DE102015007128A1

DE102015007128A1 - Verfahren zum Herstellen eines Laufzeugs für eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen Energiewandler

Info

Publication number: DE102015007128A1
Application number: DE102015007128.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Knoop; Alexander Köhler
Original assignee: Grabener Maschinentechnik & Co KG GmbH; Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Laufzeugs (24) für eine Strömungsmaschine (10), bei welchem wenigstens ein Zapfen (62) eines Laufrads (16, 22) in einem Längenbereich (64) einer Hohlwelle (26) angeordnet und drehfest mit der Hohlwelle (26) verbunden wird, wobei in dem Längenbereich (64) sowie in wenigstens einem zweiten Längenbereich (68) der Hohlwelle (26) durch Rundkneten oder Drückwalzen jeweilige Innendurchmesser (66, 70) der Hohlwelle (26) ausgebildet werden, wobei in dem zweiten Längenbereich (68) wenigstens ein Magnet (44) angeordnet und mit der Hohlwelle (26) drehfest verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Laufzeugs für eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen Energiewandler, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, für Energiewandler wie beispielsweise Brennstoffzellen beziehungsweise Brennstoffzellensysteme jeweils wenigstens eine Strömungsmaschine einzusetzen, mittels welcher der jeweilige Energiewandler mit Luft, insbesondere verdichteter Luft, versorgt werden kann. Hierzu umfasst die Strömungsmaschine wenigstens ein Laufzeug, das eine Welle und wenigstens ein mit der Welle drehfest verbundenes Laufrad umfasst. Bei dem Laufrad handelt es sich beispielsweise um ein Verdichterrad, mittels welchem die dem Energiewandler zuzuführende Luft verdichtet wird.
So offenbart die DE 10 2005 037 739 A1 einen Rotor für Abgasturbolader, mit einem Turbinenrad aus einem Metallaluminid, einer Hohlwelle aus einer Stahl- oder Nickel-Basislegierung, und mit einem Verdichterrad. Dabei ist es vorgesehen, dass das Verdichterrad einen Zapfen aufweist, der teilweise in die Hohlwelle hineinragt und mit dieser eine formschlüssige Verbindung eingeht. Mit anderen Worten wird der Zapfen des Verdichterrads in einem Längenbereich der Hohlwelle angeordnet und drehfest mit der Hohlwelle verbunden.
Für die Versorgung eines Energiewandlers mit verdichteter Luft sind hohe Drehzahlen des Laufzeugs beziehungsweise der Strömungsmaschine erforderlich. Um diese hohen Drehzahlen ermöglichen zu können, müssen das Laufzeug und insbesondere Bauteile, aus denen das Laufzeug hergestellt wird, hochpräzise hergestellt werden. Dies ist üblicherweise besonders zeit- und kostenaufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Laufzeug auf besonders zeit- und kostengünstige Weise hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Laufzeug auf besonders zeit- und kostengünstige Weise hergestellt werden kann, werden in dem Längenbereich sowie in wenigstens einem zweiten Längenbereich der Hohlwelle durch Rundkneten oder Drückwalzen jeweilige Innendurchmesser der Hohlwelle ausgebildet, wobei in dem zweiten Längenbereich wenigstens ein Magnet angeordnet und mit der Hohlwelle drehfest verbunden wird.
Durch den Einsatz von Rundkneten oder Drückwalzen ist es möglich, die Hohlwelle beziehungsweise die Längenbereiche besonders präzise und dabei gleichzeitig zeit- und kostengünstig sowie prozesssicher zu bearbeiten und somit herzustellen. Aufgrund der hohen Prozesssicherheit kann die Ausschussrate besonders gering gehalten werden. Darüber hinaus kann der Einsatz eines Zugankers entfallen, da sich auch ohne einen solchen Zuganker eine hinreichende Stabilität des Laufzeugs realisieren lässt. Darüber hinaus ist es möglich, zur Herstellung des Laufzeugs kostengünstige Werkstoffe zu verwenden, da beispielsweise ein solcher kostengünstiger Werkstoff, welcher zunächst eine nur geringe Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit, aufweist, durch das Rundkneten beziehungsweise Drückwalzen verfestigt, insbesondere kaltverfestigt, werden kann, sodass die Hohlwelle nach dem Rundkneten beziehungsweise Drückwalzen eine besonders hohe Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit (Rp 0,2) aufweist.
Der Magnet dient dazu, das Laufzeug im fertig hergestellten Zustand der Strömungsmaschine mittels eines Elektromotors antreiben zu können, sodass der beispielsweise als Brennstoffzelle beziehungsweise Brennstoffzellensystem ausgebildete Energiewandler besonders vorteilhaft und insbesondere bedarfsgerecht mittels der Strömungsmaschine mit verdichteter Luft versorgt werden kann.
Hintergrund der Erfindung ist, dass Laufzeuge von hochdrehenden Strömungsmaschinen üblicherweise mehrteilig aufgebaut sind. Üblicherweise umfasst das Laufzeug eine Welle, wenigstens einen Magneten und eine sogenannte Bandage für den Magneten, welcher mittels der Bandage drehfest an der Welle gehalten und somit mit der Welle verbunden ist. Ferner kann wenigstens ein Radiallager vorgesehen sein. Üblicherweise sind zwei Radiallager vorgesehen, mittels welchen das Laufzeug in radialer Richtung an einem korrespondierenden Gehäuseelement der Strömungsmaschine zu lagern ist. Ferner umfasst das mehrteilige Laufzeug üblicherweise ein Verdichterrad zum Verdichten von Luft sowie optional ein weiteres Laufrad in Form eines Turbinenrads, wobei das Verdichterrad und Turbinenrad üblicherweise drehfest mit der Welle verbunden sind. Dadurch ist das Verdichterrad über die Welle beispielsweise von dem Turbinenrad antreibbar, welches wiederum von Abgas, insbesondere Luft, des Energiewandlers antreibbar ist. Ferner kann eine von dem Magneten und den Laufrädern unterschiedliche Spurscheibe vorgesehen sein, welche ebenfalls drehfest mit der Welle verbunden ist. Über eine solche Spurscheibe kann eine axiale Lagerung des Laufzeugs an dem Gehäuseelement realisiert werden.
Außerdem ist üblicherweise der zuvor genannte Zuganker vorgesehen. Um hohe Drehzahlen der Strömungsmaschine und dadurch einen vorteilhaften Verdichtungsprozess der Luft zu realisieren, werden die genannten Bauteile hochgenau hergestellt, wofür eine hohe Anzahl an Bearbeitungsschritten erforderlich ist. Die Bandage für den Magneten ist üblicherweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet und erforderlich, um den Magneten bei hohen Drehzahlen vor dem Zerplatzen zu schützen. Es werden hierfür Werkstoffe wie zum Beispiel Titan oder Nickel-Basislegierungen benötigt, welche an sich bereits eine Zugfestigkeit (Rp 0,2) von circa 900 Newton pro Quadratmillimeter aufweisen müssen. Der Magnet wird unter Vorspannung in die metallische Bandage eingebracht. Hierzu wird in der Regel ein Schrumpfprozess verwendet. Die Einzelteile werden dann an Übergangspassungen gefügt. Da das so entstandene Laufzeug keine ausreichende Biegesteifigkeit aufweist, muss der gesamte Aufbau aus rotordynamischen Gründen mit Hilfe des Zugankers verspannt und dadurch stabilisiert werden. Die mittels eines solchen Prozesses hergestellten Laufzeuge sind entsprechend hochpreisig.
Durch den Einsatz von Rundkneten beziehungsweise Druckwalzen können Bauteile wie der Zuganker und die Radiallager entfallen, da die Hohlwelle die jeweiligen Funktionen der zuvor genannten Bandagen und der beiden Radiallager übernehmen kann. Mit anderen Worten können durch das erfindungsgemäße Verfahren die Bandage für den Magneten und die beiden Radiallager zu einem Bauteil in Form der Hohlwelle zusammengefasst werden. Hierzu wird beispielsweise zum Herstellen der Hohlwelle ein zumindest im Wesentlichen rohrähnliches oder rohrförmiges Bauteil, insbesondere Halbzeug, verwendet, dessen Innenkontur unter Herstellen der zumindest zwei Längenbereiche durch Rundkneten beziehungsweise Drückwalzen bearbeitet wird, sodass die Längenbereiche beziehungsweise ihre Innendurchmesser hochpräzise hergestellt werden können. Ferner kann durch das Drückwalzen beziehungsweise Rundkneten das Halbzeug verfestigt, insbesondere kaltverfestigt, werden und dadurch – im Vergleich zu seinem Ausgangszustand – mit einer wesentlich höheren Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit, versehen werden. Beispielsweise ist das rohrförmige Halbzeug nahtlos kaltgezogen und wird dann durch das Drückwalzen oder Rundkneten verfestigt, insbesondere kaltverfestigt. Vorzugsweise wird das Halbzeug beziehungsweise die Hohlwelle durch das Rundkneten oder Drückwalzen auf eine Zugfestigkeit von 900 Megapascal (Newton pro Quadratmillimeter) verfestigt, insbesondere kaltverfestigt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Längsschnittansicht einer Strömungsmaschine zum Versorgen eines Energiewandlers mit verdichteter Luft, mit einem Laufzeug, welches mittels eines Verfahrens hergestellt ist, bei welchem wenigstens ein Zapfen eines Laufrads in einem Längenbereich einer Hohlwelle angeordnet und drehfest mit der Hohlwelle verbunden wird, wobei in dem Längenbereich sowie in wenigstens einem zweiten Längenbereich der Hohlwelle durch Rundkneten oder Drückwalzen jeweilige Innendurchmesser der Hohlwelle ausgebildet werden, und wobei in dem zweiten Längenbereich wenigstens ein Magnet angeordnet und mit der Hohlwelle drehfest verbunden wird; und
2 eine schematische Längsschnittansicht der Hohlwelle.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine Strömungsmaschine 10 für einen Energiewandler wie beispielsweise eine Brennstoffzelle beziehungsweise ein Brennstoffzellensystem. Die Strömungsmaschine 10 umfasst einen Verdichter 12 mit einem Verdichtergehäuse 14 und einem Verdichterrad 16, welches in dem Verdichtergehäuse 14 angeordnet ist. Mittels des Verdichterrads 16 wird Luft verdichtet, die dem Energiewandler zugeführt wird. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb des Energiewandlers realisiert werden.
Die Strömungsmaschine 10 umfasst ferner eine Turbine 18 mit einem Turbinengehäuse 20 und einem Turbinenrad 22, welches in dem Turbinengehäuse 20 aufgenommen ist. Das Turbinenrad 22 ist von Abgas des Energiewandlers antreibbar, wobei es sich bei dem Abgas insbesondere um Luft handelt. Das Verdichterrad 16 und das Turbinenrad 22 sind Bestandteile eines im Ganzen mit 24 bezeichneten Laufzeugs der Strömungsmaschine 10, wobei das Laufzeug 24 auch als Rotor bezeichnet wird. Das Laufzeug 24 umfasst das Verdichterrad 16, das Turbinenrad 22 und eine Welle in Form einer Hohlwelle 26, welche drehfest mit dem Verdichterrad 16 und dem Turbinenrad 22 verbunden ist. Das Verdichterrad 16 und das Turbinenrad 22 sind dabei jeweilige Laufräder des Laufzeugs 24. Das Verdichterrad 16 ist somit über die Hohlwelle 26 vom Turbinenrad 22 antreibbar, wodurch die Luft mittels des Verdichterrads 16 verdichtet und im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann.
Die Strömungsmaschine 10 umfasst ein Gehäuseelement 28 mit separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Gehäuseteilen 30, 32 und 34, wobei auch das Verdichtergehäuse 14 und das Turbinengehäuse 20 Gehäuseteile des Gehäuseelements 28 sind. Stromab des Verdichterrads 16 ist ein Leitgitter 36 angeordnet, mittels welchem vorteilhafte Strömungsbedingungen realisierbar sind. Die Strömungsmaschine 10 umfasst ein weiteres Leitgitter 38, welches stromauf des Turbinenrads 22 angeordnet ist. Dadurch wird das Turbinenrad 22 von dem Abgas strömungsgünstig angeströmt.
Um eine hinreichende Versorgung des Energiewandlers mit verdichteter Luft auch dann gewährleisten zu können, wenn der Energiewandler kein Abgas oder Abgas mit einem nur geringen Energieinhalt bereitstellt, umfasst die Strömungsmaschine 10 einen Motor in Form eines Elektromotors 40. Der Elektromotor 40 umfasst eine in 1 schematisch dargestellte Wicklung 42, welche auch als Motorwicklung bezeichnet wird. Ferner umfasst der Elektromotor 40 wenigstens einen mit der Hohlwelle 26 drehfest verbundenen und vorliegend als Permanentmagnet ausgebildeten Magneten 44, welcher von der Wicklung 42 antreibbar ist.
Der Magnet 44 ist ebenfalls Bestandteil des Laufzeugs 24, welches um eine Drehachse 46 relativ zu dem Gehäuseelement 28 drehbar ist. Hierzu ist eine Lagereinrichtung 48 vorgesehen, welche zwei Radiallager 50 und 52 umfasst. Über die Radiallager 50 und 52 ist das Laufzeug 24 in radialer Richtung an dem Gehäuseelement 28 drehbar gelagert. Ferner umfasst die Lagereinrichtung 48 ein Axiallager 54, welches als axiales Luftlager ausgebildet ist. Das Axiallager 54 umfasst eine drehfest mit der Hohlwelle 26 verbundene Spurscheibe 56, welche ein von dem Magneten 44 und den Laufrädern unterschiedliches, mit der Hohlwelle 26 drehfest verbundenes Bauteil des Laufzeugs 24 ist. Das Axiallager 54 umfasst ferner Lagerscheiben 58 und 60, welche an dem Gehäuseelement 28 gehalten sind. Somit ist die Spurscheibe 56 um die Drehachse 46 relativ zu den Lagerscheiben 58 und 60 drehbar. Da das Axiallager 54 als Luftlager ausgebildet ist, kommt als Lagermedium Luft zum Einsatz. In axialer Richtung zwischen der Spurscheibe 56 und den Lagerscheiben 58 und 60 ist jeweils ein Luftspalt vorgesehen, in welchem sich ein Luftkissen beziehungsweise ein Luftpolster ausbildet, wenn sich das Laufzeug 24 und somit die Spurscheibe 56 relativ zum Gehäuseelement 28 und somit den Lagerscheiben 58 und 60 drehen. Über dieses Luftpolster sind die Spurscheibe 56 und somit das Laufzeug 24 insgesamt in axialer Richtung an den Lagerscheiben 58 und 60 und somit an dem Gehäuseelement 28 abgestützt beziehungsweise abstützbar, sodass eine reibungsarme und effektive Lagerung des Laufzeugs 24 dargestellt ist.
Die Radiallager 50 und 52 können ebenfalls als Luftlager ausgebildet sein, bei denen Luft als Tragmedium zum Einsatz kommt. Auch hierbei entsteht beispielsweise in radialer Richtung zwischen der Hohlwelle 26 und den Radiallagern 50 und 52 ein jeweiliges Luftpolster, mittels welchem das Laufzeug 24 getragen wird. Dies bedeutet, dass das Laufzeug 24, insbesondere die Hohlwelle 26, über das jeweilige Luftpolster in radialer Richtung an den Radiallagern 50 und 52 und somit dem Gehäuseelement 28 drehbar abgestützt ist. Die Turbine 18 beziehungsweise das Turbinenrad 22 ist optional vorgesehen und nicht notwendigerweise zum Versorgen des Energiewandlers mit verdichteter Luft erforderlich. Die vorigen und folgenden Ausführungen sind auch auf solche Laufzeuge übertragbar, welche genau ein Laufrad, das heißt beispielsweise entweder ein Turbinenrad oder ein Verdichterrad, umfassen.
Das Verdichterrad 16 weist einen Zapfen 62 auf, welcher zumindest teilweise und vorliegend vollständig in einem besonders gut aus 2 erkennbaren ersten Längenbereich 64 der Hohlwelle 26 aufgenommen und drehfest mit der Hohlwelle 26 verbunden ist. Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen des Laufzeugs 24 wird der Zapfen 62 in dem Längenbereich 64 angeordnet und drehfest mit der Hohlwelle 26 verbunden. Hierzu wird der Zapfen 62 beispielsweise in die Hohlwelle 26 beziehungsweise den Längenbereich 64 eingeschrumpft. Die Montage von Verdichter- und/oder Turbinenrad 22 beziehungsweise 16 erfolgt hinsichtlich ihrer Reihenfolge in Abhängigkeit vom Gehäusekonzept der hochdrehenden Strömungsmaschine 10. Der Längenbereich 64 weist dabei einen ersten Innendurchmesser 66, insbesondere Innendurchmesser, auf.
Im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des Laufzeugs 24 wird der vorliegend als Permanentmagnet ausgebildete Magnet 44, vorzugsweise in noch nicht magnetisiertem Zustand, in einem aus 2 erkennbaren zweiten Längenbereich 68 der Hohlwelle 26 angeordnet und mit der Hohlwelle 26 verbunden. Der zweite Längenbereich 68 weist dabei einen zweiten Innendurchmesser 70 auf. Vor dem Anordnen des Zapfens 62 und des Magneten 44 in den Längenbereichen 64 und 68 werden in den Längenbereichen 64 und 68 durch Rundkneten oder Drückwalzen die jeweiligen, vorzugsweise voneinander unterschiedlichen Innendurchmesser 66 und 70 ausgebildet. Durch den Einsatz von Rundkneten beziehungsweise Drückwalzen können die Innendurchmesser 66 und 70 hochpräzise sowie auf zeit- und kostengünstige Weise hergestellt werden, sodass das Laufzeug 24 insgesamt zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
Vorzugsweise werden die jeweiligen Innendurchmesser 66 und 70 mit voneinander unterschiedlichen Werten ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Längenbereiche 64 und 68 den gleichen Querschnitt beziehungsweise die gleiche Querschnittsform aufweisen und dabei beispielsweise zumindest im Wesentlichen kreisrund ausgebildet sind, wobei sich jedoch die Innendurchmesser 66 und 70 in ihren Werten beziehungsweise Durchmesserwerten voneinander unterscheiden.
Der erste Längenbereich 64 wird beispielsweise durch das Rundkneten oder Drückwalzen mit einer Passung ausgebildet, über welche der Zapfen 62 mit der Hohlwelle 26, insbesondere drehfest, verbunden wird. Um den Magneten 44 im Längenbereich 68 drehfest mit der Hohlwelle 26 zu verbinden, wird der Magnet 44 in die Hohlwelle 26, insbesondere den Längenbereich 68, beispielsweise eingeschrumpft.
Das Rundkneten ist eine Art des Freiformschmiedens durch Krafteinwirkung zum Vermindern des Querschnitts von Massiv-Stäben oder Rohren wie beispielsweise der Hohlwelle 26 beziehungsweise eines zumindest im Wesentlichen rohrförmigen Halbzeugs, aus welchem die Hohlwelle 26 hergestellt wird. Beim Rundkneten wird ein Fließen des Materials beziehungsweise des Werkstoffs der Hohlwelle 26 beziehungsweise des Halbzeugs erreicht, wodurch eine besonders hohe Qualität, insbesondere eine höhere Qualität als beim Zerspanen, realisiert werden kann. Durch deren unterschiedliche Formgebung sind auch Innenprofile herstellbar.
Im Rahmen des Verfahrens wird in einem aus 2 erkennbaren dritten Längenbereich 74 der Hohlwelle 26 ein dritter Innendurchmesser 76 durch das Rundkneten beziehungsweise Drückwalzen ausgebildet, wobei der Magnet 44 vor dem drehfesten Verbinden mit dem zweiten Längenbereich 68 in dem dritten Längenbereich 74 vorpositioniert wird. Vorzugsweise wird die Hohlwelle 26 beziehungsweise das Halbzeug, aus welchem die Hohlwelle 26 hergestellt wird, vorgeheizt, sodass der Magnet 44 im vorgeheizten, zumindest im Wesentlichen rohrähnlichen beziehungsweise rohrförmigen Halbzeug, insbesondere im dritten Längenbereich 74, vorpositioniert wird. Im Anschluss an das Vorpositionieren wird der Magnet 44 im Längenbereich 68 positioniert und dort eingeschrumpft.
Im Rahmen des Verfahrens wird ferner in einem vierten Längenbereich 78 der Hohlwelle 26 ein vierter Innendurchmesser 80 durch das Rundkneten beziehungsweise Drückwalzen ausgebildet. Die Spurscheibe 56 weist dabei einen weiteren Zapfen 82 auf, welcher in dem vierten Längenbereich 78 angeordnet und drehfest mit dem vierten Längenbereich 78 beziehungsweise der Hohlwelle 26 verbunden wird. Vorzugsweise wird auch der Längenbereich 78 beziehungsweise der zugehörige Innendurchmesser 80 durch das Rundkneten beziehungsweise Drückwalzen mit einer Passung ausgebildet, über welche der Zapfen 82 beziehungsweise die Spurscheibe 56 mit der Hohlwelle 26 verbunden wird. Vorzugsweise werden die Innendurchmesser 66, 70, 76 und 80 mit unterschiedlichen Werten ausgebildet, wobei der Innendurchmesser 70 vorzugsweise der kleinste der Innendurchmesser 66, 70, 76 und 80 ist. Der Innendurchmesser 66 ist beispielsweise größer als der Innendurchmesser 70, wobei der Innendurchmesser 76 größer als der Innendurchmesser 66 und der Innendurchmesser 70 ist. Ferner ist der Innendurchmesser 80 größer als der Innendurchmesser 76, 66 und 70. Die genannten Passungen für die Spurscheibe 56 beziehungsweise für das Laufrad, das heißt das Turbinen- oder Verdichterrad 16 beziehungsweise 22 können auch ausgetauscht werden.
Durch Rundkneten beziehungsweise Drückwalzen sind Durchmessergenauigkeiten von 0,01 Millimeter bei einer gleichzeitig hohen Konzentrizität und hoher Oberflächengüte ohne eine nachfolgende, spanende Bearbeitung erreichbar. Gleichzeitig kann eine hohe Verfestigung, insbesondere Kaltverfestigung, erzeugt werden. Mit anderen Worten ist es möglich und vorzugsweise vorgesehen, dass das Halbzeug, aus welchem die Hohlwelle 26 gebildet wird, ein Rohr beziehungsweise ein zumindest im Wesentlichen rohrförmiges oder rohrähnliches, nahtlos kaltgezogenes Rohr ist, wobei solche Rohre eine hohe Verfügbarkeit aufweisen. Das Halbzeug beziehungsweise Rohr wird beispielsweise über wenigstens einen Dorn rundgeknetet, mittels welchem die anhand von 2 beschriebene Innenkontur mit den Längenbereichen 64, 68, 74 und 78 und den zugehörigen Innendurchmesser 66, 70, 76 und 80 erzeugt wird. Dabei wird das Halbzeug beziehungsweise Rohr auf circa 900 Megapascal (Newton pro Quadratmillimeter) Zugfestigkeit (Rp 0,2) verfestigt, insbesondere kaltverfestigt, sodass die Hohlwelle 26 dann die genannte Zugfestigkeit aufweist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch Werkstoffe eingesetzt werden können, die die genannte Zugfestigkeit von circa 900 Newton pro Quadratmillimeter erst nach dem Drückwalzen beziehungsweise Rundkneten, das heißt nach dem Kaltverfestigungsprozess erreichen. Dies bedeutet, das neben teuren Titan- oder Nickel-Basislegierungen auch Stahllegierungen denkbar. Beim Einsatz beziehungsweise Auswahl einer Stahllegierung muss darauf geachtet werden, dass bei der Kaltverfestigung möglichst keine oder zumindest wenig Umformungsmartensit entsteht. Durch Umformungsmartensit würde ein magnetischer Kurzschluss in der Bandage entstehen, wodurch sich die Wirksamkeit des Magneten 44 und damit des Elektromotors 40 der hochdrehenden Strömungsmaschine 10 vermindert.
Wie bereits beschrieben, wird der Magnet 44 im vorgeheizten, rohrähnlichen Bauteil beziehungsweise im Längenbereich 74 vorpositioniert, woraufhin der Magnet 44 im Längenbereich 68 angeordnet und eingeschrumpft wird. Das Halbzeug wird spanend auf eine beispielsweise durch eine technische Zeichnung vorgegebene Länge bearbeitet. Die Spurscheibe 56 kann an die Hohlwelle 26 beziehungsweise das Halbzeug angeschweißt oder in die Hohlwelle 26 eingepresst oder eingeschrumpft werden, insbesondere über den Zapfen 82. Das Halbzeug und die Spurscheibe 56 werden auf einen zeichnungsgemäßen Außendurchmesser beziehungsweise Rechtwinkligkeit geschliffen. Vorzugsweise werden die Hohlwelle 26 und der Magnet 44 sowie die Spurscheibe 56 gewuchtet, bevor das Turbinenrad 22 und/oder das Verdichterrad 16 drehfest mit der Hohlwelle 26 verbunden sind. Der Magnet 44 wird aufmagnetisiert. Die Montage von Verdichter- und Turbinenrad 22 und 16 erfolgt hinsichtlich ihrer Reihenfolge in Abhängigkeit vom Gehäusekonzept der Strömungsmaschine 10, insbesondere durch Einschrumpfen. Gegebenenfalls erfolgt ein Nachwuchten des gesamten Laufzeugs 24, das heißt wenn die Laufräder montiert sind. Da die Hohlwelle 26, durch welche die Bandage für den Magneten 44 und insbesondere laufzeugseitige Radiallager gebildet werden können, eine hinreichend hohe Biegesteifigkeit aufweist, kann auf den Einsatz eines Zugankers verzichtet werden, sodass die Teileanzahl und die Kosten des Laufzeugs 24 gering gehalten werden können.
Bezugszeichenliste

10: Strömungsmaschine
12: Verdichter
14: Verdichtergehäuse
16: Verdichterrad
18: Turbine
20: Turbinengehäuse
22: Turbinenrad
24: Laufzeug
26: Hohlwelle
28: Gehäuseelement
30: Gehäuseteil
32: Gehäuseteil
34: Gehäuseteil
36: Leitgitter
38: Leitgitter
40: Elektromotor
42: Wicklung
44: Magnet
46: Drehachse
48: Lagereinrichtung
50: Radiallager
52: Radiallager
54: Axiallager
56: Spurscheibe
58: Lagerscheibe
60: Lagerscheibe
62: Zapfen
64: erster Längenbereich
66: erster Innendurchmesser
68: zweiter Längenbereich
70: zweiter Innendurchmesser
74: dritter Längenbereich
76: dritter Innendurchmesser
78: vierter Längenbereich
80: vierter Innendurchmesser
82: Zapfen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005037739 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Laufzeugs (24) für eine Strömungsmaschine (10), bei welchem wenigstens ein Zapfen (62) eines Laufrads (16, 22) in einem Längenbereich (64) einer Hohlwelle (26) angeordnet und drehfest mit der Hohlwelle (26) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Längenbereich (64) sowie in wenigstens einem zweiten Längenbereich (68) der Hohlwelle (26) durch Rundkneten oder Drückwalzen jeweilige Innendurchmesser (66, 70) der Hohlwelle (26) ausgebildet werden, wobei in dem zweiten Längenbereich (68) wenigstens ein Magnet (44) angeordnet und mit der Hohlwelle (26) drehfest verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Innendurchmesser (66, 70) mit voneinander unterschiedlichen Werten ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (44) in den zweiten Längenbereich (68) eingeschrumpft wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Längenbereich (74) der Hohlwelle (26) ein dritter Innendurchmesser (76) durch Rundkneten oder Drückwalzen ausgebildet wird, wobei der Magnet (44) vor dem drehfesten Verbinden mit dem zweiten Längenbereich (68) in dem dritten Längenbereich (74) vorpositioniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Längenbereich (64) durch das Rundkneten oder Drückwalzen mit einer Passung ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Längenbereich (78) der Hohlwelle (26) ein vierter Innendurchmesser (80) durch Rundkneten oder Drückwalzen ausgebildet wird, wobei ein weiterer Zapfen (82) eines von dem Magneten (44) und dem Laufrad (16, 22) unterschiedlichen Bauteils (56) des Laufzeugs (24) in dem vierten Längenbereich (78) angeordnet und drehfest mit dem vierten Längenbereich (78) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (26) aus einem nahtlos kaltgezogenen und rohrförmigen Halbzeug gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (26) durch das Rundkneten oder Drückwalzen auf eine Zugfestigkeit von 900 Megapascal verfestigt, insbesondere kaltverfestigt, wird.
Strömungsmaschine (10), mit einem mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Laufzeug (24).