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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1.
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Rotoren für Abgasturbolader und Verfahren zum Herstellen von solchen Rotoren sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Rotor umfasst eine Welle sowie wenigstens ein Laufrad, welches drehfest mit der Welle verbunden ist. Dies bedeutet, dass das Laufrad im Rahmen des Verfahrens drehfest mit der Welle verbunden wird. Üblicherweise ist es vorgesehen, dass die Welle und das Laufrad hergestellt und in ihrem jeweiligen, bereits hergestellten Zustand bereitgestellt werden, sodass die Welle in ihrem bereits hergestellten Zustand mit dem Laufrad in dessen bereits hergestellten Zustand drehfest verbunden wird. Dabei ist es üblicherweise vorgesehen, dass das Laufrad mit der Welle verschweißt wird. Dieses Verfahren ist aufwendig und kostenintensiv. Zudem ist es erforderlich, das Laufrad und die Welle, insbesondere ihre jeweiligen Zentren, sehr exakt zueinander zu positionieren, da ansonsten der Rotor nicht oder mit nur sehr hohem Aufwand gewuchtet, das heißt ausgewuchtet werden kann.
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Das Verschweißen der Welle mit dem Laufrad erfolgt beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen oder Reibschweißen. Eine zentrische Positionierung des Laufrades zur Welle ist sehr aufwendig, jedoch erforderlich, um eine übermäßige Unwucht zu vermeiden beziehungsweise um ein Auswuchten überhaupt erst zu ermöglichen, wobei ein solches Auswuchten nachträglich, das heißt nach dem Verbinden der Welle mit dem Laufrad erfolgt. Das Verschweißen der Welle mit dem Laufrad verursacht lange Fertigungszeiten und erfordert die Anschaffung von kostenintensiven Schweißanlagen, die in entsprechende Fertigungslinien integriert werden müssen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine zeit- und kostengünstige Herstellung des Rotors darstellbar ist.
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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.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung des Rotors realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Laufrad mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt und während des generativen Fertigungsverfahrens mittels des generativen Fertigungsverfahrens mit der Welle drehfest verbunden wird. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Laufrad nicht erst herzustellen und daran anschließend in seinem bereits hergestellten Zustand mit der Welle zu verbinden, sondern das Laufrad wird mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt und mittels des generativen Fertigungsverfahrens sowie während des generativen Fertigungsverfahrens, das heißt gleichzeitig mit der Herstellung des Laufrads drehfest mit der Welle verbunden.
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Vorzugsweise wird als das generative Fertigungsverfahren selektives Laserschmelzen (SLM) verwendet. Das selektive Laserschmelzen ist ein 3D-Druckverfahren, mittels welchem beispielsweise das Laufrad auf die bereits hergestellte Welle aufgedruckt und dabei mit der Welle drehfest verbunden wird. Mit anderen Worten ist es beispielsweise vorgesehen, die Welle in ihrem bereits hergestellten Zustand bereitzustellen, wobei das Laufrad mittels des generativen Fertigungsverfahrens hergestellt und während des generativen Fertigungsverfahrens mittels dieses mit der bereits hergestellten Welle drehfest verbunden wird. Dadurch geht das eigentliche Herstellen des Laufrads zeitgleich mit dem drehfesten Verbinden des Laufrads mit der Welle einher, sodass der Rotor zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann. Im Rahmen des selektiven Laserschmelzens wird das Turbinenrad beispielsweise auf die Welle aufgeschmolzen, sodass das Laufrad und dessen drehfeste Verbindung mit der Welle in einem Produktionsprozess und in einer Anlage erzeugt werden können. Das generative Fertigungsverfahren, insbesondere das selektive Laserschmelzen, ermöglicht die Realisierung besonders geringer beziehungsweise enger Fertigungstoleranzen, sodass das Laufrad und die Welle, insbesondere in ihren Zentren, besonders exakt zueinander positioniert werden können. Dadurch kann eine Unwucht des hergestellten Rotors besonders gering gehalten werden, sodass beispielsweise auf sich an das Herstellen des Laufrads anschließende Auswuchtvorgänge verzichtet werden kann.
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Ferner kann durch den Einsatz des generativen Fertigungsverfahrens ein Verbinden des Laufrads mit der Welle durch Schweißen entfallen. Zusätzliche Fertigungszeiten für das Schweißen und auch die Beschaffung von Schweißanlagen sowie deren Integration und Produktionslinien können entfallen. Ferner kann der Aufwand zum Auswuchten des Rotors im Vergleich zu herkömmlichen Rotoren verringert werden, da nur eine geringe Anzahl an Wuchtschritten erforderlich ist. Außerdem kann der Ausschluss beim Auswuchten minimiert werden, da die Wahrscheinlichkeit, dass der Rotor nicht ausgewuchtet werden kann, aufgrund der exakten Positionierung des Laufrads zur Welle gering gehalten werden kann.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Rotors für einen Abgasturbolader, wobei der Rotor derart hergestellt wird, dass ein Laufrad mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt und während des generativen Fertigungsverfahrens mittels dieses mit einer Welle des Rotors drehfest verbunden wird; und
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2 eine schematische Schnittansicht des Rotors.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichneten Rotor für einen Abgasturbolader, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine dient beispielsweise dem Antreiben eines Kraftwagens, wobei der Abgasturbolader genutzt wird, um die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, mit verdichteter Luft zu versorgen. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, sodass der Brennraum beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist.
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Der Rotor 10 umfasst eine Welle 12 und ein Laufrad 14, welches als Turbinenrad einer Turbine des Abgasturboladers ausgebildet ist. Im vollständig hergestellten Zustand des Abgasturboladers kann vorgesehen sein, dass der Rotor 10 ein in 1 nicht erkennbares weiteres Laufrad in Form eines Verdichterrads eines Verdichters des Abgasturboladers umfasst. Im fertig hergestellten Zustand des Abgasturboladers sind die Laufräder drehfest mit der Welle 12 verbunden.
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Die Turbine ist als Radialturbine ausgebildet, sodass das Turbinenrad als Radialturbinenrad ausgebildet ist. Somit kann Abgas der Verbrennungskraftmaschine das Turbinenrad in radialer Richtung von außen nach innen anströmen, wobei das Abgas das Turbinenrad beispielsweise in axialer Richtung abströmt. Hierdurch wird das Turbinenrad angetrieben, sodass das Verdichterrad über die Welle 12 von dem Turbinenrad angetrieben werden kann. Durch Antreiben des Verdichterrads wird mittels des Verdichterrads Luft verdichtet, die dem Brennraum zugeführt wird. Dadurch kann die Abgas enthaltene Energie zum Verdichten zum Verdichten der Luft genutzt werden.
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Um nun eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung des Rotors 10 zu realisieren, wird der Rotor 10 im Rahmen eines entsprechenden Verfahrens derart hergestellt, dass das Laufrad 14 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt und während des generativen Fertigungsverfahrens mittels des generativen Fertigungsverfahrens mit der Welle 12 drehfest verbunden wird. Als dieses generative Fertigungsverfahren wird vorzugsweise selektives Laserschmelzen (SLM) verwendet. Das selektive Laserschmelzen ist 3D-Drucken beziehungsweise ein 3D-Druckverfahren, mittels welchem das Laufrad 14 sozusagen auf die Welle 12 gedruckt wird.
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Im Rahmen des Verfahrens wird die Welle 12 in ihrem bereits hergestellten Zustand bereitgestellt. Dabei wird das Laufrad mittels des generativen Fertigungsverfahrens hergestellt und während des generativen Fertigungsverfahrens mittels dieses mit der bereits hergestellten Welle 12 drehfest verbunden.
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Die Welle 12 ist aus einem ersten Werkstoff hergestellt, wobei das Laufrad 14 aus einem zweiten Werkstoff hergestellt wird. Dabei wird über das Laufrad 14 aus dem zunächst noch flüssigen, zweiten Werkstoff hergestellt. Das Laufrad wird mittels des generativen Fertigungsverfahrens derart hergestellt und mit der Welle 12 drehfest verbunden, dass mehrere Schichten aus dem zweiten Werkstoff übereinander angeordnet werden. Dabei wird wenigstens eine der Schichten auf die bereits hergestellte Welle 12 aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, sodass das Laufrad 14 im Rahmen des generativen Fertigungsverfahrens auf die Welle 12 aufgeschmolzen wird. Die Schichten werden dabei in noch flüssigem Zustand des zweiten Werkstoffs hergestellt und aufeinander geschichtet. Dabei ist der zweite Werkstoff zunächst noch flüssig, insbesondere zähflüssig, und kann nach dem Aufbringen auf die Welle 12 aushärten.
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2 zeigt den Rotor 10 ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht, wobei aus 2 jeweilige Gefüge der jeweiligen Werkstoffe erkennbar ist. Insbesondere ist aus 2 eine Grenzschicht 16 erkennbar, in welcher das Laufrad 14 auf die Welle 12 aufgeschmolzen und somit drehfest mit der Welle 12 verbunden ist.
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1 zeigt eine erste strichpunktierte Linie 18, welche beispielsweise mit der Längsmittelachse der Welle 12 zusammenfällt und somit ein erstes Zentrum der Welle 12 veranschaulicht. Ferner zeigt 1 eine zweite strichpunktierte Linie 20, welche beispielsweise mit der Längsmittelachse des Laufrads 14 zusammenfällt und somit ein zweites Zentrum des Laufrads 14 veranschaulicht. In 1 sind die strichpunktierten Linien 18 und 20 und somit die Zentren der Welle 12 und des Laufrads 14 voneinander beabstandet dargestellt, sodass zwischen den Zentren der Welle 12 und dem Laufrad 14 ein Abstand vorliegt. Dieser Abstand ist jedoch in 1 zu Anschauungszwecken übertrieben groß dargestellt. Vielmehr ist es mittels des generativen Fertigungsverfahrens möglich, die Zentren der Welle 12 und des Laufrads 14 besonders exakt relativ zueinander zu positionieren, sodass die Zentren und somit die Längsmittelachsen beziehungsweise die strichpunktierten Linien 18 und 20 im fertig hergestellten Zustand des Rotors 10 zumindest im Wesentlich zusammenfallen oder der in 1 übertrieben groß dargestellte Abstand zwischen den Zentren besonders gering gehalten werden kann. Dadurch kann eine übermäßige Unwucht des Rotors 10 vermieden werden, sodass in der Folge ein Auswuchten des Rotors 10 vermieden oder der Aufwand zum Auswuchten des hergestellten Rotors 10 besonders gering gehalten werden kann. Dadurch kann der Rotor 10 besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Ferner können zusätzliche Schweißvorgänge und dazu erforderliche Schweißanlagen vermieden werden, sodass die Kosten zum Herstellen des Rotors 10 besonders gering gehalten werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotor
- 12
- Welle
- 14
- Laufrad
- 16
- Grenzschicht
- 18
- strichpunktierte Linie
- 20
- strichpunktierte Linie
