(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械、特に排気ガスターボ過給機のロータ（１）であって、
ホイール背部（３）を有するロータホイール（２）と、
ロータシャフト（４）が中間部片（５）を介してロータホイール（２）に堅固に接続される前記中間部片（５）を有するロータシャフト（４）と、を有するロータ（１）において、
凹み（１２）が前記ホイール背部（３）に配置され、且つ前記中間部片（５）にディスク状の釣り合わせプレート（５Ａ）が設けられ、前記中間部片（５）の外径（ＤＡ）が前記ロータシャフト（４）の最大の直径（Ｄ４Ｃ）よりも大きく、前記中間部片（５）が前記ロータホイール（２）のホイール背部（３）の前記凹み（１２）に固定されることを特徴とするロータ（１）。
【請求項２】
中間部片（５）が、ロータシャフト（４）の最大直径（Ｄ４Ｃ）よりも小さなボア径（ＤＺ）を有するボア（８）を有することを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
中間部片（５）が、ロータシャフト（４）の最小直径（Ｄ４Ａ）よりも大きなボア径（ＤＺ）を有するボア（８）を有することを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
【請求項４】
中間部片（５）のボア（８）が直径（ＤＺ）を有する貫通孔、又は直径（ＤＺ）を有する盲孔ボアであることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載のロータ。
【請求項５】
中間部片（５）が、ロータシャフト（４）に接続可能な別個の構成要素であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項６】
中間部片（５）がロータシャフト（４）と一体に形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項７】
前記ホイール背部（３）に配置された前記凹み（１２）が円筒状の凹みであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項８】
中間部片（５）の直径（ＤＡ）が凹み（１２）の直径に適応されることを特徴とする、請求項７に記載のロータ。
【請求項９】
心出しほぞ（９）が凹み（１２）に配置されることを特徴とする、請求項７又は８に記載のロータ。
【請求項１０】
ロータホイール（２）がチタンアルミナイド合金からなり、中間部片（５）がニッケルベース又はコバルトベースの合金からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項１１】
ターボ機械、特に排気ガスターボ過給機のロータ（１）を製造するための方法であって、
ロータシャフト（４）を中間部片（５）を介してロータホイール（２）に接続するステップと、
ロータ（１）を釣り合わせるステップと、を含む方法において、
次の方法ステップ、すなわち、
ロータシャフト（４）の最大の直径（Ｄ４Ｃ）よりも大きな外径（ＤＡ）を有すると共に、ディスク状の釣り合わせプレート（５Ａ）が設けられた中間部片（５）を配置するステップと、
ロータホイール（２）のホイール背部（３）に凹み（１２）を設けるステップと、
前記ディスク状の釣り合わせプレート（５Ａ）を前記凹み（１２）に固定することによって、ロータシャフト（４）をロータホイール（２）に接続するステップと、
少なくとも１つの釣り合わせマークを中間部片（５）に適用することによって、ロータ（１）を釣り合わせるステップと、
を特徴とする方法。
【請求項１２】
前記釣り合わせマークが中間部片（５）の円周に適用されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
真空下の炉内の高温半田付け、あるいは電子ビーム又はレーザビームによる又は高周波熱源による加熱による半田付けによって、中間部片（５）がロータホイール（２）に接続されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
中間部片（５）が、ＭＩＭ法によって製造されたロータホイール（２）に、ＭＩＭ法によって接続されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１５】
中間部片（５）が、ＭＩＭ法又はロストワックス鋳造法によって製造された構成要素であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
真空下の炉内の高温半田付け、あるいは電子ビーム又はレーザビームによる又は高周波熱源による加熱による半田付けによって、中間部片（５）がロータホイール（２）に接続されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載のターボ機械、特に排気ガスターボ過給機のロータに、及び請求項１３の前文に記載のこのタイプのロータを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
包括的なロータが、チタンアルミナイド合金（ＴｉＡｌ合金）からなるタービンホイールを有するＴｉＡｌロータを記載している特開平１１−３２０１３２Ａ号公報から公知であり、ＴｉＡｌロータは、ニッケルベースの合金からなる中間部片を使用して、鋼製シャフトに堅固に接続される。ＴｉＡｌからなるタービンホイールの中間部片への拘束は、高温半田付けによって実施される。中間部片／シャフトの拘束は、電子ビーム溶接（ＥＢ溶接）によって行われるが、摩擦溶接によって行ってもよい。
【０００３】
この複雑なバージョンと同様に、欧州特許出願公開第１００２９３５Ａ号明細書は、ロータを記載しており、このロータのＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールは、円筒状の中間部片を使用して軸受軸を構成する鋼製本体に摩擦溶接によって剛性接続される。高い機械的強度は、中間部片がその端部においてニッケルベース又はコバルトベースの合金のタービンホイールに接続されることによって達成される。タービンホイールから中間部片を介した鋼製本体のタービン側軸受点内への望ましくない熱束を低減するために、中間部片は、個々の摩擦溶接操作／段階によって同様に形成される複数の層から構成される。この場合、このようなバージョンは、タービン側軸受の方向にある熱障壁を提供するが、にもかかわらず取扱いに関して、同様にいくつかの個々段階のコストによる高い経費のため大量生産用途の背景に対して経済的でないと判断すべきであることが指摘されるべきである。
【０００４】
別の従来技術（欧州特許第０３６８６４２Ｂ１号明細書）は、ターボ機械のロータを記載しており、そのタービンホイールは、ＴｉＡｌ合金からなり、ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片を介して摩擦溶接によって鋼製シャフトに接続される。
【０００５】
従来技術のすべての文献に共通していることは、中間部片を使用して、ＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールを合金鋼からなるシャフトに接続するための様々な接合方法を記載しているが、当該接合方法は、にもかかわらず、ＴｉＡｌ合金からなる作動構成要素を製造するために必要な製造段階の完成ロータの釣り合わせに関する重要な観点を無視していることである。
【０００６】
言及した従来技術によるすべての公知のバージョンは、ロータの釣り合わせを個々の部分としてタービンホイールの脆性のＴｉＡｌ合金で実施しなければならず、これは高い故障の可能性（割れの誘因）を有し、したがって、構成要素の有効寿命を劇的に短くするという欠点を有する。
【０００７】
さらに、従来技術によるバージョンのすべてに共通していることは、鋼からなるシャフトとＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールの接続部として円筒状の中間部片を使用することが記載されているが、これらのバージョンは、ターボ機械のロータの現在容認可能な限度内で構成要素を釣り合わせるために、中間部片における任意の釣り合わせ除去の実施を可能にしないことである。
【０００８】
さらに、従来技術によるすべてのバージョンに共通していることは、強度に関する上述の欠点と共に、ＴｉＡｌ合金内の２つの平面で必要な釣り合わせ方法を常に実施しなければならない（構成要素内の釣り合わせマークの位置に関わらず）ことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、技術的に簡単かつ確実に少なくとも大部分損傷のないロータの釣り合わせを可能にする、請求項１の前文によるロータ及び請求項１３の前文によるこのタイプのロータを製造するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、請求項１の特徴によって、又は方法に関して請求項１３の特徴によって達成される。
【００１１】
本発明によれば、したがって、ロータシャフト（鋼製シャフト）とロータホイール（特に、ＴｉＡｌからなるタービンホイールの形態）との接続要素として中間部片を使用し、及びそれ自体公知の釣り合わせ方法によって釣り合わせを中間部片のロータホイールのホイール背部で実施できるように、好ましくはディスクの形態の中間部片の幾何学的な設計を使用する手段がある。
【００１２】
すなわち、好ましくはニッケルベース又はコバルトベースの合金に基づく中間部片は、次の２つの機能、すなわち、
−金属間のチタンアルミナイド合金（ＴｉＡｌ）からなるタービンホイールを鋼からなるシャフトに接続する機能、
−経済的な釣り合わせ工程を使用してロータを釣り合わせる機能を１つの構成要素に組み合わせる。
【００１３】
従属請求項は、本発明によるロータ及び方法の有利な発展形態を含む。
【００１４】
本発明によれば、従来技術の欠点は、中間部片の好ましくは最適化された形状によって相応してなくすことができ、このことは、言い換えれば、タービンホイールを中間部片の形状に釣り合わせるために必要な特別な領域のシフトが可能であることを意味する。
【００１５】
中間部片でロータホイール（タービンホイール）を組み立て、別個の加工ステップでこの組立体をロータシャフトに接続する製造ステップの分離のため、ロータ全体を接合するために高効率の工程が行われ、これについては、以下により詳細に取り扱う。
【００１６】
ロータホイールと中間部片（シャフトなし）とからなる複合構造の説明
ＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールに対するニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片の拘束は、摩擦溶接、ＣＤ溶接又は高温半田付けによって行うことが可能である。
【００１７】
ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片に対するＴｉＡｌからなるタービンホイールの接続の有利な形態を構成する高温半田付けは、例えば高い負荷利用の炉内の真空半田付け工程として、タービンホイール及び中間部片のコンパクトな構造タイプのため、比較的費用効果的に行うことが可能であり、中間部片のニッケルベース又はコバルトベースの合金の強度が保持される。この場合、可能な限り最も低い機械的な力が接合工程中に脆性のＴｉＡｌ合金に作用する。さらに、ＴｉＡｌ合金の延性は、半田付け工程に必要な温度の結果として増大する。しかし、半田付け工程の温度管理は、接合工程及び必要な時間中に生じる温度が、望ましくない相変態によるＴｉＡｌ合金の強度の低減を引き起こさないように行われなければならない。
【００１８】
中間部片の材料の焼鈍段階には低減がないので、ニッケルベース又はコバルトベースの合金から中間部片を作ることは、さらに有利である。高合金鋼からなるシャフトをチタンアルミナイド合金からなるタービンホイールに直接半田付けする（真空による又は真空なし）際、シャフト材料の焼鈍（強度）が低減されるか又は破壊されることが知られている。接続されたロータ全体の引き続く焼鈍が可能であるが、この方法は経済的でなく、高い熱損傷及び歪みが構成要素に現れ、構成要素のさらなる効率的な処理が保証されない。
【００１９】
さらに、有利に、ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片の使用により、室温及び最高７００℃の温度の両方において高い機械的強度のロータが可能になるのみならず、ロータと、今日の排気ガスターボ過給機のロータの必要な釣り合わせ限度内の高い工程信頼性とを釣り合わせできることが明らかになる。
【００２０】
さらに、ＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールに対するニッケルベースの合金からなる中間部片の半田付け接続は、接続されるべき構成要素の構造空間は、例えば、ＴｉＡｌ合金からなる構成要素への鋼製シャフトの半田付け接続よりも小さいので（簡単な緊張手段）、強度を保持しつつ、より効率的に実施することができる。
【００２１】
有利なバージョンは、従来の電子ビーム溶接設備に適応されるパラメータによって実施することができる電子ビーム加熱による真空半田付けである。ビームによる熱導入は、中間部片に行われることが有利である（合焦又は非合焦のＥＢビームによって）。ビームパラメータは、構成要素の形状と質量に応じて選択されるべきである。構成要素の規定の予張力により、構成要素が同時に回転する間に、半田付け操作中に構成要素が正しい位置に固定されることが保証される。操作は、接続されるべき２つの部分、すなわちタービンホイール及び中間部片の均一な完全な加熱まで維持され、タービンホイールと中間部片との間に半田の液相が達成される。半田の溶融温度を超える温度に簡単に保持することにより、２つの接合相手側の完全な湿潤の獲得が保証される。
【００２２】
ＥＢビームによる加熱は、方法に関して、真空で行われ、したがって、接続されるべき構成要素の望ましくない反応が生じず、特に雰囲気酸素とのＴｉＡｌの反応性が防止される利点を有する。さらに、不活性ガス又は還元ガスからなる雰囲気は工程に不要である。
【００２３】
あるいは、タービンホイールに対する中間部片の拘束は、不活性ガス又は還元ガス（例えば、アルゴン）の雰囲気内で、２つの部分を高周波（ＨＦ）熱源で加熱することにより真空なしの半田付けによって行ってもよい。
【００２４】
真空なしで半田付けするための別の手段は、構成要素の加熱であり、これと共に、レーザビームによって半田を液相に加熱することである。
【００２５】
ロータ全体（シャフトを含む）の説明
ロータ全体を接合する方法の有効性は、中間部片又は中間部片を含むタービンホイールの複合構造をシャフトに接続するために、摩擦溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接、ＣＤ溶接及び高温半田付けのような従来の方法を使用する手段により達成される。
【００２６】
有利なバージョンでは、電子ビーム溶接による接続が示されている。
【００２７】
鋼からなるシャフトへの中間部片又は中間部片を含むタービンホイールの複合構造の接続は、鋼からなるシャフトをニッケルベースの合金からなるタービンホイールにＥＢ溶接する際の溶接パラメータと同様の溶接パラメータで操作できる従来のＥＢ溶接設備で実施できる。
【００２８】
ロータ全体を製造する次の手段は、使用する工程の結果として特定の特徴として現れる。ロータ全体のすべての構成要素（ＴｉＡｌからなるタービンホイール、ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片、鋼からなるシャフト）は、ＥＢ溶接機械の適応された固定具に導入され、加工ステップ（半田付け及び溶接）中に規定の予張力によって正しい位置に固定される。接続されるべき構成要素の間の嵌合部のような追加の幾何学的な用具が可能である。タービンホイール及び中間部片の半田付け接続は、電子ビームによって１つの加工ステップで実施される。中間部片及び鋼からなるシャフトのＥＢ溶接は、別の加工ステップで行われる。
【００２９】
中間部片が一体化されたシャフト
ＴｉＡｌロータの形態の本発明の有利な実施形態は、さらに一歩進み、中間部片とシャフトとをニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる１つの構成要素に組み合わせることによって部品数を低減し、この構成要素は、高温半田付けによってＴｉＡｌからなるタービンホイールに接続される。シャフトと中間部片とのこの組み合わせ有利な改良は、例えば、鍛造工程（形成工程）、押出工程、ロストワックス鋳造工程又は金属射出成形法（ＭＩＭ法）で実施することが可能である。
【００３０】
釣り合わせ
ロータの釣り合わせは、もっぱら中間部片においてホイール背部の側面で行われることが有利であり、この中間部片は、円筒状ディスクの形態のその幾何学的設計によって、ロータの釣り合わせ工程に必要な領域を提供する。さらに、中間部片の円筒状の外径を拡大することにより、ロータの質量慣性モーメントが増大されることが明らかになる。
【００３１】
中間部片の有利なバージョンでは、タービンホイールのハブの入口直径以下の外径ＤＡが示されている。ＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールと比較して（ＴｉＡｌ合金の密度に対するニッケルベース又はコバルトベースの合金の密度の比率は２：１である）、ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片の著しくより大きな密度のため、個々の部品としてロータを釣り合わせることに関し必要な限度に材料を除去（可能な釣り合わせ方法、すなわちフライス加工、研削、腐食）することによって、ＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールを低減された、釣り合わせ半径にすることが可能になる。
【００３２】
釣り合わせフライス加工は自動化することができ、したがって、簡単なタービンホイール／中間部片バージョンによって経済的に実施することができる。
【００３３】
要約すると、とりわけ、次の利点が得られる。
・好ましくはニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片に対する好ましくはＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールの効率的な接続（真空炉内の高温半田付け、摩擦溶接、ＣＤ溶接、電子ビームによる真空半田付け工程、不活性ガス又は還元ガスからなる雰囲気内のＨＦ熱源又はレーザによる加熱による真空なしの半田付けによる）、中間部片の強度は接合工程中に保持される。
・中間部片の使用
−ＴｉＡｌタービンホイールを鋼製シャフトに接続するため、
−ロータの動作時にタービン側面からタービン側面の最も近くに配置された軸受点への熱束を低減するため、
−フライス加工、研削又は腐食のような効率的、自動化可能な釣り合わせ工程を使用して、ロータ全体を釣り合わせるため。
・シャフトと中間部片とをニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる１つの構成要素に有利に効率的に組み合わせることができること（構成要素の数が低減されるので）、ロータを釣り合わせる上述の効率的な方法の可能性は維持される。
【００３４】
中間部片のワンパートバージョンに加えて、上述のように、さらに、中間部片の多部分の設計を有することもでき、あるいは、任意の製造方法によって、シャフトと中間部片又は中間部片とタービンホイールとの代わりの組み合わせを製造することができる。
【００３５】
これらの例示的な実施形態について、以下により詳細に説明する。
・ＭＩＭ法（ＭＩＭ、すなわち金属射出成形）によって製造された複合中間部片
【００３６】
複合中間部片は、ＭＩＭ法によって１つの構成要素に接続される、異なる材料の少なくとも２つの部分からなる。この複合中間部片の有利なバージョンでは、ニッケルベース又はコバルトベースの合金と鋼合金とが組み合わせられる。
【００３７】
異なる物理的特性の材料を複合中間部片に組み合わせることによって、鋼製シャフトが引き続き複合材中間部片に、及びＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールに接続されるときに達成されることは、同様の物理的特性を有する材料が互いに接続されることであり、このことは工程にプラスの影響を与える。
【００３８】
さらに、多部分の複合中間部片の材料が適切に選択される場合、ロータ全体の構成要素の個々の材料の間に正確な傾斜の移行部を提供することができる。このことにより、一方で、シャフト内への熱伝導に関し利点が得られ、他方で、ロータの個々の構成要素の熱膨張係数の調和のため、ロータの動作中に温度作用下の応力が低減されることが予想される。
【００３９】
さらに有利なバージョン
・タービンホイールは、異なる２つの材料から、有利にチタンアルミナイド合金及びニッケルベース又はコバルトベースの合金から複合タービンホイールとして構成される。
・中間部片は、ニッケルベース又はコバルトベースの合金から、ＭＩＭ法によって製造される。タービンホイールも、チタンアルミナイド合金から、同様にＭＩＭ法によって製造される。複合タービンホイールへの２つの部分の組み合わせは、同様に、ＭＩＭ法によって実施される。
・ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片は、鍛造又はロストワックス鋳造によって製造される。ＴｉＡｌ合金からなるタービンホイールは、ＭＩＭ法によって製造される。タービンホイール及び中間部片の複合構造は、同様にＭＩＭ法によって獲得される。
・ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片は、ＭＩＭ法によって製造される。チタンアルミナイド合金からなるタービンホイールは、ロストワックス又は遠心鋳造工程によって製造される。タービンホイール及び中間部片の複合構造は、ＭＩＭ法によって獲得される。
・ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片は、ＭＩＭ法によって製造される。チタンアルミナイド合金からなるタービンホイールは、ロストワックス又は遠心鋳造工程によって製造される。タービンホイール及び中間部片の複合構造は、ロストワックス又は遠心鋳造法によって獲得される。
・ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片は、鍛造又はロストワックス鋳造によって製造される。チタンアルミナイド合金からなるタービンホイールは、ロストワックス又は遠心鋳造工程によって製造される。タービンホイール及び中間部片の複合構造は、ロストワックス又は遠心鋳造法によって獲得される。
・中間部片及びシャフトは、鍛造又はロストワックス鋳造によってニッケルベース又はコバルトベースの合金から複合構成要素として共に製造される。チタンアルミナイド合金からなるタービンホイールは、ロストワックス又は遠心鋳造工程によって製造される。ロータは、中間部片の領域におけるタービンホイールとシャフト／中間部片との組み合わせの複合鋳造（ロストワックス又は遠心鋳造）によって製造される。
・異なる材料（少なくとも２つ）からなる多部分中間部片は、ＭＩＭ法によって製造される。チタンアルミナイド合金からなるタービンホイールは、ＭＩＭ法によって製造される。多部分中間部片及びタービンホイールの複合構造は、ＭＩＭ法によって獲得される。上述のバージョンの組み合わせは、本発明に従って可能である。
【００４０】
本発明のさらなる詳細、利点及び特徴は、図面を参照して例示的な実施形態の次の説明から理解することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるロータの第１の実施形態の僅かに簡略化した概略図である。
【図２】本発明によるロータの第１の実施形態の断面図である。
【図３】第２の実施形態の図１に対応する図面である。
【図４】第２のバージョンの図２に対応する図面である。
【図５】本発明によるロータの第３の実施形態（シャフト及び中間部片の一体の複合構造）の図２と図４に対応する図面である。
【図６】本発明によるロータの第４の実施形態の図２と図４に対応する図面である。
【図７】図２によるロータの拡大部分図である。
【図８】ロータホイールの第１の設計変形例の図面である。
【図９】ロータホイールの第２の設計変形例の図８に対応する図面である。
【図１０】ロータホイールの第３の設計変形例の図面である。
【図１１】ロータホイールの第４の設計変形例の図１０に対応する図面である。
【図１２】中間部片の代わりの幾何学的設計の図面である。
【図１３】中間部片の別の代わりの幾何学的設計の図面である。
【図１４Ａ】図３のロータの中間部片の代わりの形状の図面である。
【図１４Ｂ】図３のロータの中間部片の代わりの形状の図面である。
【図１５】中間部片をタービンホイールに接合する過程に示した図６のロータの中間部片の代わりの形状の図面である。
【図１６】図１５の基本的な複合構造の再加工として示した図１５のタービンホイール／中間部片の複合構造（中間部片／シャフト拘束形状の導入）の図面である。
【図１７】図５のシャフトと中間部片との組み合わせの別のバージョンの図面である。
【図１８】多部分中間部片の図面である。
【図１９】図１８の中間部片の設計変形例の図面である。
【図２０】ＥＢビームによる中間部片５及びロータホイールのＥＢ半田付け又は加熱の工程のより大きく簡略化した概略図である。
【図２１】ＥＢビームによる半田付けの状態又はその後の中間部片５及びロータホイール２の図２０に示した複合構造の拡大部分図である。
【図２２】中間部片５の再加工した形状の図２１に示した複合構造の拡大部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、例えば、排気ガスターボ過給機であり得るターボ機械の本発明によるロータ１の第１の実施形態を示している。ロータ１は、排気ガスターボ過給機の場合、例えばタービンホイールであり得るロータホイール２を有する。ロータホイール２は、ホイール背部３を有する。さらに、ロータ１は、中間部片５を介してロータホイール２に固定されるロータシャフト４を有する。図示した例では、ロータシャフト４は、直径Ｄ４Ａ、Ｄ４ＢとＤ４Ｃが付設された３つのシャフト部分４Ａ、４Ｂと４Ｃを有し、シャフト部分４Ｃが最大の直径を有する。
【００４３】
図２は、より明らかに理解するために図１のロータの断面を示している。中間部片５は、ロータシャフトの直径Ｄ４Ｃよりも小さなボア径ＤＺを有する空洞８を有する。ロータシャフト４は、中間部片５の空洞８に係合する拘束ジャーナル７を有し、この空洞８は、必要に応じてロータシャフトに配置された図２には見えない空洞と共に熱絞り部を形成する。中間部片５は、ホイール背部３の凹みに配置され、これについては、後により詳細に取り扱う（あるいは、突出部に）。図２に示した実施形態では、ロータホイール又はタービンホイール２は、ＴｉＡｌ合金からなることが可能であり、これに対し、中間部片５は、Ｎｉ／Ｃｏベースの合金からなることが可能であり、ロータシャフト４は、高合金鋼又は低合金鋼からなることが可能である。ロータホイール２及び中間部片５は、高温半田付けによって互いに接続し得る。ロータシャフト４及び中間部片５は、ＥＢ溶接操作によって互いに接続し得る。
【００４４】
この代わりに、ロータシャフト４及び中間部片５は、摩擦溶接工程又はコンデンサ放電溶接工程（ＣＤ溶接工程）によって互いに接続されることが可能である。ロータホイールへの中間部片の拘束は、ＣＤ溶接操作によって同様に行うことが可能である。
【００４５】
さらに、熱絞り部は、シャフト４及び中間部片５にボアを備えることが可能である。
【００４６】
図２から理解し得るように、中間部片の外径ＤＡは、直径ＤＺ及び同様に直径Ｄ４Ａ、Ｄ４ＢとＤ４Ｃよりも大きい。外径ＤＡは、中間部片に可能な釣り合わせ領域６を半径方向外側に画定する。図２から明らかであるように、ロータシャフト４及び中間部片５は、２つの別個の、しかし相互接続される構成要素である。２つの構成要素の組み合わせによる部分の数に関し有利なバージョンについては、後に取り扱う。
【００４７】
図３による実施形態では、ロータシャフト４及び中間部片５は、すでに図１から明らかであるように、別個の一体の構成要素である。このバージョンの場合も、ロータシャフト４は、中間部片５を介してロータホイール２に接続される。
【００４８】
図４は、より明らかに理解するために図３のロータの断面を示している。この場合も、図４の説明から理解し得るように、ロータシャフト４及び中間部片５は、ワンパートのバージョンの形態であり、再び凹み、しかしこの場合心出しほぞ９を有する凹みがホイール背部３に設けられる。心出しほぞ９は、ボアの相応して形成された心出し凹部１０又は中間部片５の空洞８内に係合する。図２と同一の参照番号が付与される図４による実施形態の部分は、その他の点で第１の実施形態の部分に対応し、したがって、以前の説明を参照することが可能である。
【００４９】
本発明によるロータ１の第３の実施形態が図５に示されている。この場合、ロータシャフト４及び中間部片５は、ワンパート又は一体のバージョンの形態であり、再び凹み、しかしこの場合心出しほぞ９を有する凹みがホイール背部３に設けられる。心出しほぞ９は、中間部片５の相応して形成された心出し凹部１０内に係合する。さらに、図５は、回転方向Ｄを有する、釣り合わせ工具１１を示すことによって、本発明に従って釣り合わせ操作を実施できる方法を明らかにしている。釣り合わせフライスカッタとして特に設計された、釣り合わせ工具１１は、この平面のロータ１の構成要素全体をこの平面の必要な限度内に釣り合わせるために、円周に半径方向に分布して、少なくとも１つの釣り合わせマークを釣り合わせ領域６に導入することができる。
【００５０】
図６は、本発明によるロータ１の第４の実施形態の断面を示している。ロータシャフト４及び中間部片５は、ワンパートのバージョンで形成され、凹みはなく、その代わりに、隆起部１４がホイール背部３に設けられる。さらに、心出しほぞ９も示されている。心出しほぞ９は、中間部片５のボアＤｚの相応して形成された心出し凹部１０内に係合する。ロータシャフト４は、熱絞り部として使用される追加の空洞１５を有する。あるいは、ロータシャフトは、追加の空洞１５なしに製造してもよい。
【００５１】
図７は、心出しほぞ９及び（心出し）凹部１０を有する拘束領域の拡大図を示しており、この拘束領域は、適切な設計により熱絞り効果を有し得る。さらに、構成要素が共に接合されるときに形成される空洞８が示されている。
【００５２】
図８は、ロータホイール２の設計変形例を示しており、これにより、中間部片５を受容するためのホイール背部３の上に既述した凹み１２の配置が明らかである。特に、凹み１２の最外側の端部領域１３の角度αを参照すべきであり、この例では約９０°である。直径Ｄ２ａは、中間部片５の直径ＤＡの外側心出しが可能になるように選択されるべきである。
【００５３】
図９は、ホイール背部３の凹み１２を再び有する図８のロータホイール２の第２の設計変形例を示している。凹み１２の端部領域１３の角度βは、この場合、９０°〜１７０°の範囲にあり得る。
【００５４】
図１０は、心出しほぞ９が設けられたホイール背部３の凹み１２を再び有するロータホイール２の第３の設計変形例を示している。凹み１２の最外側の端部領域１３の角度αは、この例では約９０°である。ほぞ９の直径Ｄ９及び凹み１２の直径Ｄ１０は、構成要素の接合中に付勢された状態が生じず、同時に半田付け用フラックスが維持されかつ可能にされるように、中間部片５のボア径ＤＺ及び外径ＤＡと調和させられる。
【００５５】
図１１は、ロータホイール２の第４の設計変形例を示している。ロータホイール２は、斜めの端部領域１３を有する。凹み１２の端部領域１３の角度βは、この場合、９０°〜１７０°の範囲にあり得る。
【００５６】
傾斜１６を有する中間部片５の代わりのバージョンが図１２に示されている。傾斜の角度γは、０°〜４５°に変わり得る。
【００５７】
中間部片は貫通孔を有さず、その代わりに、凹み１７のみを有する。この凹み１７は、粉末又はペーストの形態の半田１８用の例えばリザーバとして使用してもよい。
【００５８】
さらに、図１３は、ボアのない中間部片を示す中間部片５の代わりのバージョンを示している。
【００５９】
図１２に図示されているような中間部片５の代わりのバージョンが、図１４Ａと図１４Ｂに示されている。中間部片５及びロータホイール２の複合構造を製造するための代わりの工程の流れは、次のように現れることが可能である。
【００６０】
中間部片５は、貫通孔として設計されない凹み１７を有する。粉末又はペーストの形態の半田が凹み１７に導入される。ロータホイール２は心出しほぞ９を有する。２つの構成要素（５と２）が互いに塞がれる。凹み１７は、２つの構成要素５と２が共に塞がれるときに心出しほぞ９と凹み１７との間に残る残余の間隙１９が、体積に関して半田付けに必要な半田量１８を受容できる程度の大きさであるように設計されるべきである。凹みの直径Ｄ１７及び心出しほぞ９の直径Ｄ９は、両側で均一な半田付け間隙Ｓ１７が確立されるように選択されなければならない。中間部片５及びタービンホイール２の複合構造は、炉内の真空半田付けのために、例えば、図１４に示していない固定具内に配置される。固定具内で、例えば、半田の液相に達するために必要な温度が得られる。
【００６１】
中間部片５及びタービンホイール２の複合構造の所望の半田付け用フラックスが、構成要素として、図６のロータ１の中間部片５及びロータホイール２の形状に関し、図１５に概略的に示されている。しかし、この半田付け用フラックスはまた、図１４に図示した５と２の複合構造に移してもよい。２つの構成要素（２と５）の半径方向２１及び軸方向２０の両方の湿潤が、有利であると考えられる。
【００６２】
図１５の複合構造が、再加工された構成要素として図１６に示されている。中間部片５及びロータホイール２が、２つの構成要素として、構成要素を加熱するための電子ビームを使用して、例えば高温半田付け又は半田付けによって、図１５に図示されているように互いに接続された後、シャフト４用の拘束形状が、例えばＥＢ溶接又は摩擦溶接によって前記シャフトを中間部片５に後で接続するために、機械的再加工ＮＡ（例えば、旋盤旋削及び／又は研削工程）によって中間部片５に導入される。さらに、切断体積及び切断経費に応じて、２つの構成要素として、中間部片５及びロータホイール２の外側限界領域２２にわたって点検用カットを行ってもよい。例えば、このようなカットによって、構成要素の完全な湿潤及びこの領域からの半田の所望の出現が生じたかどうかを点検することが可能である。
【００６３】
図１７は、シャフト４及び中間部片５の図５に示した組み合わせの別のバージョンを示しており、この別のバージョンは傾斜を有する。この傾斜の角度δは、０°〜４５°に変わり得る。
【００６４】
両方がニッケルベース又はコバルトベースの合金からなり、１つの構成要素に組み合わせられる中間部片５及びシャフト４によって、部品を低減した変形例が製造される。シャフトと中間部片との組み合わせのこの有利な構造は、例えば、鍛造工程（形成工程）、押出工程、ロストワックス鋳造工程で、又はＭＩＭ法によって製造された構成要素の形態で製造することが可能である。
【００６５】
図１８は、ＭＩＭ法によって製造された多部分複合中間部片２５を示している。複合中間部片２５は、異なる材料の少なくとも２つの部分２３、２４からなり、これらの部分は、同様にＭＩＭ法によって製造され、次に、拘束部２６において１つの構成要素２５に接続される。この複合中間部片の有利なバージョンは、ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる部分２４と、鋼合金からなる部分２３とを組み合わせる。
【００６６】
図１９は、図１８に図示した多部分複合中間部片２５の代わりのバージョンを示しており、この部片は、さらに、ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる部分２７に、１°〜４５°の角度εを有する傾斜を有する。
【００６７】
２つの構成要素を均一に加熱するための電子ビーム３１を使用して、中間部片５をロータホイール２に接続するより大きく簡略化した概略的なバージョンが、図２０に示されている。図１〜図６に図示されている中間部片５及び関連のロータホイール２の様々な幾何学的設計に関わらず、図２０は、１つの可能な電子ビーム半田付け工程を示すように意図される。中間部片５は、概略的に示した固定具２８に配置され、ロータホイール２は、同様に概略的に示した固定具２９にある。ビーム３１による熱導入は、中間部片５に行われることが有利である（合焦又は非合焦のＥＢビームによる）。ビームパラメータは、構成要素の形状と質量に応じて選択されるべきである。構成要素の規定の予張力３０は、同時に構成要素が矢印３２に従って回転する間に、構成要素が半田付け操作中に正しい位置に固定されることを保証する。操作は、接続されるべき２つの部分として、ロータホイール２及び中間部片５（シャフトなし）の均一な完全な加熱まで、及び半田の液相が達成されるまで維持される。半田の溶融温度の上方に簡単に温度保持することにより、２つの接合相手側としてのロータホイール２及び中間部片５の完全な湿潤が達成されることが保証される。ＥＢビーム３１による加熱は、方法に関して真空で行われ、したがって、接続されるべき構成要素の望ましくない反応が生じず、特に雰囲気酸素とのＴｉＡｌの反応性が防止される利点を有する。
【００６８】
図２０に記載した工程の代わりのバージョンは、さらに一歩先行し、ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる中間部片５を使用するのみならず、両方がニッケルベース又はコバルトベースの合金からなるシャフト４と中間部片５との組み合わせの図５と図１７に示したバージョンを使用する。
【００６９】
図２１は、傾斜１６を有する複合中間部片５、及びロータホイール２の拡大詳細図を示している。傾斜１６は、中間部片５におけるＥＢビーム３１による加熱中の局所的な高温の結果、中間部片の材料内の可能な変形又は相変態を吸収するために、適切な設計によって使用することが可能である。適切な設計により、傾斜１６によって引き起こされる材料蓄積による変形及び中間部片５の表面品質に対する悪影響を吸収することができる。例えば旋盤旋削、フライス加工及び／又は研削の形態の図２２に概略的に示されている機械加工段階によって、影響を受けた領域を取り除くことができる。これは、中間部片５（シャフトなし）及びロータホイール２の複合構造を獲得する段階で、あるいは図１〜図６に示したバージョンによる接合済みのロータで行うことが可能である。
【００７０】
したがって、要約すると、本発明に従って、ターボ機械のロータ１が提供され、このロータに、排気ガスターボ過給機に使用する場合、高温にさらされ、非鉄金属合金、特にγＴｉＡｌ合金をベースとする合金からなるタービンホイール２を設けることができることを述べなければならない。ロータシャフト又は軸受シャフト４は、低合金又は高合金鋼（マルテンサイト及び／又はオーステナイト）及び中間部片５からなることが可能であり、この中間部片を介して、タービンホイール２がロータシャフト４に堅固に接続され、またこの中間部片を介して、接続されたロータ１がホイール背部３のタービンホイール２の釣り合わせ平面６に固定される。タービンホイールと中間部片５との接続は、炉内の高温半田（Ｎｉベースの半田、ＡｇＣｕ半田、ＡｇＧａ半田）を使用して、高温半田付けによって実施することが可能である。この場合、中間部片は、Ｎｉ／Ｃｏベースの合金からなることが可能であり、動作的に確実にロータ１を釣り合わせることを可能にする。中間部片５と、好ましくは鋼からなるロータシャフト４との接続は、溶融溶接工程によって行うことが可能である。
【００７１】
さらに、あるいは、マルテンサイト又はオーステナイト鋼からなるロータシャフト４への中間部片５の拘束は、ＣＤ溶接又は摩擦溶接工程によって行われることが可能である。
【００７２】
さらに、非鉄金属合金、特にＴｉＡｌ合金からなるタービンホイール２と、Ｎｉ／Ｃｏベースの合金からなる中間部片５との接続は、ＣＤ溶接、摩擦溶接又は確動接続（例えば、プレス／収縮）によって行うことが可能である。
【００７３】
本発明による方法の原理に従って、ロータ１の釣り合わせは、少なくとも１つの釣り合わせマークを釣り合わせ領域６に適用することによって実施される。
【００７４】
タービンホイール２と中間部片５とからなる複合構造は、保護ガス雰囲気（アルゴン掃去）の下で高周波接続操作によって加熱し、ＨＴ半田付け材料（半田付け薄片、半田付け粉末、半田付けペースト）によって接続し得る。
【００７５】
あるいは、例えばＭＩＭ工程によって、中間部片とロータシャフトとを互いに一体に接続することが可能である。
【００７６】
同様に、最適化したバージョンで（例えば、溶接接続方法に適応された材料特性によって）、ＭＩＭ工程で中間部片５、多部分を形成すること、あるいはロストワックス工程によって中間部片を鋳造すること又は鍛造することが可能である。
【００７７】
さらに、本発明による方法によって、複数の構成要素を１つの構成要素に組み合わせることによって必要な構成要素数の低減を達成することができ、この場合、特に、ロータシャフト及び中間部片は、Ｎｉ／Ｃｏベースの合金からなることが可能である。
【００７８】
最後に言及したこの変形例においても、ロストワックス鋳造法又は鍛造法を利用することが可能である。
【００７９】
ロータホイール又はタービンホイールには、機械的方法又はＥＣＭ方法のような様々な方法によって上に説明した凹みをホイール背部に設けることが可能であり、当該凹部は、特に好ましい実施形態では、同様にすでに記載した心出しほぞを有する。
【００８０】
タービンホイールの製造は、凹みが鋳造骨組み内に形成される鋳造工程によって行うことが可能である。
【００８１】
本発明の上述の開示に加えて、ここでは、図１〜図２２の図形表示が明示的に参照される。
【符号の説明】
【００８２】
１  ロータ
２  ロータホイール（タービンホイール）
３  ホイール背部
４  ロータシャフト
４Ａ、Ｂ、Ｃ  シャフト部分
５  中間部片
５Ａ  釣り合わせプレート（中間部片５と一体又は中間部片に接続可能）
６  釣り合わせ領域
７  （拘束）ジャーナルシャフト
８  空洞／ボア
９  心出しほぞ
１０  心出し凹部
１１  釣り合わせ工具
１２  凹み
１３  凹み／端部領域のマージン
１４  ロータホイールの突出部／隆起部
１５  空洞
１６  中間部片の傾斜
１７  中間部片の凹み
１８  半田の概略図
１９  留まる残余の間隙
２０  軸方向の湿潤
２１  半径方向の湿潤
２２  限界領域
２３  鋼合金からなる部分
２４  ニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる部分
２５  多部の複合中間部片
２６  拘束部
２７  傾斜を有するニッケルベース又はコバルトベースの合金からなる部分
２８  中間部片用の固定具（概略図）
２９  ロータホイール用の固定具（概略図）
３０  予張力（力方向）
３１  電子ビーム
３２  接合工程中の構成要素の回転方向／回転運動
Ｄ２ａ  凹み１２の直径値
Ｄ４Ａ、Ｄ４Ｂ、Ｄ４Ｃ  シャフトの直径値
ＤＺ、ＤＡ、Ｄ１７  中間部片の直径値
Ｄ１２ａ、Ｄ１２ｂ、Ｄ９
Ｄ１０、Ｄ１１  ロータホイールの直径値
Ｓ１７  間隙
Ｄ  釣り合わせ工具の回転方向
α、β、γ、δ、ε  角度
ＮＡ  機械的再加工
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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