DE102004042127B4 - Rotor-Stator-Vorrichtung mit Anstreifbelag, Verfahren zu deren Herstellung sowie Verwendung - Google Patents

Rotor-Stator-Vorrichtung mit Anstreifbelag, Verfahren zu deren Herstellung sowie Verwendung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung aufweisend
einen Rotor und einen diesen umschließenden Stator,
wobei der Stator einen Anstreifbelag und einen Minimalspalt in Richtung zum Rotor aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stator zumindest teilweise aus einem tiefgezogenen Blech besteht und
dass der Abstreifbelag mittels thermischen Spritzens auf den den Rotor umschließenden Statorteil aufgebracht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rotor-Stator-Vorrichtung mit Anstreifbelag gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 und eine geeignete Verwendung. Eine derartige Vorrichtung und Verfahren sind bereits aus der DE 44 32 998 C1 bekannt.
  • Derartige Rotor-Stator-Vorrichtungen werden im Verdichter- und Turbinenbau, insbesondere für Abgasturbolader, seit langem eingesetzt. Bisher werden die Statorgehäuse gegossen, spanend nachbearbeitet und dann mit einem Anstreifbelag versehen, der bis zur Ausbildung eines Minimalspaltes in Richtung auf den Rotor abgetragen wird.
  • Eine derartige Herstellung ist relativ aufwendig und somit kostenintensiv.
  • Aus der EP 1113146 A2 ist ein flexibler Körper bekannt, der aus Keramik oder Metall sein kann und in Gewebe- oder Plattenform vorliegt. Außerdem kann der flexible Körper lediglich einlagig oder auch mehrlagig aufgebaut sein. Im mehrlagigen Fall können die Lagen geschlitzt und gestaffelt werden. Permutiert man diese Merkmale durch, so ergeben sich mindestens 32 Alternativen, unter denen sich auch die eines einteiligen durchgängigen Bleches befindet.
  • In der EP 1113146 A2 findet sich keinerlei Hinweis, auf welche Art und Weise der flexible Körper hergestellt worden sein soll. Es ist nicht ein mal offenbart, ob der flexible Körper mittels Urformen, Umformen oder Bearbeiten (z.B. spanend) hergestellt wurde. Hier sei darauf hingewiesen, dass Statorgehäuse üblicherweise mittels Urformen (z.B. Guß) oder mittels Bearbeiten (z.B. spanend) hergestellt werden. Selbst wenn man von umformender Herstellung ausgehen würde – wofür kein Hinweis vorliegt – so existieren gemäß der DIN 8582–8587 sechs Gruppen unterschiedlicher Umformverfahren mit jeweils einer Vielzahl von weiteren Untergruppen, zu denen neben vielen anderen auch die Untergruppe „Tiefziehen" gehört.
  • Kombiniert man die Anzahl der möglichen stofflichen und strukturellen Merkmale des flexiblen Körpers mit der Anzahl der möglichen Herstellungsverfahren, so ergeben sich mehrere Tausend Möglichkeiten.
  • Aus der EP 799367 B1 = DE 69604154 T2 ist ein Abgasturbolader mit Verdichter und Turbine bekannt, welche einen Anstreifbelag aufweist, der durch thermisches Spritzen aufgebracht wurde. Die Turbine unterscheidet sich von üblichen Turbinen dadurch, dass lediglich ein ausgewählter Teil des Stators den Anstreifbelag aufweist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine zu der aus der DE 44 32 998 C1 bekannten gleichwertige Rotor-Stator-Vorrichtung anzugeben, die mit geringeren Kosten gefertigt werden kann.
    •
  • Die Erfindung ist in Bezug auf die zu schaffende Vorrichtung und das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Patentansprüche 2 bis 5) und des erfindungsgemäßen Verfahrens (Patentanspruch 7) und eine geeignete Verwendung gemäß Patentanspruch 9 und 5.
  • Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Rotor-Stator-Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Stator zumindest teilweise aus einem tiefgezogenem Blech besteht und dass der Abstreifbelag mittels thermischen Spritzens auf den den Rotor umschließenden Statorteil aufgebracht wird.
  • Umformverfahren, insbesondere das Tiefziehen, sind wesentlich kostengünstiger als spanende Bearbeitungsverfahren. Geringere Fertigungsgenauigkeit kann leicht durch den Anstreifbelag ausgeglichen werden, der im Betrieb auf ein exaktes Minimalspaltmaß abgetragen wird.
  • Vorteilhaft ist sowohl die Herstellung des gesamten Stators durch einen Umformprozess als auch nur eines bloßen Einsatzes, der in einen konventionell gegossenen Hinterbau eingesetzt, vorzugsweise eingepresst, werden kann. In letzterem Fall würde immer noch der kostenintensive Zerspanschritt entfallen.
  • Besonders einfach und kostengünstig kann der Stator oder ein Statoreinsatz durch Umformen von Blechen, vorzugsweise Stahlblechen, hergestellt werden. Denkbar ist aber auch die Verwendung von anderen flächigen Materialien, beispielsweise von faserverstärkten aushärtbaren Kunststoffen, insbesondere CFK-Matten.
  • Als besonders geeignet zum Umformen von Blechen in die Statorgeometrie hat sich das Tiefziehen erwiesen.
  • Thermischer Verzug eines Blechstators kann durch Tempern minimiert werden.
  • Die Haftung des Anstreifbelags auf dem Stator kann durch dessen Aufrauhung vor dem Auftrag des Belages verbessert werden.
  • Höhere Geräuschentwicklung eines Blechstators im Vergleich zu einem gegossenen kann durch die Beschichtungsdicke des Anstreifbelages und damit der Dämpfung minimiert werden.
  • Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Blech in den Stator oder in einen Statoreinsatz mittels Tiefziehen umgeformt wird, dass der Anstreifbelag mittels thermischen Spritzens auf den den Rotor umschließenden Statorteil aufgebracht wird, dass der Anstreifbelag durch den Rotor selbst bis zur Ausbildung des Minimalspaltes abgetragen wird.
  • Besonders vorteilhaft ist es, ein vorgeschnittenes Blech zu verwenden und dieses Blech entsprechend der benötigten Statorgeometrie tiefzuziehen und/oder den Stator zu tempern und/oder den Stator aufzurauen. Die daraus resultierenden Vorteile wurden bereits bezüglich der Vorrichtung beschrieben.
  • Besonders vorteilhaft wird eine solche Rotor-Stator-Vorrichtung in einem Abgasturbolader verwendet. Bei einem derartigen Serienprodukt führen auch vergleichsweise geringe Kostenvorteile bei der Fertigung zu großen Gesamteinsparungen.
    •
  • Nachfolgend werden anhand von zwei Ausführungsbeispielen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert:
    Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Rotor-Stator-Vorrichtung für die Verdichterseite eines Abgasturboladers hergestellt. Dafür wird zunächst ein Gehäuse grober Geometrie aus Aluminiumlegierung gegossen und in diesen Roh-Stator wird ein tiefgezogener AlMgSi0,5-Blecheinsatz eingepresst. Mittels thermischen Spritzen (z.B. Atmosphärisches Plasma-Spritzen) wird ein Anstreifbelag aus AlSi12 und Polyester bis auf eine Dicke von circa 200 μm aufgetragen und während der Montage bzw. im Betrieb durch den Rotor auf eine Minimalschichtdicke von circa 50 μm abgetragen.
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Rotor-Stator-Vorrichtung für die Turbinenseite des Abgasturboladers eines Dieselmotors hergestellt. Dafür wird zunächst der Stator aus Stahlblech tiefgezogen und danach bei einer Temperatur von circa 650°C für einen Zeitraum von 90 min einer Wärmebehandlung unterzogen. Die dem Rotor zugewandte Oberfläche wird mittels Hochdruckwasserstrahl aufgeraut und danach mittels thermischen Spritzen (z.B. Atmosphärisches Plasma-Spritzen) wird ein Anstreifbelag aus NiCrAlY und Polyester bis auf eine Dicke von circa 300 μm aufgetragen und während der Montage bzw. im Betrieb durch den Rotor auf ein Minimalspaltmaß von circa 100 μm abgetragen. Das Minimalspaltmaß stellt sich in Abhängigkeit vom verwendeten Gleitlager des Rotors automatisch ein.
  • Gleitlager weisen einen Läufer auf, der in einem mit einer Lagerschicht innen-beschichteten Gehäuse rotiert. Zwischen Lagerschicht und Läufer befindet sich ein Spalt, die sog. Lagerluft, die üblicherweise mit Flüssigkeit, meist Öl, beaufschlagt wird. Die Spaltbreite variiert je nach Einsatzzweck des Gleitlagers zwischen 50 und 500 μm, meist zwischen 100 und 300 μm. Wird der Flüssigkeitsdruck reduziert, so wird der Läufer und mit ihm seine Rotationsachse infolge der Zentripetalkraft parallel zur Symmetrieachse des Gehäuses versetzt. Dabei erhöht sich das Ausmaß der Versetzung mit der Reduktion des Schmierstoffdrucks.
  • Für die erfindungsgemäße Rotor-Stator-Vorrichtung muss lediglich der Rotor axialsymmetrisch auf dem Läufer befestigt werden und das modifizierte Gleitlager axialsymmetrisch zu dem Stator positioniert werden. Danach wird der Läufer, respektive Rotor, in Rotation versetzt und trägt einen Teil des Anstreifbelags ab. Abschließend kann der Rotor durch Wiederbeaufschlagung mit Schmierstoffdruck des Gleitlagers wieder relativ zum Stator zentriert werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren erweisen sich in den Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Beispiele als besonders geeignet für das Abgasturbolader, insbesondere in der Automobilindustrie.
  • Dadurch können erhebliche Vorteile bezüglich der Herstellungszeit und der -kosten erzielt werden.
  • Die Erfindung ist nicht nur auf die zuvor geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
  • So ist zum Beispiel denkbar, mit derartigen Rotor-Stator-Vorrichtungen auch hochdichte Pumpen herzustellen.

Claims (9)

  1. Vorrichtung aufweisend einen Rotor und einen diesen umschließenden Stator, wobei der Stator einen Anstreifbelag und einen Minimalspalt in Richtung zum Rotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator zumindest teilweise aus einem tiefgezogenen Blech besteht und dass der Abstreifbelag mittels thermischen Spritzens auf den den Rotor umschließenden Statorteil aufgebracht wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Stator auch andere flächige Materialien enthält, insbesondere faserverstärkte aushärtbare Kunststoffe.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die anderen flächigen Materialien CFK-Matten sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Stator zumindest teilweise aus Blech besteht, welches einer Wärmebehandlung bei circa 650°C für 90 min unterzogen wurde.
  5. Vorrichtung nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator zumindest teilweise aus aufgerautem Blech besteht.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einem Verdichter oder in einer Turbine verwendet wird.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung aufweisend einen Rotor und einen diesen umschließenden Stator, wobei der Stator einen Anstreifbelag und einen Minimalspalt in Richtung zum Rotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blech in den Stator oder in einen Statoreinsatz mittels Tiefziehen umgeformt wird, dass der Anstreifbelag mittels thermischen Spritzens auf den den Rotor umschließenden Statorteil aufgebracht wird, dass der Anstreifbelag durch den Rotor selbst bis zur Ausbildung des Minimalspaltes abgetragen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Stator einer Wärmebehandlung bei circa 650°C für 90 min unterzogen wird und/oder dass der Stator aufgeraut wird.
  9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Abgasturbolader.
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