发明专利技术还涉及一种涡轮增压器和一种用于制造按本发明专利技术的涡轮转子的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于涡轮增压器的涡轮转子。本专利技术还涉及一种涡轮增压器和一种用于制造涡轮转子的方法。
技术介绍
DE 10 2007 018 618 Al描述了一种用于提高汽车内燃机功率的涡轮增压器的普遍公知的结构，其基本上由带涡轮的径流式涡轮机构成，涡轮被内燃机的废气流驱动，以及由带压缩机轮的、布置在内燃机的吸气行程中的径向压缩机构成，压缩机轮通过转子轴抗扭转地与涡轮连接。涡轮大多通过材料接合而压缩机轮则大多通过形状配合与转子轴连接。转子轴和涡轮的组件在接下来被称为废气涡轮增压器的涡轮转子。由于对涡轮以及对转子轴有着大多很不同的要求，所以用来制造这些构件的各种材料通常极为不同，其中，涡轮承受基于内燃机的热废气而局部极高的温度以及承受基于在涡轮增压器运行时出现的、很高的直至300. 000 U/min的转速而很高的离心力，其中，转子轴作为涡轮增压器的轴承系统的一部分必须吸收很高的交变弯曲负荷。基于在涡轮增压器运行时出现的对涡轮转子的很高的机械负荷，在汽车领域的现代涡轮增压器中，焊接作为用于连接涡轮和转子轴的连接技术而被实施成选择的方法。基于同样提到的用于涡轮和转子轴的不同的材料，首先使用旋转摩擦焊接方法作为连接这些构件的焊接方法。无论是DE 697 18 713 T2 还是 WO 2008/046556 A2 以及 EP 1 002 935 Al，都说明了用于将转子轴与涡轮旋转摩擦焊接的方法。在旋转摩擦焊接中，转子轴或涡轮被运行至一定的转速，然后被压向竖立的构件。由此产生摩擦热并且将材料相互焊接。但通过将转动的构件按压到竖立的构件上，较软的焊接对象的材料在黏稠状态下被挤向一边。这在朝着转子轴的外表面时不成问题，因为为挤开的材料提供了足够的空间。这些向外挤的材料可以借助切屑工艺在旋转摩擦焊接过程之后的工作步骤中很容易地移除。但在转子轴的转动轴线方向上，须为流走的材料提供空腔，以便不会导致材料阻塞以及因而导致焊接连接的强度不够。如在JP 580 50 189 A中公开的那样，这个空腔设置在两个焊接对象中，这在涡轮上会导致涡轮背部的强度可以通过空隙而降低。由此可以导致涡轮内的材料断裂直至涡轮毁坏。此外，涡轮必须从压缩机叶片组的一侧铸在涡轮轮毂上，因为空腔可以一同被铸造并且因此不需要费时费钱地切屑制造空腔。但这会导致涡轮轮毂的形状不利于流动，因为轮毂必须配设有很大的横截面，因此浇铸材料不会提早硬化。在涡轮轮毂上的铸件浇口的定位经常会在没有另外措施的情况下导致明显更糟糕地在涡轮轮毂和涡轮叶片组区域中形成材料接缝。总体上会造成非最佳的涡轮转子的上述缺陷，当然应予以避免。
技术实现思路
在这种背景下，本专利技术所要解决的技术问题是，提出一种改良后的涡轮转子。按照本专利技术，该技术问题通过有权利要求1特征的涡轮转子和/或有权利要求7 特征的涡轮增压器和/或有权利要求8特征的方法解决。据此规定一种用于涡轮增压器的涡轮转子，尤其用于汽车，具有一体式构造的转子轴并具有一体式构造的涡轮，涡轮具有涡轮叶片组和实心设计的涡轮凸肩，其中，涡轮叶片组和涡轮凸肩布置在涡轮的反向设置的端面上，以及其中，涡轮凸肩的第一端面通过旋转摩擦焊接材料接合地与转子轴的第二端面连接。在此，实心的涡轮凸肩构造成不带空腔或凹陷，并且转子轴的第二端面具有与转动轴线同轴布置的凹陷，该凹陷用于容纳涡轮凸肩和/或转子轴的被塑化的材料。一种用于汽车的涡轮增压器，带有按本专利技术的涡轮转子，其中，涡轮增压器具有涡轮壳体、布置在涡轮壳体中的涡轮、压缩机壳体、布置在压缩机壳体中的压缩机轮和将涡轮与压缩机轮抗扭转地连接起来的转子轴。由此可以将有上述优点的按本专利技术的涡轮转子优选在汽车中使用在涡轮增压器中。一种用于制造按本专利技术的涡轮转子的方法，带有下列依次的步骤将转子轴和涡轮同轴地夹紧在旋转摩擦焊接装置中；旋转转子轴；将转子轴的第二端面按压到涡轮凸肩的第一端面上；以及将以其端面彼此重叠按压的转子轴和涡轮凸肩相互旋转摩擦焊接。转子轴和涡轮形成各一个单件式和优选甚至一体式的构件。涡轮具有涡轮叶片组和实心构造的涡轮凸肩。实心的涡轮凸肩在下文中指的是，涡轮凸肩尽量构造成不带空腔或凹陷并且因此构造成尽可能形状稳定的元件。涡轮叶片组和涡轮凸肩布置在涡轮的反向设置的端面上。涡轮凸肩的第一端面与转子轴的第二端面材料接合地连接。按照本专利技术， 材料接合式连接通过旋转摩擦焊接产生。在此，转子轴发生旋转并且用限定的力被同轴地按压到竖立的涡轮的涡轮凸肩上。基于本专利技术的想法主要在于，涡轮凸肩构造成实心，不带空腔或凹陷，并且仅在转子轴的端面中设置用来容纳涡轮凸肩和/或转子轴的被塑化的材料的凹陷。由此可以可靠地防止出现被塑化的材料的阻塞因而降低在涡轮和转子轴之间的材料接合的连接的可靠性。因此可以提供在转子轴和涡轮之间的一种有很高可靠性的连接。此外，这一点在制造技术方面尤其节省成本。与公知的技术方案相反的是，不需要在涡轮凸肩中设置通过铸造工艺或切屑工艺制造的凹陷。因此按照本专利技术也有效地防止了由于在涡轮凸肩中的缺口作用而出现涡轮中的材料断裂。同时还确保了在涡轮和转子轴之间的一种可靠的材料接合式连接。本专利技术其它有利的设计方案和扩展设计由另外的从属权利要求和结合附图的说明书得出。在本专利技术的一种典型的设计方案中，涡轮凸肩被构造成是从涡轮的其中一个端面突出的、与涡轮的转动轴线旋转对称的凸起。由此可以借助切屑工艺，例如外圆磨削或车削，快速且成本低廉地加工涡轮凸肩。因此按本专利技术的涡轮转子的生产成本下降。在本专利技术的一种优选的设计方案中，设置在涡轮凸肩上的第一端面与设置在转子轴上的第二端面旋转摩擦焊接，其中，转子轴与涡轮凸肩同轴地取向。由此可以快速且可靠地通过材料接合将转子轴和涡轮凸肩的不同的材料连接起来。因此降低了按本专利技术的涡轮转子的生产成本以及极大地提高了在涡轮和转子轴之间的材料接合式连接的可靠性。在本专利技术的一种优选的设计方案中，凹陷与转子轴的转动轴线同轴地布置，由此可以通过车削简单且快速地制造凹陷。因此降低了按本专利技术的涡轮转子的生产成本和生产时间。在本专利技术的一种同样优选的设计方案中，转子轴由合金不锈钢，尤其主要合金成分为铬、钼和钒的合金不锈钢制成。因此可能的是，转子轴可以作为涡轮增压机的轴承系统的一部分吸收交变弯曲负荷。因此提高了涡轮转子的使用寿命以及因而提高了涡轮增压机的使用寿命。在另一种优选的设计方案中，涡轮由镍基的合金，尤其由针对高温应用的镍基合金制成。涡轮由此承受极高的废气温度以及在涡轮增压器运行时产生的高离心力。因此有利地提高了按本专利技术的涡轮转子的使用寿命和可靠性。在一种同样优选的设计方案中，涡轮是在金属铸件中制造的涡轮，该涡轮具有布置在第一端面上的铸件浇口。通过将涡轮浇铸在涡轮凸肩上，在涡轮叶片组和涡轮轮毂区域中实现一种改良的材料拼接，并且涡轮轮毂可以构造得更加利于流动。由此一方面降低了基于糟糕的材料接缝的形成而导致的涡轮叶片组的故障率。另一方面，通过更加利于流动的涡轮轮毂改善了带有按本专利技术的涡轮转子的涡轮增压器的效率。在本专利技术的方法的一种优选的设计方案中，将在旋转摩擦焊接中产生的环形的焊缝凸起于事后移除，该焊缝凸起存在于转子轴的外表面上以及存在于涡轮凸肩的外表面上。由此能够使在转子轴和涡轮凸肩之间的过渡部分形成本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.06.23 DE 102009030042.21.一种用于涡轮增压器的涡轮转子(1)，尤其用于汽车，-具有一体式构造的涡轮(3)，该涡轮具有涡轮叶片组(4)和带有第一端面的涡轮凸肩(5)，其中，所述涡轮叶片组(4)和所述涡轮凸肩(5)布置在所述涡轮(3)的反向设置的端面(16、17)上，以及-具有一体式构造的转子轴(2 )，该转子轴具有转动轴线(9 )和第二端面(7 )， -其中，所述涡轮凸肩(5)的第一端面(6)与所述转子轴(2)的第二端面(7)通过旋转摩擦焊接材料接合地连接，其特征在于，所述涡轮凸肩(5)构造成实心的、没有空腔或凹陷的结构，并且所述第二端面(7)具有与所述转动轴线(9)同轴布置的凹陷(8)以用于容纳所述涡轮凸肩(5)和/ 或所述转子轴(2)的被塑化的材料。2.按权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，所述涡轮凸肩(5)被构造成从所述涡轮 (3)的端面(16、17)之一突出的、与所述涡轮(3)的转动轴线(9)旋转对称的凸起。3.按权利要求1或2所述的涡轮转子，其特征在于，所述转子轴(2)与所述涡轮凸肩 (5)同轴地取向。4.按前述权利要求之一所述的涡轮转子，其特征在于，所述转子轴(2)由合金不锈钢...
【专利技术属性】
技术研发人员：U阿尔布察特，B费林，G明希，
申请(专利权)人：U阿尔布察特，B费林，G明希，
类型：发明
国别省市：
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