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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur zerstörungsfreien Prüfung eines Laufrads eines Turboladers mittels eines Messelementes zur Beaufschlagung einer Messstelle des Laufrads mit einer physikalischen Größe sowie ein solches Laufrad als solches.
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Zur Eigenschafts-, Qualitäts-, und Sicherheitsanalyse werden Bauteile bei der Herstellung, der Montage und/oder im Betrieb geprüft. Um ihren Werkstoffzustand, beispielsweise die Festigkeit oder das Vorhandensein von Schädigungen oder anderen Inhomogenitäten zu bestimmen, werden hierzu bei der zerstörungsfreien Prüfung bestimmte physikalische Eigenschaften des Bauteils, die sich entsprechend des zu untersuchenden Werkstoffzustandes verändern, gemessen und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen.
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Eine solche Bauteilprüfung ist insbesondere bei thermisch belasteten Bauteilen wichtig, wie sie bei Laufrädern, d. h. Turbinen- oder Verdichterrädern von Turboladern Verwendung finden, die mit heißen Abgasen bzw. hoch vorverdichteten und hierdurch aufgeheizten Brenngasen beaufschlagt werden. Solche Laufräder neigen, insbesondere dann, wenn ihre Einsatztemperatur ca. 30% ihrer Schmelztemperatur übersteigt, zum Kriechen. Dabei kommt es durch zunehmend irreversible Gefügeänderungen zu einer Entfestigung des Werkstoffes und damit schließlich zu einem Versagen des Laufrads. Die Laufräder sind daher unter den thermischen Belastungen nicht dauerfest, ihre Lebensdauer ist – abhängig von den bereits ertragenen Belastungen und Temperaturen – begrenzt. Um die Restlebensdauer abschätzen und die Laufräder rechtzeitig austauschen zu können, muss die Restfestigkeit des Laufrads in bestimmten Intervallen ermittelt werden.
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Hierzu ist es nach betriebsinterner Praxis bekannt, die elektrische Leitfähigkeit eines Verdichterrades an bestimmten, von außen zugänglichen Stellen gemessen. Da die elektrische Leitfähigkeit unter anderem durch die Gefügestruktur sowie Fehlstellen und andere Inhomogenitäten des Werkstoffes bestimmt ist, kann aus einer Änderung dieser elektrischen Leitfähigkeit auf die Gefügeänderung, die hieraus resultierende Änderung der Festigkeit des Laufrads und damit schließlich auf die verbleibende Restlebensdauer rückgeschlossen werden. So kann beispielsweise eine maximal zulässige Änderung der elektrischen Leitfähigkeit während des Betriebs von 10% ihres Ausgangswertes zugelassen werden. Überschreitet die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit diesen Wert, wird das Verdichterrad ausgetauscht.
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Die hierzu gemessenen physikalischen Eigenschaften, beispielsweise die oben beschriebene elektrische Leitfähigkeit, hängt nicht nur vom Werkstoff des Laufrads als solches, sondern auch von der Messstelle am Laufrad ab. So ändert sich die elektrische Leitfähigkeit beispielsweise im Bereich von Oberflächenbeschichtungen, aber auch bei unterschiedlichen Laufraddicken. Auch die Messung in unterschiedlichen Gefügebereichen, beispielsweise Schweißnähten oder kalt- oder warmverformten Bereichen, führt bei an sich gleichem Werkstoffzustand des gesamten Laufrads zu abweichenden Werten der gemessenen physikalischen Eigenschaften.
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Wird daher dasselbe Laufrad während seines Betriebs mehrfach überprüft, kann eine Änderung der Messstelle das Prüfungsergebnis verfälschen. So kann die Messung an einer – unter Umständen geringfügig – abweichenden Stelle mit höherer elektrischer Leitfähigkeit die Reduzierung der Leitfähigkeit aufgrund des Kriechens wenigstens teilweise kompensieren und so irrtümlich eine zu hohe Restlebensdauer anzeigen. Damit können in der täglichen Wartungspraxis vorkommende Abweichungen der Messstellen voneinander schließlich dazu führen, dass ein Laufrad nicht rechtzeitig ausgetauscht wird.
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Auch bei der Qualitätsprüfung, i. e. dem Vergleich mehrerer Laufräder kommt es darauf an, die verschiedenen Laufräder jeweils an der gleichen Stelle zu messen. Denn andernfalls könnte beispielsweise ein Verdichterrad, dessen Werkstoffzustand bereits bei der Herstellung den Vorgaben nicht entspricht, irrtümlich als vorgabekonform beurteilt werden, wenn seine elektrische Leitfähigkeit an einer falschen Stelle gemessen wird, bei der elektrische Leitfähigkeit lokal – beispielsweise durch eine Verformung – erhöht ist.
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Aus der
US 4,888,546 A ist ein mobiles Gerät zur Überprüfung des Widerstandes von Schweißnähten bekannt, bei dem federgelagerte Messfühler nur eine ungefähre Positionierung des Gerätes gewährleisten.
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Aus der
DE 35 23 289 C2 schlägt vor, ein Auslesegerät an festen, i. e. nicht wiederholbar positionierten Messelementen anzusetzen.
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Die
US 2002/59831 A1 lehrt, Schaufeln eines Laufrades anzuregen und ihre Schwingungen über ein Mikrophon abzunehmen, um Resonanzprobleme eines einstückigen Laufrades vorab zu erkennen.
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Die
US 6,992,315 B2 zeigt ein System zur zerstörungsfreien Prüfung eines Laufrads nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mittels einer Beleuchtungsquelle zur Beaufschlagung einer Messstelle des Laufrads mit Lichtwellen, wobei die Beleuchtungsquelle auf einem Stab angeordnet ist, der durch eine Bohrung im Gehäuse eines Turboladers einführbar ist.
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Ausgehend von der vorgenannten betriebsinternen Praxis ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur zerstörungsfreien Prüfung eines Laufrads mittels eines Messelementes zur Verfügung zu stellen, dass die Gefahr von Fehlmessungen verringert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet. Anspruch 8 stellt das zugehörige Laufrad und Anspruch 11 das zugehörige Verfahren unter Schutz.
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Ein System zur zerstörungsfreien Prüfung eines Laufrads eines Turboladers nach der vorliegenden Erfindung umfasst neben wenigstens einem Laufrad weiter ein Messelement zur Beaufschlagung einer Messstelle des Laufrads mit einer physikalischen Größe sowie ein Positionierungsmittel zur wiederholbaren lagerichtigen Positionierung des Messelements relativ zur Messstelle.
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Durch das Positionierungsmittel kann das Messelement wiederholt in dieselbe Lage zum Laufrad gebracht werden, so dass es stets dieselbe Messstelle prüft. Dies stellt sicher, dass gemessene Änderungen der physikalischen Größe ausschließlich auf Änderungen des Werkstoffzustandes des Laufrads beruhen und verringert so die Gefahr von Fehlmessungen. Insbesondere vermeidet es Fehler durch das Wartungspersonal, das andernfalls das Messelement bei verschiedenen Messungen an unterschiedlichen Stellen des Laufrads anordnen kann, was gerade bei schwer zugänglichen Messstellen häufig vorkommt.
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Gleichermaßen erleichtert es die Prüfung des Laufrads, da das Wartungspersonal nicht mehr sorgsam auf die lagerichtige Positionierung des Messelements achten muss – diese wird vielmehr durch das erfindungsgemäße Positionierungsmittel gewährleistet. Somit kann die Dauer der Wartungsarbeiten und damit die wartungsbedingte Stillstandzeit des Laufrads reduziert werden. Durch das erfindungsgemäße Positionierungsmittel wird es auch dem Konstrukteur, der die schwächeren Bereiche des Laufrads aus der Auslegung bereits kennt, ermöglicht, geeignete Messstellen in einfacher, dauerhafter Weise bereits bei der Konstruktion vorzugeben.
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Die gleichen Vorteile ergeben sich auch bei der Prüfung verschiedener Laufräder im Zuge einer Qualitätskontrolle. Auch hier kann das erfindungsgemäße Positionierungsmittel gewährleisten, dass alle Laufräder an der gleichen Stelle gemessen werden und so zu miteinander vergleichbare Messergebnisse führen.
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Insgesamt führt ein erfindungsgemäßes Positionierungsmittel dazu, dass das Messelement bei wiederholten Prüfungen desselben Laufrads, etwa zur Beurteilung der Restlebensdauer, wie auch bei Prüfungen verschiedener Laufräder, etwa bei der Qualitätskontrolle, im wesentlichen immer an derselben Messstelle misst und verringert so die Gefahr von Messfehlern, die aus unterschiedlichen Messorten resultieren. Damit erhöht ein erfindungsgemäßes System die Zuverlässigkeit der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung.
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Die physikalische Größe kann elektrischen Strom, elektrische Spannung, elektromagnetische Wellen, insbesondere Licht, ein Magnetfeld und/oder Schallwellen umfassen. Wird das Laufrad mit einem elektrischem Strom bzw. einer elektrischen Spannung beaufschlagt, so kann insbesondere der absolute und/oder relative elektrische Widerstand des Laufrads bzw. als dessen Kehrwert seine elektrische Leitfähigkeit gemessen werden. Gleichermaßen kann das Messelement das Laufrad mit einer elektromagnetischen Welle beaufschlagen. Beispielsweise kann das Messelement das Laufrad mittels Röntgenstrahlen durchleuchten oder mit sichtbarem oder unsichtbarem, insbesondere ultraviolettem Licht bestrahlen und die reflektierte Strahlung auffangen und auswerten. Hierbei kann beispielsweise aus der unterschiedlichen Streuung von Licht auf die Änderung der Oberflächengüte geschlossen werden. So steigt etwa mit zunehmender Korrosion die Lichtstreuung. Auftretende oder sich ausbreitende Risse im Inneren des Laufrads ändern das Magnetfeld ebenso wie vom Laufrad reflektierte Schallwellen.
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Insgesamt kann jedes Messelement verwendet werden, welches eine physikalische Eigenschaft des Laufrads bestimmen kann, die sich mit dessen Werkstoffzustand ändert. Unter einer Beaufschlagung mit einer physikalischen Größe wird daher allgemein jedwede Messung einer oder mehrerer physikalischer Eigenschaften wie elektrischer oder magnetischer Widerstand, Härte, Festigkeit, Dichte, Homogenität, Gefügestruktur, Oberflächengüte, Materialstärke oder dergleichen verstanden. In einer bevorzugten Ausführung bestimmt das Messelement die elektrische Leitfähigkeit des Laufrads an der vorgegebenen Messstelle.
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Eine Messstelle kann einen lokal begrenzten Messpunkt des Laufrads umfassen. Gleichermaßen kann die Messstelle auch mehrere räumlich getrennte Messpunkte des Laufrads umfassen, deren Lage relativ zueinander vorgegeben ist. So kann eine Messstelle beispielsweise eine Anzahl am Umfang des Laufrads verteilter Messpunkte umfassen.
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Sofern diese Messpunkte einander hinsichtlich der zu bestimmenden physikalischen Eigenschaft des Laufrads entsprechen, so dass die Messung an jeder dieser Messpunkte ein im Wesentlichen gleiches Ergebnis liefert, bieten mehrere Messpunkte den Vorteil, dass zur Messung jeweils ein besonders gut zugänglicher Messpunkt verwendet werden kann.
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Sofern diese Messpunkte sich hinsichtlich der zu bestimmenden physikalischen Eigenschaft des Laufrads voneinander unterscheiden, so dass die Messung an jeder dieser Messpunkte unterschiedliche Ergebnisse liefert, können die einzelnen Messpunkte derart gekennzeichnet sein, dass sie eindeutig identifizierbar sind. So können beispielsweise Messpunkte in Bereichen unterschiedlicher Materialstärke unterschiedlich geformt und/oder farblich markiert sein. Das Bedienpersonal kann dann beispielsweise bei der Qualitätsprüfung jeweils an gezielten Messpunkten messen, für die jeweils eigene Sollwerte vorgegeben sind.
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Bevorzugt umfasst das Messelement eine Auswerteeinheit zur Erfassung der Änderung der physikalischen Größe durch das Laufrad. Diese Auswerteeinheit kann vorteilhaft einen Empfänger zum Aufnehmen der physikalischen Größe umfassen. Sie kann auch eine Recheneinheit zur Umwandlung gemessener Werte, bevorzugt zur Speicherung solcher Werte und besonders bevorzugt zum Vergleich gemessener oder umgewandelter mit gespeicherten Werten sowie vorteilhafterweise eine Vorrichtung zur Ausgabe des Ergebnisses der Messung, Umwandlung und/oder des Vergleichs in visueller Form für eine Bedienperson und/oder in digitaler Form zur Weiterverarbeitung in einer Rechenanlage umfassen.
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Bevorzugt ist das Positionierungsmittel integral mit dem Laufrad und/oder dem Messelement ausgebildet. Dies erleichtert den Einsatz, da keine verlierbaren Zwischenstücke vorhanden sind und die Messanordnung vor der Messung nicht zusammengesetzt werden muss. Gleichermaßen kann das Positionierungsmittel auch separat ausgebildet sein. Dies gestattet es beispielsweise, dasselbe Messelement mit verschiedenen Positionierungsmitteln bei der Messung unterschiedlicher Laufräder einzusetzen, denen das jeweilige Positionierungsmittel jeweils angepasst ist. Dies ist grundsätzlich auch bei einem integral ausgebildeten Positionierungsmittel möglich, wenn hierzu das erfindungsgemäße System mehrere baulich unterschiedliche Laufrad umfasst, die identische bzw. einander entsprechende Positionierungsmittel aufweisen, die dasselbe Messelement wiederholbar lagerichtig relativ zur Messstelle positionieren.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung umfasst das Positionierungsmittel wenigstens einen Vorsprung oder eine Aussparung auf dem Laufrad oder dem Messelement. Ein solcher Vorsprung bzw. eine solche Aussparung kann bereits bei der Herstellung des Laufrads bzw. Messelements, gleichermaßen jedoch auch noch nachträglich einfach, kostengünstig und unveränderbar ausgebildet werden und gestattet in besonders einfacher Weise die lagerichtige Positionierung des Messelements. Ein Vorsprung bzw. eine Aussparung im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst auch Oberflächenbereiche, die sich nur geringfügig, insbesondere im mikroskopischen Bereich von der umgebenden Oberfläche unterscheiden und beispielsweise durch Polieren eines solchen Oberflächenbereichs in definierter geometrischer Form ergeben.
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Wird das Messelement mit einem entsprechenden Bereich in eine vordefinierte Lage relativ zum Vorsprung bzw. der Aussparung gebracht, so wird es damit automatisch auch lagerichtig zur Messstelle positioniert. Beispielsweise kann das Messelement eine Aussparung aufweisen, durch die nur bei lagerichtiger Positionierung der Vorsprung bzw. die Aussparung sichtbar ist. Gleichermaßen kann auch das Messelement einen Vorsprung aufweisen, der in Flucht mit dem Vorsprung des Laufrads zu bringen ist.
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Sofern Vorsprung bzw. Aussparung nicht mit der Messstelle zusammenfallen, ist es besonders günstig, wenigstens zwei, bevorzugt drei Aussparungen bzw. Vorsprünge vorzusehen, da damit stets eine lagerichtige Orientierung des Messelements darstellbar ist. Dies gestattet es, die Vorsprünge bzw. Aussparungen an geeigneten Stellen, beispielsweise Stellen ausreichender Materialdicke, unabhängig von der gewünschten Messstelle auszubilden, die dann beispielsweise auch in Bereichen geringer Materialstärke liegen kann. Besonders vorteilhaft ist hierzu eine zur Messstelle symmetrische Anordnung der Vorsprünge bzw. Aussparungen, da ein Versatz des Messelements zwischen zwei derart definierten Positionen zu keinen oder jedenfalls nur einer geringfügigen Änderung der Messstelle führt. Gleichermaßen können Messstelle und Vorsprung bzw. Aussparung auch zusammenfallen. Dann bedarf es nur eines Vorsprunges pro Messpunkt, da eine Drehung des Messelements relativ hierzu keine makroskopische Verschiebung der Messstelle bewirkt.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der oben beschriebenen Ausführungen weist das Positionierungsmittel auf dem anderen von dem Laufrad und dem Messelement komplementäre Aussparungen bzw. Vorsprünge auf, die formschlüssig in Eingriff mit den Vorsprünge bzw. Aussparungen auf dem einen von dem Laufrad und dem Messelement bringbar sind. Solcherart kann das Messelement einfach auf das Laufrad aufgesteckt werden und wird dabei automatisch lagerichtig positioniert. Dabei können Laufrad und Messelement auch jeweils einen oder mehrere Vorsprünge und eine oder mehrere Aussparungen aufweisen.
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Vorsprung bzw. Aussparung können einen beliebigen Querschnitt aufweisen. So können beide beispielsweise kreisförmig ausgebildet sein, was das Einführen des Vorsprungs in die Aussparung erleichtert. In diesem Fall kann das Messelement zwar um den Kreismittelpunkt gedreht werden, misst dabei jedoch stets dieselbe Messstelle. Alternativ können Vorsprung und Aussparung beispielsweise einen Querschnitt mit weniger Symmetrieachsen, beispielsweise einen Polygonquerschnitt aufweisen. Sofern der Querschnitt keine Symmetrieachse aufweist, ist vorteilhaft auch jede Drehung des Vorsprungs in der Aussparung ausgeschlossen und neben der Lage des Messelements zum Laufrad auch seine Orientierung eindeutig festgelegt.
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Bevorzugt ist die Messstelle im Bereich der minimalen Restlebensdauer des Laufrads angeordnet. Je nach Laufradgeometrie, insbesondere Materialstärken, Kerben, Übergängen, Verformungen und den daraus resultierenden Spannungsverteilungen versagen bestimmte Bereiche eines Laufrads regelmäßig zuerst. Vorteilhafterweise ist die Messstelle in einem solchen Bereich angeordnet, um möglichst frühzeitig ein Versagen zu erkennen. Eine solche Anordnung ist auch deshalb besonders vorteilhaft, weil die Änderungen des Werkstoffzustandes und damit der gemessenen physikalischen Größe hier besonders stark ausgeprägt sind. Durch die erfindungsgemäße automatische lagerichtige Positionierung des Messelements an einer solchen Messstelle kann auch unerfahrenes Wartungspersonal ohne tiefere Kenntnis der Versagenscharakteristik stets die besonders relevanten Stellen des Laufrads prüfen.
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Das Messelement ist in der durch das Positionierungsmittel definierten Lage zum Laufrad bei montiertem Laufrad zugänglich. Dies ermöglicht die Prüfung auch bei montiertem Laufrad.
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Wie einleitend ausgeführt, sind Laufrädern eines Verbrennungsmotors aufgrund der thermischen Beanspruchungen häufig im Zeitstandsbereich ausgelegt und müssen dementsprechend überprüft werden, um ihre Restlebensdauer abschätzen zu können. So wird beispielsweise das Turbinenrad eines Abgasturboladers mit heißen Verbrennungsgasen beaufschlagt und dreht ein gekoppeltes Verdichterrad, welches das angesaugte Brenngas weiter verdichtet, wobei sich auch dessen Temperatur deutlich erhöhen kann.
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Ein solches Verdichterrad eines Turboladers umfasst eine Reihe alternierend angeordneter Haupt- und Zwischenschaufel zur Gasführung, über die das verdichtete Gas am Außenumfang des Rades austritt. Insbesondere hier, aber auch am Verdichterradeintritt an der Nabe des Verdichterrades, ist eine Bestimmung der Restlebensdauer vorteilhaft, da diese hier aufgrund der Materialstärken und der thermischen und mechanischen Belastungen besonders signifikant ist.
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In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind daher auf den Haupt- und/oder Zwischenschaufeln, bevorzugt in der Nähe des Außenumfanges des Verdichterrades, Aussparungen als Messpunkte ausgebildet. Solche Aussparungen können beispielsweise durch Planschleifen von ebenen, kreisförmigen Bereichen auf den Schaufeln bzw. am Verdichterradeintritt einfach hergestellt werden. An diesen Messpunkten wird dann die elektrische Leitfähigkeit des Verdichterrades gemessen, die Aufschluss über die Entfestigung bzw. die Restlebensdauer gibt. Wie vorstehend ausgeführt, stellen die plan geschliffenen Messpunkte eine einfache Möglichkeit dar, bereits bei der Fertigung, gleichermaßen jedoch auch noch nachträglich die Messpunkte unabänderlich festzulegen und so stets an derselben Stelle zu messen. Zudem erleichtern die plan geschliffenen Messpunkte das Ansetzen des Messelements zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit. Besonders bevorzugt sind die Messpunkte auf den Haupt- und/oder Zwischenschaufeln und/oder am Verdichterradeintritt über dem Umfang des Verdichterrades äquidistant verteilt. Dies gewährleistet, dass unabhängig von der Stellung des Verdichterrades, einer der Messpunkte gut zugänglich ist.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt:
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1 eine Prinzipskizze eines Systems nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung im seitlichen Schnitt;
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2 eine Prinzipskizze eines Systems nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung im seitlichen Schnitt;
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3A eine Prinzipskizze eines Systems nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung im seitlichen Schnitt;
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3B das System gem. 3A in der Draufsicht;
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4A eine Systems nach einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht; und
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4B einen vergrößerten Teilausschnitt der Darstellung gem. 4A.
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1 zeigt in einer Prinzipskizze ein System nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst ein zu prüfendes Laufrad 1 in Form eines Verdichterrades mit einer Messstelle 3, die am Boden einer Aussparung 5B angeordnet ist. Hierzu wird die Aussparung 5B nach Herstellung des Laufrads beispielsweise mittels Fräsen, Räumen oder dergleichen ausgebildet. Vorteilhafterweise ist die in einer Aussparung angeordnete Messstelle, die sich nicht notwendigerweise an deren Boden befinden muss, im Betrieb des Laufrads gegen Umwelteinflüsse, insbesondere gegen mechanische Beschädigungen weitgehend geschützt, so dass sich insbesondere der Kontaktwiderstand durch Kerben oder dergleichen nicht oder jedenfalls nur wenig verändert.
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Ein Messelement 2 weist einen zur Aussparung 5B komplementären Vorsprung 5A auf, an dessen Boden zwei Kontakte 6 so ausgebildet sind, dass sie die Messstelle 3 am Boden der Aussparung 5B berühren, wenn der Vorsprung 5A in diesen eingeführt ist. Die Kontakte sind mit einer Spannungsquelle und einer Auswerteeinheit 2A verbunden. Sobald die Kontakte 6 die Messstelle 3 berühren, misst die Auswerteeinheit die elektrische Leitfähigkeit des Laufrads 1 an der Messstelle 3 und vergleicht sie mit einem bei einer vorhergehenden Messung abgespeicherten oder vorgegebenen Wert und zeigt die Differenz zwischen der aktuellen und der vorhergehenden Messung bzw. dem vorgegebenen Wert an. Das Wartungspersonal, das die Prüfung durchführt, kann aus der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, die beispielsweise aus einer Gefügeveränderung oder Rissbildung während des Betriebs resultiert, eine damit einhergehende Entfestigung des Laufrads ermitteln und dieses rechtzeitig austauschen, bevor es zum Versagen kommt. Somit kann der Zeitfestigkeitsbereich des Laufrads optimal ausgenutzt werden.
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2 zeigt ein System nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer 1 entsprechenden Darstellung. Die zweite Ausführung unterschiedet sich von der ersten dadurch, dass das Laufrad 1 einen mikroskopischen, in der Darstellung der 2 stark überzeichneten Vorsprung 5A aufweist, der beim Urformen des Laufrads 1 ausgebildet und anschließend plan geschliffen wurde. Seine Oberfläche bildet die Messstelle 3.
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Das Messelement 2 entspricht demjenigen der ersten Ausführung. Um zuverlässig stets dieselbe, durch den Vorsprung 5A unveränderlich und deutlich gekennzeichnete Messstelle 3 zu messen, muss das Wartungspersonal bei der zerstörungsfreien Prüfung die Vorsprünge 5A von Laufrad und Messelement in Flucht bringen. Da eine Drehung um die Hochachse des Vorsprungs 5A des Messelements 2 aufgrund des geringen Abstandes der Kontakte 6 nur eine vernachlässigbare Änderung Oberflächenbereichs des Laufrads 1 bewirkt, dessen elektrische Leitfähigkeit gemessen wird, weisen beide Vorsprünge 5A von Laufrad und Messelement in der zweiten Ausführung einen kreisförmigen Querschnitt auf, was das Fluchten beider Vorsprünge erleichtert. In einer nicht dargestellten Variante der zweiten Ausführung weisen beide Vorsprünge einander entsprechende unsymmetrische Polygonquerschnitte auf, so dass auch die Orientierung von Messelement 2 zu Messstelle 3 eindeutig durch fluchtende Vorsprünge definiert ist. Im Übrigen entspricht die zweite der ersten Ausführung.
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Während in der ersten und zweiten Ausführung Aussparung bzw. Vorsprung und Messstelle zusammenfallen, sind sie in der dritten Ausführung nach den 3 räumlich voneinander beabstandet.
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Das Messelement 2 dieser dritten Ausführung weist drei Vorsprünge 5A auf, die bei lagerichtiger Positionierung des Messelements in entsprechende Aussparungen 5B im Laufrad 1 eingreifen und so das Messelement 2 wiederholbar lagerichtig zu diesem positionieren.
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Das Messelement 2 umfasst in nicht näher dargestellter Weise einen Ultraschallsender und -empfänger zur Beaufschlagung der Messstelle 3 des Laufrads 1 mit einer Ultraschallwelle und zum Empfang der von dieser Messstelle reflektierten Welle. Die Messstelle 3 ist im Bereich minimaler Wandstärke des Laufrads 1 ausgebildet, so dass sich regelmäßig dort zuerst Risse im Laufrad bilden, die dessen Zeitstandfestigkeit begrenzen. Durch Änderung der reflektierten Ultraschallwelle können solche Risse frühzeitig erkannt und das Laufrad rechtzeitig ausgetauscht werden. Durch die Separierung von Messstelle 3 und Positionierungsmittel 5 in der dritten Ausführung ist es vorteilhaft möglich, Messstellen in Bereichen geringer Wandstärken zu prüfen und gleichzeitig Aussparungen des Positionierungsmittels in Bereichen größerer Wandstärken auszubilden, wo sie das Laufrad nur wenig schwächen. In 3B ist eine visuelle Anzeigevorrichtung des Messelements zur Anzeige der gemessenen elektrischen Leitfähigkeit sichtbar.
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4A zeigt ein Verdichterrad 1 eines Turboladers mit Haupt- und Zwischenschaufeln 100, 101, das unter thermischer Beanspruchung betrieben wird. Dies führt zu einem Kriechen und damit zu einer Entfestigung des Werkstoffes. Das Verdichterrad kann also nur im Zeitstandfestigkeitsbereich betrieben werden, wobei die Restfestigkeit und damit die Restlebensdauer in vorgegebenen Wartungsintervallen geprüft wird.
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Hierzu wird an vorgegebenen Messpunkten 3 die elektrische Leitfähigkeit geprüft, die sich mit der sich durch das Kriechen ändernden Gefügestruktur ändert und so die Beurteilung der Restlebensdauer gestattet.
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Vier Messpunkte 3 sind in der Nähe des Außendurchmessers des Verdichterrades 1 auf der Nabenscheibe im Strömungskanal angeordnet, an denen ein Verdichterrad belastungsbedingt regelmäßig zuerst versagt, die Restlebensdauer mithin am geringsten ist. Dies ermöglicht zum einen das frühzeitige Erkennen eines drohenden Versagens und erhöht zudem die Beobachtbarkeit, da sich eine Entfestigung hier besonders deutlich zeigt und somit in einer stärkeren Änderung der elektrischen Leitfähigkeit resultiert.
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Im Ausführungsbeispiel sind die vier Messpunkte gleichmäßig über den Umfang des Verdichterrades verteilt und an einander entsprechenden Stellen gleicher Materialdicke, Krümmung etc. ausgebildet. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, den jeweils am leichtesten zugänglichen Messpunkt zu verwenden, wobei die erzielten Resultate aufgrund der einander entsprechenden Laufradbereiche miteinander vergleichbar sind. D. h., eine Entfestigung des Verdichterrades wird sich in der Regel in allen vier Messpunkten 3 am Umfang in etwa gleicher Weise in einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit widerspiegeln und kann so rechtzeitig erkannt werden, unabhängig davon, an welchem dieser vier Messpunkte 3 jeweils gemessen wird.
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Die Messpunkte 3 werden bereits bei der Herstellung festgelegt, indem an entsprechenden Stellen kreisförmige Bereiche der in sich gekrümmten Oberfläche der Schaufeln des Verdichterrades plan geschliffen werden. Die Messpunkte werden dadurch einfach und dauerhaft vorgegeben.
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Zur Prüfung wird anschließend mittels eines (nicht dargestellten) Messelements 2 die elektrische Leitfähigkeit im Bereich dieser plan geschliffenen Messpunkte 3 gemessen. Da die Messpunkte unveränderlich im Verdichterrad 1 festgelegt sind, wird hierbei stets dieselbe Messstelle gemessen, was Messfehler aufgrund unterschiedlicher Messstellen vermeidet und so die Gefahr von Fehlmessungen verringert.
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Vorteilhafterweise gestatten die plan geschliffenen Messpunkte 3 auch ein besonders einfaches Kontaktieren mit dem entsprechenden Messelement zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit und vermeiden ungleichmäßigen Kontakt aufgrund der in sich gekrümmten Oberfläche der Schaufeln des Verdichterrades, der seinerseits bisher zu Messfehlern führt.
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Wie in 4A angedeutet, ist ein fünfter Messpunkt 3 im Verdichterradeintritt des Verdichterrades angeordnet, der ebenfalls einen versagenskritischen Bereich darstellt. Zwar ist im Ausführungsbeispiel die elektrische Leitfähigkeit bereits aufgrund des unterschiedlichen Laufradbereichs eine andere als an den vorgenannten vier Messpunkten entlang des Umfangs der Schaufeln. Doch ist dies bereits aus der unterschiedlichen Lage des Messpunktes erkennbar, so dass das Wartungspersonal für diesen Messpunkt im Nabenbereich ohne weiteres andere Normwerte heranziehen bzw. nur Messwerte miteinander vergleichen kann, die nur an diesem Messpunkt aufgenommen wurden. Sofern umgekehrt die elektrische Leitfähigkeit an allen fünf Messpunkten 3 in etwa gleich ist, kann zur Qualitätsprüfung und/oder Ermittelung der Restlebensdauer jeweils an einem beliebigen, vorzugsweise dem am leichtesten zugänglichen der fünf Messpunkte 3 gemessen werden.
