(57)【要約】  本発明は、タービンホイール（４）と、タービンホイール（４）に接続部分（２２）を介して接続可能なシャフト（２１）とを含むタービンホイール構造部（２０）を有する排気ターボチャージャ（１）に関し、ここで、接続部分（２２）が耳軸（２３）を有し、耳軸の直径（ＤＺ）は、シャフト（２１）の最大直径（ＤＷＡ）よりも小さい。
2010506092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−タービンホイール（４）、および
−前記タービンホイール（４）に接続部分（２２）を介して接続可能なシャフト（２１）
を有するタービンホイール構造部（２０）を備える排気ターボチャージャ（１）において、
−前記接続部分（２２）がジャーナル（２３）を有し、ジャーナルの直径（ＤＺ）が前記シャフト（２１）の最大直径（ＤＷＡ）よりも小さいことを特徴とする排気ターボチャージャ（１）。
【請求項２】
シャフト（２１）とタービンホイール（４）との接続中に発生するビード（２８）のビード外径（２９）が、前記シャフト（２１）の最大直径（ＤＷＡ）よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項３】
前記接続部分（２２）の前記ジャーナル（２３）が、前記シャフト（２１）の最大直径（ＤＷＡ）の最大でも約９０％となることを特徴とする請求項１に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項４】
前記タービンホイール（４）の材料がＴｉＡｌ合金であ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排気ターボチャージャ。
【請求項５】
前記タービンホイール（４）の材料がニッケルベースの合金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排気ターボチャージャ。
【請求項６】
前記シャフト（２１）の材料が、オーステナイト鋼、マルテンサイト鋼、耐熱鋼、焼戻鋼およびニッケルベースの合金からなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項７】
−タービンホイール（４）、および
−前記タービンホイール（４）に接続部分（２２）を介して接続可能なシャフト（２１）
を備える、排気ターボチャージャ（１）のタービンホイール構造部（２０）において、
−前記接続部分（２２）がジャーナル（２３）を有し、ジャーナルの直径（ＤＺ）が、前記シャフト（２１）の最大シャフト直径（ＤＷＡ）よりも小さいことを特徴とするタービンホイール構造部（２０）。
【請求項８】
請求項２〜７に記載の特徴の少なくとも１つを特徴とする、請求項７に記載のタービンホイール構造部。
【請求項９】
タービンホイール（４）およびシャフト（２１）を有する、排気ターボチャージャ（１）のタービンホイール構造部（２０）の製造法であって、
−前記タービンホイール（４）を製造するステップと、
−ジャーナル（２３）を有する接続部分（２２）を備える前記シャフト（２１）を製造するステップであって、ジャーナルの直径（ＤＺ）が前記シャフト（２１）の最大直径（ＤＷＡ）よりも小さい、ステップと、
−溶接作業によって前記タービンホイール（４）と前記シャフト（２１）とを接続するステップであって、そこで、前記ジャーナル（２３）を前記タービンホイール（４）に溶接し、それによりビード（２８）が発生し、ビードの外径（２９）が前記シャフト（２１）の最大直径（ＤＷＡ）よりも小さい、ステップと
を含む方法。
【請求項１０】
行われる前記溶接作業が摩擦溶接作業であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記タービンホイール（４）および前記シャフト（２１）が、予熱ありまたはなしで一緒に溶接されることを特徴とする請求項９または１０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の前段によるターボチャージャ、請求項７の前段によるターボチャージャのタービンホイール構造部、および請求項９によるこのタイプのタービンホイール構造部の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なターボチャージャは欧州特許出願公開第１  ３５７  ２５５Ａ１号明細書から公知である。
【０００３】
シャフトへのホイールの摩擦溶接による典型的なタービンホイール接続が、例えば、独国特許発明第１０  ２００５  ０１５  ９４７Ｂ３号明細書に説明されている。
【０００４】
これに関連して、これまでの従来技術では、接続される２つの部品の各直径は同じであり、接続の結果発生するビードはシャフトの直径の外側に配置され、続く切削加工によって再び完全に除去される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、請求項１の前段に規定する種類のターボチャージャを提供することにあり、そのターボチャージャによって、排気ターボチャージャまたはそのタービンホイール構造部の製造の単純化が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、それぞれ請求項１、７および９の特徴によって達成される。
【０００７】
本発明による設計または本発明による方法の手順によって、ターボチャージャの段付シャフトのシャフトジャーナルの直径が、シャフトの最大直径よりも小さくなることが達成される。これは、タービンホイールとジャーナルとを接続する溶接作業、好ましくは摩擦溶接作業の結果発生するビードを、もはや機械加工する必要がないという利点を支持する。
【０００８】
下位請求項には、本発明の有利な発展形態が含まれる。
【０００９】
本発明のさらなる詳細、利点および特徴は、以下、図面を参照した例示的な実施形態の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるターボチャージャの基本的な構成の、部分的な斜視図を示す。
【図２】シャフトとタービンホイールとの接続前の、本発明によるタービンホイール構造部の図式的に単純化した図を示す。
【図３】図２に対応する、最終的な組み立て品の状態における、本発明によるタービンホイール構造部の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、タービンケーシング２と、軸受ケーシング１９を介してタービンケーシングに接続されたコンプレッサケーシング３とを有する本発明によるターボチャージャ１を示す。ケーシング２、３および１９を回転軸Ｒに沿って配置する。タービンケーシング２を部分的に断面図で示し、円周にわたって分布した複数のガイドブレード７を有しかつピボット軸またはブレードシャフト８を有する半径方向外側のガイドブレードカスケード１８の一部としてブレード軸受リング６の構造部を明確にする。それにより、ノズルの断面が形成され、ノズルの断面は、ガイドブレード７の位置に依存して大きくも小さくもなり、かつ程度の差はあるが、供給ダクト９を介して供給され中心接続片１０を介して排出されるエンジンからの排気ガスにより、回転軸Ｒの中心に装着されるタービンロータ４に作用し、タービンロータ４を介して、同じシャフトに載置されたコンプレッサロータ１７を駆動させる。
【００１２】
ガイドブレード７の動きまたは位置を制御するために、作動装置１１が設けられる。これは、任意の所望の方法で設計してよいが、好ましい実施形態では制御ケーシング１２を有し、それに締結されたタペット部材１４の制御運動を制御して、ブレード軸受リング６の後側に配置された調整リング５上への前記タペット部材の動きを、前記調整リングのわずかな回転運動へ変換させる。ブレード軸受リング６とタービンケーシング２の環状部分１５との間にガイドブレード７用の自由空間１３が形成される。そのため、ブレード軸受リング６が、一体的に形成されたスペーサ１６を有するように、この自由空間１３を確保できる。この例では、３つのスペーサ１６を、ブレード軸受リング６の円周にいずれの場合も１２０°の角度間隔で配置する。しかしながら、基本的には、この種のスペーサ１６をそれよりも多くまたは少なく設けることが可能である。
【００１３】
図２では、図１に図示した排気ターボチャージャ１のタービンホイール構造部２０の、いまだ接続されていない部分を、図式的に単純化して詳細に示す。このタービンホイール構造部２０は、上述したタービンホイール４およびシャフト２１に加えて接続部分２２を有し、それを介して、タービンホイール４をシャフト２１に接続できる。
【００１４】
本発明によれば、接続部分２２はジャーナル２３を備える。図２から明らかとなるように、図示の例では、接続ジャーナル２３の直径ＤＺは、シャフト肩部２４の直径ＤＷＡの最大でも約９０％になる。
【００１５】
本発明による方法では、図２に示すタービンホイール構造部２０を製造するために、まず、例えば鋳造作業によってタービンホイール４を製造する。このようにするために、チタン・アルミニウム合金またはニッケルベースの合金を使用してもよい。
【００１６】
さらに、シャフト２１を、オーステナイト鋼、マルテンサイト鋼もしくは耐熱鋼から、または例えば、４２ＣｒＭｏ４などの焼戻鋼などから、かつまたニッケルベースの合金から製造する。この場合、上述のジャーナル２３は、シャフト２１の最大直径よりも小さい直径ＤＺを備え、図示の例ではシャフト肩部２４の直径ＤＷＡよりも小さい。
【００１７】
タービンホイール４とシャフト２１とを接続するために、溶接作業、具体的には摩擦溶接作業を行い、ここで、図３から明らかな溶接シーム２７およびビード２８が発生する。これが、ジャーナル２３の直径ＤＺに選択した寸法のために、ここではシャフト２１の最大シャフト直径ＤＷＡよりも小さいビード外径２９を生じさせる。
【００１８】
それゆえ、ジャーナル直径ＤＺを好適に選択することにより、ビード２８がシャフトの直径を越えて突出せず、従って再加工の必要がないという利点を得ることができる。
【００１９】
上述のように、本発明による方法は、好みに応じて摩擦溶接作業を用いてもよく、その場合、上述した構成部品４および２１が予熱されるかまたは前記構成部品を予熱せずに摩擦溶接を行うかのいずれかである。
【符号の説明】
【００２０】
１  ターボチャージャ
２  タービンケーシング
３  コンプレッサケーシング
４  タービンホイール
５  調整リング
６  ブレード軸受リング
７  ガイドブレード
８  ブレードシャフト
９  供給ダクト
１０  アキシャル接続片
１１  作動装置
１２  制御ケーシング
１３  ガイドブレード７用の自由空間
１４  タペット部材
１５  タービンケーシング２の環状部分
１６  スペーサ／スペーサボス
１７  コンプレッサロータ
１８  ガイドブレードカスケード／ガイドブレード装置
１９  軸受ケーシング
２０  タービンホイール構造部
２１  シャフト
２２  好ましくはシャフト２１に一体的に接続された接続部分
２３  ジャーナル
２４  シャフト肩部
２７  溶接シーム、具体的には摩擦溶接シーム
２８  ビード
２９  ビード外径
【図１】
2010506092.tif 000003
【図２】
2010506092.tif 000004
【図３】
2010506092.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月9日(2008.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−タービンホイール（４）、および
−前記タービンホイールに接続部分（２２）を介して溶接継手によって接続可能なシャフト（２１）であって、前記接続部分（２２）がジャーナル（２３）を有し、ジャーナルの直径（ＤZ）が前記シャフト（２１）の最大直径（ＤWA）よりも小さい、シャフト（２１）
を有するタービンホイール構造部（２０）を備える排気ターボチャージャ（１）において、
前記溶接継手が、前記シャフト（２１）の最大直径（ＤWA）よりも小さいビード外径（２９）を備えるビード（２８）を有する摩擦溶接継手の形態であることを特徴とする、排気ターボチャージャ（１）。
【請求項２】
前記接続部分（２２）の前記ジャーナル（２３）が、前記シャフト（２１）の最大直径（ＤWA）の最大でも約９０％となることを特徴とする請求項１に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項３】
前記タービンホイール（４）の材料がＴｉＡｌ合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項４】
前記タービンホイール（４）の材料がニッケルベースの合金であ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排気ターボチャージャ。
【請求項５】
前記シャフト（２１）の材料が、オーステナイト鋼、マルテンサイト鋼、耐熱鋼、焼戻鋼およびニッケルベースの合金からなる群から選択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排気ターボチャージャ。
【請求項６】
−タービンホイール（４）、および
−前記タービンホイール（４）に接続部分（２２）を介して接続可能なシャフト（２１）
を備える、排気ターボチャージャ（１）のタービンホイール構造部（２０）において、
−前記接続部分（２２）がジャーナル（２３）を有し、ジャーナルの直径（ＤZ）が、前記シャフト（２１）の最大シャフト直径（ＤWA）よりも小さいことを特徴とするタービンホイール構造部（２０）。
【請求項７】
請求項２〜７に記載の特徴の少なくとも１つを特徴とする、請求項６に記載のタービンホイール構造部。
【請求項８】
タービンホイール（４）およびシャフト（２１）を有する、排気ターボチャージャ（１）のタービンホイール構造部（２０）の製造法であって、
−前記タービンホイール（４）を製造するステップと、
−ジャーナル（２３）を有する接続部分（２２）を備える前記シャフト（２１）を製造するステップであって、ジャーナルの直径（ＤZ）が前記シャフト（２１）の最大直径（ＤWA）よりも小さい、ステップと、
−摩擦溶接作業によって前記タービンホイール（４）と前記シャフト（２１）とを接続するステップであって、そこで、前記ジャーナル（２３）を前記タービンホイール（４）に溶接し、それによりビード（２８）が発生し、ビードの外径（２９）が前記シャフト（２１）の最大直径（ＤWA）よりも小さい、ステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記タービンホイール（４）および前記シャフト（２１）が、予熱ありまたはなしで一緒に溶接されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【国際調査報告】
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2010506092.tif 000009
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