CH716675B1 - Verfahren zum Bearbeiten eines Gehäuses eines Turboladers. - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten eines Gehäuses (10) eines Turboladers, nämlich eines Lagergehäuses (10) oder eines Verdichtergehäuses oder eines Turbinengehäuses des Turboladers, mit folgenden Schritten: Bereitstellen des zu bearbeitenden Gehäuses (10), welches aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist. Befüllen mindestens eines Hohlraums (12) des zu bearbeitenden Gehäuses (10) mit einem inkompressiblen Fluid. Aufbauen eines Fluiddrucks in dem jeweiligen mit dem inkompressiblen Fluid befüllten Hohlraum (12) unter zumindest lokalem plastischem Verformen eines den jeweiligen Hohlraum (12) des Gehäuses (10) zumindest abschnittsweise begrenzenden Gehäuseabschnitts (13) des Gehäuses (10),

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Gehäuses eines Turboladers.

[0002] Ein Turbolader verfügt über einen Verdichter sowie über eine Turbine. In der Turbine des Turboladers wird ein erstes Prozessgas entspannt und hierbei Energie gewonnen. Die in der Turbine gewonnene Energie wird im Verdichter genutzt, um ein zweites Prozessgas zu verdichten. Die Turbine sowie der Verdichter des Turboladers verfügen über rotorseitige Baugruppen sowie statorseitige Baugruppen. Zu den rotorseitigen Baugruppen der Turbine sowie des Verdichters zählen ein Turbinenrad sowie ein Verdichterrad, die über eine Welle gekoppelt sind. Zu den statorseitigen Baugruppen von Turbine und Verdichter gehören ein Turbinengehäuse sowie ein Verdichtergehäuse. Die Welle, welche das Turbinenrad mit dem Verdichterrad koppelt, ist in einer weiteren statorseitigen Baugruppe des Turboladers gelagert, nämlich in einem Lagergehäuse, das typischerweise zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse angeordnet ist.

[0003] Bei den Gehäusen eines Turboladers, also beim Turbinengehäuse, beim Verdichtergehäuse sowie beim Lagergehäuse, handelt es sich um metallische Gehäuse. Diese unterliegen im Betrieb zyklischen Beanspruchungen. Die zyklischen Beanspruchungen setzen die Lebensdauer des jeweiligen Gehäuses herab. Es besteht Bedarf an einem Gehäuse eines Turbinenladers mit höherer Lebensdauer, um so die Lebensdauer des Turboladers zu verlängern.

[0004] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Bearbeiten eines Gehäuses eines Turboladers mit höherer Standzeit zu schaffen.

[0005] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Gehäuses eines Turboladers nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: Bereitstellen des zu bearbeitenden Gehäuses, welches aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist. Befüllen mindestens eines Hohlraums des zu bearbeitenden Gehäuses mit einem inkompressiblen Fluid. Erhöhen des Drucks des Mediums so, dass es zur eine lokale Verformung der Wände kommt, die den Hohlraum des Gehäuses umschließen.

[0006] Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, ein metallisches Gehäuse eines Turboladers zu bearbeiten, nämlich dadurch, dass ein Hohlraum des Gehäuses mit einem inkompressiblen Fluid befüllt und ein Fluiddruck aufgebaut wird, mit welchem ein Gehäuseabschnitt des Gehäuses, welches den mit dem inkompressiblen Fluid befüllten Hohlraum zumindest abschnittsweise begrenzt, zumindest lokal plastisch verformt wird. Hierdurch werden zumindest lokal innere Spannungen in den jeweiligen Gehäuseabschnitt eingebracht, die einer zyklischen Belastung im Betrieb entgegenwirken, wodurch dann die Lebensdauer des jeweiligen Gehäuses erhöht und die Standzeit des Turboladers verlängert werden kann.

[0007] Bevorzugt wird der Fluiddruck zum plastischen Verformen des den jeweiligen Hohlraum des Gehäuses zumindest abschnittsweise begrenzenden Gehäuseabschnitts abhängig von der Geometrie und/oder der Wandstärke und/oder der Zusammensetzung des Materiales des plastisch zu verformenden Gehäuseabschnitts bestimmt. Der Fluiddruck, der zum plastischen Verformen des Gehäuseabschnitts genutzt wird, ist abhängig von der Geometrie des plastisch zu verformenden Gehäuseabschnitts, von der Wandstärke desselben sowie abhängig vom metallischen Werkstofftyp, aus welchem das Gehäuse besteht. Abhängig von diesen Größen kann dann durch Simulationen der Fluiddruck ermittelt werden, um die genannte plastische Verformung zu schaffen.

[0008] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird der jeweilige plastisch zu verformende Gehäuseabschnitt des Gehäuses so plastisch verformt, dass nach der Entfernung des Fluiddrucks ein Restinnendruck (negative) Spannung geschaffer wird die während des Betriebs die positive Zugspannung reduziert. Durch die gegenseitige Summe der Restspannung (-) und Betriebsspannung (+) wird dann der Absolutwert der resultierenden Betriebsspannung reduziert. Hierdurch kann die Lebensdauer des jeweiligen Gehäuses besonders vorteilhaft verlängert werden.

[0009] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird ein Hohlraum des Gehäuses mit einem inkompressiblen Fluid befüllt, welcher im Betrieb des Turboladers der Prozessgasführung oder der Kühlmittelführung dient. Hiermit ist ein besonders einfaches plastisches Verformen eines entsprechenden Gehäuseabschnitts möglich.

[0010] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhangigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Lagergehäuse eines Turboladers zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten eines Gehäuses eines Turboladers; Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Verdichtergehäuse eines Turboladers zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten eines Gehäuses eines Turboladers; Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Turbinengehäuse eines Turboladers zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten eines Gehäuses eines Turboladers.

[0011] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Gehäuses eines Turboladers. Bei dem zu bearbeitenden Gehäuse des Turboladers kann es sich um ein Turbinengehäuse oder um ein Verdichtergehäuse oder auch um ein Lagergehäuse des Turboladers handeln.

[0012] Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Lagergehäuse 10 eines Abgasturboladers. Das Lagergehäuse 10 weist einen zentralen Hohlraum 11 auf, welcher der Lagerung einer nicht gezeigten Welle des Turboladers dient. Außen ist in das Lagergehäuse 10 ein Hohlraum 12 eingebracht, der im Betrieb mit einem Kühlmittel gefüllt sein kann.

[0013] Bei dem Lagergehäuse 10 handelt es sich um ein metallisches Bauteil. Dieses metallische Bauteil wird in einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt, zum Beispiel dadurch, dass das Lagergehäuse 10 durch Gießen hergestellt wird.

[0014] Anschließend wird zur Bearbeitung des Lagergehäuses 10 mindestens ein Hohlraum des Lagergehäuses 10 mit einem inkompressiblen Fluid, wie zum Beispiel mit Wasser oder Öl, befüllt.

[0015] Dabei wird im Fall des Lagergehäuses 10 der Fig. 1 vorzugsweise der Hohlraum 12 mit dem inkompressiblen Fluid befüllt, also derjenige Hohlraum 12, der im Betrieb des Turboladers einer Kühlmittelführung dient.

[0016] Nach dem Befüllen des jeweiligen Hohlraums 12 des Lagergehäuses 10 mit dem inkompressiblen Fluid wird innerhalb des Hohlraums 12 ein Fluiddruck aufgebaut, über welchen ein den Hohlraum 12 des Lagergehäuses 10 zumindest abschnittsweise begrenzender Gehäuseabschnitt 13, in Fig. 1 eine den Hohlraum 12 radial innen begrenzende Wandung des Lagergehäuses 10, zumindest abschnittsweise und damit zumindest lokal plastisch verformt wird.

[0017] Es wird demnach im Hohlraum 12 des Lagergehäuses 10 nach dem Befüllen desselben mit dem inkompressiblen Fluid ein Fluiddruck in dem mit dem inkompressiblen Fluid befüllten Hohlraum 12 aufgebaut, über welchen ein den Hohlraum 12 des Lagergehäuses 10 begrenzender Gehäuseabschnitt lokal plastisch verformt wird.

[0018] Mit der Erfindung kann nicht nur ein Lagergehäuse 10 eines Turboladers bearbeitet werden, sondern vielmehr auch ein Verdichtergehäuse 20 (siehe Fig. 2) sowie ein Turbinengehäuse 30 (siehe Fig. 3) eines Turboladers.

[0019] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Verdichtergehäuse 20 eines Turboladers, welches in einem zentralen Hohlraum 21 einen nicht gezeigten Verdichterrotor aufnimmt. Radial außen ist ein spiralartig umlaufender Hohlraum 22 ausgeführt, welcher der Prozessgasführung des Prozessgases des Verdichters dient.

[0020] Um nun das Verdichtergehäuse 20 des Turboladers zu bearbeiten, wird nach dem Bereitstellen des metallischen Verdichtergehäuses 20 ein Hohlraum des Verdichtergehäuses 20 mit einem inkompressiblen Fluid befüllt, in Fig. 2 der der Prozessgasführung dienende, spiralartige bzw. spiralförmige Hohlraum 22 des Verdichtergehäuses 20. Um das inkompressible Fluid in diesem Hohlraum 22 zu halten, wird das Verdichtergehäuse 20 an entsprechenden Ausnehmungen über Verschlussplatten 23 und 24 verschlossen.

[0021] Das Verschließen erfolgt selbstverständlich vor dem Befüllen des spiralförmigen Hohlraums 22 mit dem inkompressiblen Fluid.

[0022] Nach dem Befüllen des Hohlraums 22 mit dem inkompressiblen Fluid wird ein Fluiddruck aufgebaut, und zwar in dem jeweiligen mit dem inkompressiblen Fluid befüllten Hohlraum 22, wodurch ein den jeweiligen Hohlraum 22 des Verdichtergehäuses 20 zumindest abschnittsweise begrenzender Gehäuseabschnitt 25 lokal plastisch verformt wird.

[0023] Bei diesem lokal plastisch verformten Gehäuseabschnitt 25 handelt es sich um die den spiralförmigen Prozessgasströmungsführungskanal 22 begrenzende Gehäusewand, die dann nach Fig. 2 mit dem Betriebgas beim Betrieb des Turboladers im Kontakt ist.

[0024] Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Turbinengehäuse 30 eines Turboladers, wobei ein zentraler Hohlraum 31 einen nicht gezeigten Turbinenrotor aufnimmt. Das Turbinengehäuse 30 verfügt radial außen über zwei Hohlräume 32 und 33, wobei ein erster dieser beiden Hohlräume, nämlich der Hohlraum 32, der Prozessgasführung der Turbine dient, wohingegen der Hohlraum 33 der Kühlmittelführung dient. Bei dem Turbinengehäuse 30 handelt es sich wiederum um ein metallisches Bauteil, welches insbesondere durch Gießen bereitgestellt werden kann.

[0025] Nach dem Bereitstellen des Turbinengehäuses 30 wird zur Bearbeitung desselben mindestens ein Hohlraum des Turbinengehäuses 30 mit dem inkompressiblen Fluid, zum Beispiel mit Wasser oder Öl, befüllt.

[0026] In Fig. 3 wird davon ausgegangen, dass der Hohlraum 33, welcher im Betrieb des Turboladers der Kühlmittelführung dient, mit dem inkompressiblen Fluid befüllt wird.

[0027] Anschließend wird ein Fluiddruck in dem jeweiligen mit dem inkompressiblen Fluid befüllten Hohlraum 33 unter lokalem plastischem Verformen eines den Hohlraum 33 des Gehäuses 30 zumindest abschnittsweise begrenzenden Gehäuseabschnitts 34 aufgebaut, wobei es sich bei dem lokal plastisch verformten Gehäuseabschnitt 34 in Fig. 3 um eine Wandung des Turbinengehäuses 30 handelt, die den Hohlraum 32, welcher einen Prozessgasströmungsführungskanal bildet, vom Hohlraum 33, welcher einen Kühlmittelströmungsführungskanal 33 bildet, trennt.

[0028] Auch ist es in Fig. 3 möglich, zum lokalen plastischen Verformen des Turbinengehäuses 30 den Hohlraum 32, welcher den Prozessgasströmungsführungskanal bildet, mit dem inkompressiblen Fluid zu befüllen, wobei dann in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vorab der Hohlraum 32 durch entsprechende Verschlussplatten verschlossen wird.

[0029] Derjenige Fluiddruck, der zum lokalen plastischen Verformen des den jeweiligen Hohlraum 12, 22, 32, 33 des Gehäuses 10, 20, 30 zumindest abschnittsweise begrenzenden Gehäuseabschnitts 13, 25, 34 im jeweiligen Hohlraum 12, 22, 32, 33 aufgebaut wird, wird abhängig von der Geometrie und/oder der Wandstärke und/oder dem metallischen Werkstoff des lokal plastisch zu verformenden Gehäuseabschnitts 13, 25, 34 bestimmt.

[0030] Durch das lokale plastische Verformen des Gehäuses 10, 20, 30 wird in den jeweiligen lokal plastisch verformten Gehäuseabschnitt 13, 25, 34 eine Eigenspannung eingebracht, die einer im Betrieb zu erwartenden Spannungsbelastung einer zyklischen Belastung entgegenwirkt, also ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweist, wobei der Betrag der durch das plastische Verformen in den jeweiligen Gehäuseabschnitt 13, 35, 34 eingebrachten Eigenspannung dem Betrag der im Betrieb zu erwartenden, mittleren Spannungsbelastung der zyklischen Belastung des jeweiligen Gehäuseabschnitts 13, 35, 34 entspricht. Hierdurch kann die Lebensdauer des jeweiligen Gehäuses 10, 20 bzw. 30 besonders vorteilhaft verlängert werden.

[0031] Derjenige Fluiddruck, der zum lokalen plastischen Verformen des den jeweiligen Hohlraum 12, 22, 32, 33 des Gehäuses 10, 20, 30 zumindest abschnittsweise begrenzenden Gehäuseabschnitts 13, 25, 34 im jeweiligen Hohlraum 12, 22, 32, 33 aufgebaut wird, wird also abhängig von der Geometrie und/oder der Wandstärke und/oder dem metallischen Werkstoff des lokal plastisch zu verformenden Gehäuseabschnitts 13, 25, 34 bestimmt. Abhängig von diesen Größen wird der Fluiddruck durch Simulationen respektive rechnerisch ermittelt.

[0032] Vorzugsweise wird zum lokalen plastischen Verformen des jeweiligen Gehäuses 10, 20 bzw. 30 ein Hohlraum des jeweiligen Gehäuses mit dem inkompressiblen Fluid befüllt, wobei dieser mit dem inkompressiblen Fluid befüllte Hohlraum im Betrieb des Turboladers im Falle des Verdichters sowie im Falle der Turbine vorzugsweise einer Prozessgasführung dient. Ebenso kann der Hohlraum einer Kühlmittelführung dienen.

[0033] Mit der Erfindung kann im Betrieb die infolge einer zyklischen Belastung auf das Gehäuse einwirkende mechanische Belastung reduziert werden. Durch das lokale plastische Verformen des Gehäuses eingebrachte Eigenspannungen wirken der zyklischen Belastung entgegen. Hierdurch kann letztendlich die Standzeit eines Turboladers verlängert werden.

[0034] Wie oben ausgeführt, kommt als inkompressibles Fluid, welches beim erfindungsgemäßen Verfahren genutzt wird, vorzugsweise Wasser oder Hydrauliköl zum Einsatz. Der Fluiddruck, der zum plastischen Verformen im jeweiligen Hohlraum aufgebaut wird, hängt von der Geometrie, der Wandstärke und dem metallischen Werkstoff desjenigen Gehäuseabschnitts des jeweiligen Gehäuses, der plastisch verformt werden soll, sowie von der einzubringenden Eigenspannung ab.

Bezugszeichenliste

[0035] 10 Lagergehäuse 11 Hohlraum 12 Hohlraum 13 Gehäuseabschnitt 20 Verdichtergehäuse 21 Hohlraum 22 Hohlraum 23 Verschlussplatte 24 Verschlussplatte 25 Gehäuseabschnitt 30 Turbinengehäuse 31 Hohlraum 32 Hohlraum 33 Hohlraum 34 Gehäuseabschnitt

Claims (9)

1. Verfahren zum Bearbeiten eines Gehäuses (10, 20, 30) eines Turboladers, nämlich eines Lagergehäuses (10) oder eines Verdichtergehäuses (20) oder eines Turbinengehäuses (30) des Turboladers, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen des zu bearbeitenden Gehäuses (10, 20, 30), welches aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist, – Befüllen mindestens eines Hohlraums (12, 22, 32, 33) des zu bearbeitenden Gehäuses (10, 20, 30) mit einem inkompressiblen Fluid, – Aufbauen eines Fluiddrucks in dem jeweiligen mit dem inkompressiblen Fluid befüllten Hohlraum (12, 22, 32, 33) unter zumindest lokalem plastischem Verformen eines den jeweiligen Hohlraum (12, 22, 32, 33) des Gehäuses (10, 20, 30) zumindest abschnittsweise begrenzenden Gehäuseabschnitts (13, 25, 34) des Gehäuses (10, 20, 30).

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dassder Fluiddruck zum zumindest lokalen plastischen Verformen des den jeweiligen Hohlraum (12, 22, 32, 33) des Gehäuses (10, 20, 30) zumindest abschnittsweise begrenzenden Gehäuseabschnitts (13, 25, 34) abhängig von der Geometrie und/oder der Wandstärke und/oder dem metallischen Werkstoff des lokal plastisch zu verformenden Gehäuseabschnitts (13, 25, 34) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet,dassder jeweilige plastisch zu verformende Gehäuseabschnitt (13, 25, 34) des Gehäuses (10, 20, 30) derart plastisch verformt wird, dass eine hierbei in den jeweiligen Gehäuseabschnitt (13, 25, 34) eingebrachte Eigenspannung vom Betrag einer im Betrieb zu erwartenden, Spannungsbelastung des jeweiligen Gehäuseabschnitts (13, 25, 34) entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet,dassder jeweilige plastisch zu verformende Gehäuseabschnitt (13, 25, 34) des Gehäuses (10, 20, 30) derart plastisch verformt wird, dass eine hierbei in den jeweiligen Gehäuseabschnitt (13, 25, 34) eingebrachte Restspannung ein entgegengesetztes Vorzeichen wie die im Betrieb zu erwartende, mittlere Spannungsbelastung aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet,dassein Hohlraum (22, 32) des Gehäuses (20, 30) mit einem inkompressiblen Fluid befüllt wird, welcher im Betrieb des Turboladers einer Prozessgasführung dient.

6. Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet,dassder Hohlraum (22, 32), welcher mit dem inkompressiblen Fluid befüllt wird, ein spiralförmiger Prozessgasströmungsführungskanal des Turbinengehäuses (30) oder ein spiralförmiger Prozessgasströmungsführungskanal des Verdichtergehäuses (20) ist, wobei als Gehäuseabschnitt (25, 43) eine den spiralförmigen Prozessgasströmungsführungskanal zumindest abschnittsweise begrenzende Wandung ausgehend von einer im Betrieb des Turboladers prozessgasführenden Innenseite der Wandung zumindest lokal plastisch verformt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet,dassein Hohlraum (12, 33) des Gehäuses (10, 30) mit einem inkompressiblen Fluid befüllt wird, welcher im Betrieb des Turboladers einer Kühlmittelführung dient.

8. Verfahren nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet,dassder Hohlraum (33), welcher mit dem inkompressiblen Fluid befüllt wird, ein Kühlmittelkanal des Gehäuses ist, welcher von einem Prozessgasströmungsführungskanal des Gehäuses durch eine Wandung getrennt ist, und dass bei als Gehäuseabschnitt (34) die den Kühlmittelkanal zumindest abschnittsweise begrenzende und an den spiralförmigen Prozessgasströmungsführungskanal angrenzende Wandung ausgehend von einer im Betrieb des Turboladers nicht prozessgasführenden Außenseite der Wandung zumindest lokal plastisch verformt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet,dassder Hohlraum (12) welcher mit dem inkompressiblen Fluid befüllt wird, ein Kühlmittelkanal des Lagergehäuses (10) ist.