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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein einen Turbolader, insbesondere ein Rad eines Turboladers und ein Verfahren zum Auswuchten desselben.
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Hintergrund
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Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung, beispielsweise Dieselmotoren, Benzinmotoren oder Gasmotoren, verwenden Turbolader zum Zuführen von verdichteter Luft für eine Verbrennung in der Brennkraftmaschine. Ein Turbolader verdichtet in die Brennkraftmaschine strömende Luft, was dazu beiträgt, dass mehr Luft in die Brennkammern der Brennkraftmaschine gedrückt werden kann. Die erhöhte Zufuhr an Luft ermöglicht eine erhöhte Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern der Brennkraftmaschine, was zu einer erhöhten Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine führt.
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Ein typischer Turbolader weist eine Welle, ein Turbinenrad, das an einem Ende der Welle angebracht ist, ein Verdichterrad bzw. einen Impeller, das bzw. der mit dem anderen Ende der Welle verbunden ist, und Lager zum Tragen der Welle auf. Häufig umgibt ein Turbinengehäuse das Turbinenrad, und ein separates Verdichtergehäuse umgibt das Verdichterrad.
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Wenn die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, strömt heißes Abgas von der Brennkraftmaschine durch das Turbinengehäuse und dehnt sich über dem Turbinenrad aus, wodurch das Turbinenrad und die mit dem Turbinenrad verbundene Welle gedreht werden. Die Welle dreht wiederum das Verdichterrad. Relativ kühle Luft aus der Umgebung strömt durch das Verdichtergehäuse, wo das Verdichterrad die Luft verdichtet und die verdichtete Luft in die Brennkammern der Brennkraftmaschine treibt.
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Das Verdichterrad und/oder das Turbinenrad können eine Unwucht aufweisen, wenn ihre Masse ungleichmäßig um ihre Drehachse verteilt ist und der Schwerpunkt nicht mit dem Zentrum der Drehung zusammenfällt. Dies kann beispielsweise aufgrund von Herstellungstoleranzen auftreten. Im Falle einer Unwucht kann die Drehung des Verdichterrads und/oder des Turbinenrads eine Zentrifugalkraft erzeugen, die unerwünschte Geräusche und/oder Vibrationen bewirken kann. Die Geräusche und/oder Vibrationen können übermäßig hoch sein, und die Vibrationen können sich auf die Leistung des Turboladers auswirken, beispielsweise durch Verkürzen der Lebensdauer z. B. der Lager.
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Ein Ansatz zum Auswuchten eines Turbinenrads ist in dem Patent
US 4,170,528 für Mathews vom 9. Oktober 1979 (dem Patent '528) offenbart. Insbesondere offenbart das Patent '528 ein Verfahren zum Auswuchten eines Turbinenrads unter Verwendung eines Schleifrads, das Material des Turbinenrads abschleift. Das Schleifrad wird mit Strom versorgt, und eine Elektrolytlösung wird zwischen das Schleifrad und eine Fläche des Turbinenrads eingebracht. Während des Schleifens fließt Strom von dem Schleifrad durch die Elektrolytlösung zu dem Turbinenrad, und eine anodische Zersetzung findet statt, die Material von dem Turbinenrad entfernt. Material wird ferner durch Kontakt mit Schleifpartikeln an dem Schleifrad entfernt.
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Wenngleich das Verfahren zum Auswuchten des Turbinenrads, das in dem Patent '528 offenbart ist, darauf abzielt, Material auf eine Weise, die bei einer Massenproduktion automatisiert werden kann, präzise und kontrolliert zu entfernen, ist das offenbarte Verfahren zum Auswuchten des Turbinenrads möglicherweise noch immer nicht optimal. Insbesondere kann das Verfahren zum Auswuchten des Turbinenrads des Patents '528 durch Verwenden eines Schleifrads Mikrorisse und Wärmeeinflusszonen (z. B. Zonen, die durch eine Konzentration von Hochtemperaturwärme, die beispielsweise durch das Schleifen erzeugt wird, beeinflusst werden) in dem Turbinenrad hervorrufen, was zu einer Materialermüdung führen kann und die Lebensdauer des Turbinenrads verringern kann. Darüber hinaus kann das Schleifrad scharfe Ecken erzeugen, die eine Spannung erhöhen können (z. B. Orte, an denen eine Spannung konzentriert wird), was ebenfalls zu einem Versagen führen kann und die Lebensdauer des Turbinenrads verringern kann.
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Das Turboladerrad und das Verfahren zum Auswuchten des Turboladerrads der vorliegenden Offenbarung lösen eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Stands der Technik.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Rad eines Turboladers. Das Rad enthält ein erstes Ende, das einem zweiten Ende gegenüberliegt, und eine Drehachse, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt. Das Rad enthält ferner eine Rückwand, die sich an dem zweiten Ende befindet, und eine Auswuchtnut, die in der Rückwand ausgebildet ist. Die Auswuchtnut weist mehrere Seitenwände und eine Bodenfläche auf. Die Seitenwände und die Bodenfläche der Auswuchtnut sind gefräste Flächen.
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Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Rad eines Turboladers, das ein erstes Ende, das einem zweiten Ende gegenüberliegt, und eine Drehachse, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt, aufweist. Das Rad enthält ferner eine Rückwand, die sich an dem zweiten Ende befindet, und eine Auswuchtnut, die in der Rückwand ausgebildet ist. Die Auswuchtnut weist mehrere Seitenwände und eine Bodenfläche auf. Die Seitenwände beinhalten eine erste und eine zweite Seitenwand, die sich jeweils in Bezug auf die Drehachse des Rads in einer radialen Richtung erstrecken. Jede der ersten und der zweiten Seitenwand ist nach innen zu der Bodenfläche der Auswuchtnut gekrümmt. Die Seitenwände enthalten ferner eine dritte und eine vierte Seitenwand, die sich jeweils bezüglich der Drehachse des Rads in einer Umfangsrichtung erstrecken. Jede der dritten und der vierten Seitenwand ist nach innen zu der Bodenfläche der Auswuchtnut gekrümmt. Das Rad ist integral als einstückige Komponente ausgebildet. Die Seitenwände und die Bodenfläche der Auswuchtnut sind gefräste Flächen. Jeweils zwei benachbarte Seitenwände schneiden einander, so dass eine gekrümmte Fläche ausgebildet wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Auswuchten eines Rads eines Turboladers. Das Rad enthält ein erstes Ende, das einem zweiten Ende gegenüberliegt, und eine Drehachse, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt. Das Rad enthält ferner eine Rückwand, die sich an dem zweiten Ende befindet. Das Verfahren beinhaltet das Ausbilden einer Auswuchtnut in der Rückwand durch Entfernen von Material von der Rückwand unter Verwendung eines Fräswerkzeugs. Das Ausbilden der Auswuchtnut beinhaltet das Ausbilden mehrerer Seitenwände der Auswuchtnut unter Verwendung des Fräswerkzeugs.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsansicht eines Turboladers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
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2 ist eine Rückansicht eines Rads des Turboladers in 1;
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3 ist eine Querschnittsansicht des Rads entlang der Linie A-A in 2;
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4 ist eine vergrößerte Rückansicht einer Auswuchtnut des Rads in 2; und
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5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Auswuchten eines oder mehrerer Räder eines Turboladers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Nun werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen im Einzelnen erläutern. Soweit wie möglich werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen verwendet, um dieselben oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Turboladers 10. Der Turbolader 10 kann mit einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) einer Maschine verwendet werden, die einen Betrieb durchführt, der mit einem Gewerbe wie dem Transportwesen, der Schifffahrt, der Energiewirtschaft, dem Bergbau, dem Baugewerbe, der Landwirtschaft oder dergleichen zusammenhängt. Wie in 1 gezeigt, kann der Turbolader 10 eine Verdichterstufe 12 und eine Turbinenstufe 14 aufweisen, die durch eine Welle 16 verbunden sind.
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Die Verdichterstufe 12 kann als Impeller oder Rad 20 eines Verdichters mit fester Geometrie ausgeführt sein, der bzw. das in einem Verdichtergehäuse 22 angeordnet ist. Das Verdichterrad 20 und das Verdichtergehäuse 22 können um eine Drehachse 18 der Welle 16 angeordnet sein. Das Verdichterrad 20 kann an der Welle 16 angebracht sein und zum Verdichten von Luft mit Atmosphärendruck vor einem Eintritt der Luft in die Brennkraftmaschine für eine Verbrennung ausgebildet sein. Luft kann über einen Verdichtereinlass 24 in das Verdichtergehäuse 22 eintreten und das Verdichtergehäuse 22 über einen Verdichterauslass 26 verlassen. Bei einer Bewegung von Luft durch die Verdichterstufe 12 kann das Verdichterrad 20 verdichtete Luft in die Brennkraftmaschine drücken.
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Die Turbinenstufe 14 kann ein Turbinenrad 30 aufweisen, das an der Welle 16 befestigt sein kann und in einem Turbinengehäuse 32 angeordnet sein kann. Die Welle 16 kann sich von dem Verdichtergehäuse 22 zu dem Turbinengehäuse 32 erstrecken. Das Turbinenrad 30 und das Turbinengehäuse 32 können um die Drehachse 18 der Welle 16 angeordnet sein. Abgase, die aus der Brennkraftmaschine austreten, können über einen Turbineneinlass 34 in das Turbinengehäuse 32 eintreten und das Turbinengehäuse 32 über einen Turbinenauslass 36 verlassen. Wenn sich die heißen Abgase durch das Turbinengehäuse 32 bewegen und sich gegen Schaufeln 62 (im Folgenden beschrieben) des Turbinenrads 30 ausdehnen, kann das Turbinenrad 30 das Verdichterrad 20 über die Welle 16 drehen.
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Lager 40 können die Welle 16 tragen. Die Lager 40 können in einem Lagergehäuse 42 angeordnet sein. Wenngleich 1 lediglich zwei Lager 40 zeigt, ist vorgesehen, dass der Turbolader 10 eine beliebige Anzahl von Lagern 40 aufweisen kann.
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Das Verdichterrad 20 und das Turbinenrad 30 können ähnliche Merkmale aufweisen. Beispielsweise kann sich jedes von dem Verdichterrad 20 und dem Turbinenrad 30 um eine Drehachse 50 drehen, die kollinear mit der Drehachse 18 der Welle 16 sein kann. Jedes von dem Verdichterrad 20 und dem Turbinenrad 30 kann ein erstes Ende 52, ein zweites Ende 54, das sich gegenüber dem ersten Ende 52 befindet, und die Drehachse 50, die sich zwischen dem ersten Ende 52 und dem zweiten Ende 54 erstreckt, aufweisen. Gegenüberliegende Enden der Welle 16 können jeweils an den zweiten Enden 54 des Verdichterrads 20 und des Turbinenrads 30 angebracht sein. Jedes von dem Verdichterrad 20 und dem Turbinenrad 30 kann eine Nase 56, die sich an dem jeweiligen ersten Ende 52 befindet, eine Rückwand 58, die sich an dem jeweiligen zweiten Ende 54 befindet, eine Nabe 60, die sich längs der Drehachse 50 zwischen der Nase 56 und der Rückwand 58 erstreckt, und mehrere Schaufeln 62, die um die Nabe 60 angeordnet sind, aufweisen. Wenngleich das Verdichterrad 20 und das Turbinenrad 30 diese ähnlichen Merkmale aufweisen können, können sich diese Merkmale im Hinblick auf ihre Anzahl, Größe, Form und/oder anderweitige Konfiguration unterscheiden. Beispielsweise können das Verdichterrad 20 und das Turbinenrad 30 unterschiedliche Anzahlen von Schaufeln 62 mit unterschiedlichen Formen und/oder Größen aufweisen. Ferner können das Verdichterrad 20 und das Turbinenrad 30 Nasen 56, Rückwände 58 und Naben 60 mit unterschiedlichen Formen und Größen aufweisen.
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Jedes von dem Verdichterrad 20 und dem Turbinenrad 30, die in 1 gezeigt sind, kann ausgewuchtet bzw. ausbalanciert/ausgeglichen sein. Die 2–4 zeigen ein ausgewuchtetes Rad 70, das das Verdichterrad 20 und/oder das Turbinenrad 30 sein kann, das in 1 gezeigt ist. Das Rad 70 kann die Drehachse 50, das erste Ende 52, das zweite Ende 54, die Nase 56, die Rückwand 58, die Nabe 60 und/oder die Schaufeln 62 aufweisen, die im Vorhergehenden beschrieben wurden. Das in 2 gezeigte Rad 70 enthält neun Schaufeln, es versteht sich jedoch, dass das Rad 70 mehr oder weniger als neun Schaufeln 62 enthalten kann. Das Rad 70 kann integral als eine einstückige gegossene Metallkomponente ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Rad 70 aus Titan (z. B. einer Titanlegierung wie Ti 6–4), Nickel und/oder einem anderen Metall oder einer anderen Metalllegierung ausgebildet sein.
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Das Rad 70 kann eine Auswucht- bzw. Ausgleichsnut 72 aufweisen, die in der Rückwand 58 ausgebildet ist. Die Auswuchtnut 72 kann eine Bodenfläche 74 und mehrere Seitenwände aufweisen. Beispielsweise können die Seitenwände eine erste Seitenwand 76, eine zweite Seitenwand 78, eine dritte Seitenwand 80 und eine vierte Seitenwand 82 aufweisen. Die erste Seitenwand 76 und die zweite Seitenwand 78 können sich bezüglich der Drehachse 50 des Rads 70 jeweils in einer radialen Richtung (längs der Richtung eines Radius des Rads 70) erstrecken. Die erste Seitenwand 76 und die zweite Seitenwand 78 können durch einen Winkel α von etwa 20° bis etwa 180°, z. B. etwa 20° bis etwa 30°, beabstandet sein.
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Die dritte Seitenwand 80 und die vierte Seitenwand 82 können sich jeweils bezüglich der Drehachse 50 des Rads 70 in einer Umfangsrichtung (längs der Richtung einer Drehung des Rads 70) erstrecken. Die dritte Seitenwand 80 und die vierte Seitenwand 82 können sich zwischen der ersten Seitenwand 76 und der zweiten Seitenwand 78 erstrecken. Die dritte Seitenwand 80 kann in einem ersten Abstand zu der Drehachse 50 des Rads 70 angeordnet sein, die vierte Seitenwand 82 kann in einem zweiten Abstand zu der Drehachse 50 angeordnet sein, und der zweite Abstand kann größer als der erste Abstand sein. Bei einer Ausführungsform kann die dritte Seitenwand 80 etwa 41 mm oder mehr von der Drehachse 50 des Rads 70 entfernt sein, die vierte Seitenwand 82 kann etwa 57 mm oder weniger von der Drehachse 50 des Rads 70 entfernt sein, und die dritte Seitenwand 80 und die vierte Seitenwand 82 können durch eine Breite W von etwa 16 mm oder weniger beabstandet sein.
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Die Auswuchtnut 72 kann in einem Abschnitt der Rückwand 58 mit einer kontinuierlichen gekrümmten oder flachen Fläche ausgebildet sein. Die Rückwand 58 kann sich allgemein in einer radialen Richtung bezüglich der Drehachse 50 des Rads 70 erstrecken. Vor dem Ausbilden der Auswuchtnut 72 kann die Rückwand 58 flach, gekrümmt oder konisch sein. Beispielsweise kann die Rückwand 58 des Verdichterrads 20 und des Turbinenrads 30 nach innen gekrümmt und im Wesentlichen konkav sein, wie in 1 gezeigt ist.
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Bei einer Ausführungsform kann sich die Auswuchtnut 72 in einem äußeren Ring der Rückwand 58 befinden, der durch eine äußere Hälfte eines Radius der Rückwand 58 definiert ist. Wenn beispielsweise der Radius der Rückwand etwa 60 mm beträgt, dann kann der äußere Ring der Rückwand 58 durch den Abschnitt der Rückwand 58 definiert sein, der 30 mm (die Hälfte des Radius der Rückwand) oder mehr von der Drehachse 50 des Rads 70 beabstandet ist. Bei einer Ausführungsform kann die Auswuchtnut 72 insgesamt oder zumindest teilweise innerhalb des äußeren Rings der Rückwand 58 liegen.
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Jede von der ersten Seitenwand 76, der zweiten Seitenwand 78, der dritten Seitenwand 80 und der vierten Seitenwand 82 kann eine nach hinten zeigende Fläche 84 der Rückwand 58 mit der Bodenfläche 74 der Auswuchtnut 72 verbinden. Jede der Seitenwände 76, 78, 80 und 82 kann eine glatte (z. B. ohne winkelige Ecken) und kontinuierliche Krümmung zwischen der nach hinten zeigenden Fläche 84 der Rückwand 58 und der Bodenfläche 74 aufweisen. Wie in den 3 und 4 gezeigt, kann jede der Seitenwände 76, 78, 80. 82 nach innen zu der Bodenfläche 74 der Auswuchtnut 72 gekrümmt sein. Wie in 3 gezeigt, kann jede von der dritten Seitenwand 80 und der vierten Seitenwand 82 einen Krümmungsradius R in Bezug auf eine jeweilige Achse 86 aufweisen, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt. Der Krümmungsradius R kann allgemein auf der Länge der dritten Seitenwand 80 und der vierten Seitenwand 82 in der Umfangsrichtung konstant sein.
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Jede von der ersten Seitenwand 76 und der zweiten Seitenwand 78 kann einen ähnlichen Krümmungsradius aufweisen. Der Krümmungsradius jeder der ersten Seitenwand 76 und der zweiten Seitenwand 78 kann allgemein über die Länge der ersten Seitenwand 76 und der zweiten Seitenwand 78 in der radialen Richtung konstant sein. Der Krümmungsradius jeder der ersten Seitenwand 76 und der zweiten Seitenwand 78 kann allgemein gleich dem Krümmungsradius R der dritten Seitenwand 80 und der vierten Seitenwand 82 sein.
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Die Auswuchtnut 72 kann so ausgebildet sein, dass Schnittstellen bzw. Übergänge der Seitenwände 76, 78, 80 und 82 und der Bodenfläche 74 ohne winkelige Ecken ausgebildet sind. Ferner können jeweils zwei benachbarte Seitenwände 76, 78, 80 und 82 einander derart schneiden, dass eine gekrümmte Fläche 88 ohne winkelige Ecke ausgebildet wird. Jede gekrümmte Fläche 88 kann sich ebenfalls zu der Bodenfläche 74 erstrecken und einen Krümmungsradius aufweisen, der allgemein gleich dem Krümmungsradius R der Seitenwände 76m 78, 80 und 82 ist.
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Die Auswuchtnut 72 kann durch Fräsen ausgebildet werden. Bei einer in 3 gezeigten Ausführungsform kann die Auswuchtnut 72 unter Verwendung eines Fräswerkzeugs 90 wie eines Kugelkopffräsers ausgebildet werden. Das Fräswerkzeug 90 kann ebenfalls einen Krümmungsradius aufweisen, der gleich dem Krümmungsradius R der Seitenwände 76, 78, 80 und 82 ist. Somit können sowohl das Fräswerkzeug 90 als auch die Seitenwände 76, 78, 80 und 82 denselben Krümmungsradius R aufweisen. Das Fräswerkzeug 90 kann beispielsweise ein konischer Kugelkopffräser sein, der einen Krümmungsradius von etwa 5 mm aufweist, und der Krümmungsradius R der Seitenwände 76, 78, 80 und 82 kann gleich etwa 5 mm sein. Alternativ dazu kann das Fräswerkzeug 90 einen Krümmungsradius aufweisen, der kleiner als etwa 5 mm ist, und der Krümmungsradius der Seitenwände 76, 78, 80 und 82 kann kleiner als etwa 5 mm sein. Die gefrästen Flächen können eine Oberflächenbeschaffenheit mit einer Rauheit von 0,02 mm oder weniger aufweisen.
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Die Auswuchtnut 72 kann eine Tiefe D von etwa 1 mm oder weniger haben. Die Tiefe D kann einer Entfernung zwischen der nach hinten zeigenden Fläche 84 der Rückwand 58 und der Bodenfläche 74 der Auswuchtnut 72 entsprechen. Bei einer Ausführungsform kann die Tiefe D kleiner sein als der Krümmungsradius R der Seitenwände 76, 78, 80 und 82, so dass der Krümmungsradius R relativ schwach (groß) ist.
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Wie vorher beschrieben und in 3 und 4 gezeigt, kann jede der Seitenwände 76, 78, 80 und 82 eine glatte (z. B. ohne winkelige Ecken) und kontinuierliche Krümmung zwischen der nach hinten zeigenden Fläche 84 der Rückwand 58 und der Bodenfläche 74 aufweisen. Alternativ dazu können eine oder mehrere der Seitenwände 76, 78, 80 und 82 einen geraden Abschnitt aufweisen oder vollständig gerade sein und eine winkelige Ecke oder eine Ecke mit einem Krümmungsradius (z. B. dem Krümmungsradius R) an der Schnittstelle mit der Bodenfläche 74 bilden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das offenbarte Turboladerrad und das offenbarte Verfahren zum Auswuchten bzw. Ausgleichen/Ausbalancieren des Turboladerrads können potentiell bei einem beliebigen Turbolader angewandt werden. Das offenbarte Turboladerrad und das offenbarte Verfahren zum Auswuchten des Turboladers können insbesondere bei einem Turbolader für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung angewandt werden. Für Fachleute ist jedoch offensichtlich, dass das offenbarte Turboladerrad und das offenbarte Verfahren zum Auswuchten des Turboladerrads auch bei anderen Systemen eingesetzt werden könnten, die nicht unbedingt einen Turbolader für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung betreffen.
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5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 100 zum Auswuchten eines oder mehrerer Räder 70 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt. Vor einem Ausbilden der Auswuchtnut 72 in der Rückwand 58 kann ein Bediener eine (nicht gezeigte) Auswuchtmaschine zum Durchführen eines Auswuchttests des Rads 70 durchführen (Schritt 102). Der Auswuchttest kann durchgeführt werden, um mindestens eine Unwuchtcharakteristik des Rads 70 zu bestimmen. Die eine oder mehreren Unwuchtcharakteristiken können zum Charakterisieren der Masseverteilung des Rads 70 bezüglich einer Drehachse verwendet werden. Beispielsweise können die Unwuchtcharakteristiken einen Betrag und eine Richtung einer Unwuchtkraft bei einer Drehung des Rads 70 beinhalten. Die Auswuchtmaschine kann den Auswuchttest an dem Rad durchführen und die Unwuchtcharakteristiken bestimmen.
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Der Bediener und/oder die Auswuchtmaschine können die Information zum Steuern eines Entfernens von Material basierend auf den durch die Auswuchtmaschine bestimmten Unwuchtcharakteristiken bestimmen (Schritt 104). Bei einer Ausführungsform kann die Auswuchtmaschine die Unwuchtcharakteristiken zum Bestimmen von Information in Bezug auf das Steuern eines Entfernens von Material zum Auswuchten des Rads 70 verwenden. Beispielsweise kann die Information zum Steuern eines Entfernens von Material mindestens eine Charakteristik der Auswuchtnut 72 enthalten, z. B. eine Position der Auswuchtnut 72 in der Rückwand 58, eine Größe (z. B. Winkel α, Breite W, Tiefe D, Krümmungsradius R, etc.) der Auswuchtnut 72, etc. Die Auswuchtmaschine kann die Information zum Steuern eines Entfernens von Material ausgeben. Alternativ dazu kann der Bediener oder die Fräsmaschine (anstelle der Auswuchtmaschine) die Information zum Steuern eines Entfernens von Material basierend auf einer oder mehreren Unwuchtcharakteristiken bestimmen, die von der Auswuchtmaschine ausgegeben werden.
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Der Bediener und/oder die Auswuchtmaschine können die Information zum Steuern eines Entfernens von Material in eine Fräsmaschine eingeben (Schritt 106). Die Fräsmaschine kann beispielsweise das Fräswerkzeug 90 aufweisen. Der Bediener kann die Fräsmaschine zum Ausbilden der Auswuchtnut 72 an dem Rad 70 verwenden (Schritt 108). Bei einer Ausführungsform kann die Information zum Steuern eines Entfernens von Material in die Fräsmaschine eingegeben werden, und die Fräsmaschine kann basierend auf der eingegebenen Information die Auswuchtnut 72 automatisch an dem Rad 70 ausbilden. Beispielsweise kann die Fräsmaschine automatisch eine oder mehrere Betriebscharakteristiken wie die Schneidgeschwindigkeit, z. B. die Geschwindigkeit einer Drehung des Fräswerkzeugs 90, und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit, z. B. die Geschwindigkeit, mit der das Fräswerkzeug 90 längs der Rückwand 58 des Rads 70 vorgeschoben wird, steuern. Die Schneidgeschwindigkeit und/oder die Vorschubgeschwindigkeit können durch die Fräsmaschine basierend auf der eingegebenen Information zum Steuern des Entfernens von Material gesteuert werden und ferner so bestimmt werden, dass die Bildung von Spannungszentren, Mikrorissen, Oberflächendefekten und/oder anderen Merkmalen, die die Lebensdauer des Rads 70 verringern können, verringert werden.
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Nach Ausbildung der Auswuchtnut 72 an dem Rad 70 kann der Bediener das Rad 70 prüfen (Schritt 110). Beispielsweise kann der Bediener das Rad 70 im Hinblick auf Spannungszentren, Mikrorisse, Oberflächendefekten oder andere Merkmale, die die Lebensdauer des Rads 70 verringern können, untersuchen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Bediener die Auswuchtmaschine zum Durchführen des Auswuchttests an dem Rad 70 verwenden. Wenn der Bediener bestimmt, dass das Rad 70 die Prüfung besteht (Schritt 112: JA), dann kann der Bediener die Fräsmaschine zum Ausbilden der Auswuchtnut 72 an ähnlichen Rädern 70 verwenden, sofern dies gewünscht ist (Schritt 114). Beispielsweise kann der Bediener den Schritt 108 zum Ausbilden der Auswuchtnut 72 an anderen Rädern 70, die aus demselben Material ausgebildet sind und/oder unter Verwendung derselben Abmessungen und Toleranzen wie der des Rads 70, das in Schritt 110 untersucht worden ist, hergestellt worden sind, wiederholen. Die Auswuchtnut 72 an den anderen Rädern 70 kann unter Verwendung derselben Information zum Steuern der Entfernung von Material ausgebildet werden, die in Schritt 104 bestimmt worden ist, und daher können die Schritte 102–106 für die anderen Räder 70 weggelassen werden.
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Wenn der Bediener andererseits bestimmt, dass das Rad 70 die Prüfung nicht besteht (Schritt 112: NEIN), dann kann der Bediener die Betriebscharakteristiken der Fräsmaschine basierend auf der Prüfung anpassen (Schritt 116). Beispielsweise kann der Bediener, wenn der Bediener bestimmt, dass die Menge an Spannungszentren, Mikrorissen, Oberflächendefekten oder anderen Merkmalen des Rads 70, die die Lebensdauer des Rads 70 verringern können, nicht akzeptabel ist, die Schneidgeschwindigkeit oder Vorschubgeschwindigkeit der Fräsmaschine anpassen. Wenn der Bediener die Auswuchtmaschine zum Durchführen des Auswuchttests an dem Rad 70 in Schritt 110 verwendet und die Unwuchtkraft des Rads 70, die anhand des Auswuchttests bestimmt wird, nicht akzeptabel (z. B. zu groß) ist, dann kann der Bediener die Ergebnisse verwenden und die Information zum Steuern eines Entfernens von Material, z. B. die Charakteristik(en) der Auswuchtnut 72, anpassen.
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Der Bediener kann dann die Fräsmaschine an einem neuen Rad 70 (z. B. aus demselben Material ausgebildet und/oder unter Verwendung derselben Abmessungen und Toleranzen wie der des Rads 70, das in Schritt 110 untersucht worden ist, hergestellt) zum Ausbilden einer Auswuchtnut 72 an dem neuen Rad 70 verwenden. Der Bediener kann dann zu den Schritten 110 und 112 zurückkehren, um das Rad 70 zu prüfen und zu bestimmen, ob das Rad 70 die Prüfung besteht.
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Das in Verbindung mit 5 beschriebene Flussdiagramm zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens zum Auswuchten eines oder mehrerer Turboladerräder. Für Fachleute ist offensichtlich, dass ähnliche Verfahren verwendet werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
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Das Turboladerrad und das Verfahren zum Auswuchten des Turboladerrads, die im Vorhergehenden beschrieben wurden, können gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile aufweisen. Da die Auswuchtnut 72 in dem Rad 70 unter Verwendung eines Fräswerkzeugs (anstatt beispielsweise unter Verwendung eines Schleifrad) ausgebildet wird, kann das Rad 70 mit weniger Spannungszentren, Mikrorissen, Oberflächendefekten und/oder anderen Merkmalen, die die Lebensdauer des Rads 70 verringern können, ausgebildet werden. Ferner kann die Auswuchtnut 72 in dem äußeren Ring des Rads 70 ausgebildet werden, wo es weniger oder keine Wärmeeinflusszonen gibt. Das Ausbilden der Auswuchtnut 72 in einer Wärmeeinflusszone kann zu einem Versagen aufgrund von Ermüdung führen und die Lebensdauer des Rads 70 verringern. Zusätzlich dazu kann das Rad 70 mit einem relativ schwachen (großen) Radius ausgebildet werden, beispielsweise an der Basis der Auswuchtnut 72, wo die Seitenwände 76, 78, 80 und 82 auf die Bodenfläche 74 der Auswuchtnut 72 treffen. Demzufolge können Spannungen in dem Rad 70 minimiert werden.
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Die Auswuchtnut 72 kann in der Rückwand 58 ausgebildet werden, die eine kontinuierliche gekrümmte oder flache Fläche sein kann. Demzufolge besteht möglicherweise keine Notwendigkeit, einen Opferring an der Rückwand 58 oder anderes Material, das von der Rückwand 58 nach hinten vorsteht und das zum Auswuchten des Rads 70 zumindest teilweise entfernt werden kann, vorzusehen. Alternativ dazu kann das Rad 70 einen Opferring an der Rückwand 58 aufweisen, und die Auswuchtnut 72 kann in dem Opferring ausgebildet werden. Der Opferring kann sich z. B. 360 Grad um die Drehachse 50 an der Rückwand 58 erstrecken, und die Auswuchtnut 72 kann in dem Opferring zum Entfernen eines Teils des Materials des Opferrings zum Auswuchten des Rads 70 ausgebildet werden.
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Das Verfahren zum Auswuchten des Rads 70 kann das Verwenden der Fräsmaschine zum automatischen Steuern des Entfernens von Material zum Ausbilden der Auswuchtnut 72 beinhalten. Beispielsweise kann die Fräsmaschine automatisch eine oder mehrere Betriebscharakteristiken wie die Schneidgeschwindigkeit oder die Vorschubgeschwindigkeit steuern. Demzufolge kann der Schneidbetrieb automatisiert und gesteuert werden, so dass eine Beschädigung des Rads 70 verringert wird und eine Abweichung bei mehreren Rädern 70 verringert wird. Ferner können die Betriebscharakteristiken der Fräsmaschine optimiert werden, um die Ausbildung von Spannungszentren, Mikrorissen, Oberflächendefekten und/oder anderen Merkmalen, die die Lebensdauer des Rads 70 verringern können, zu verringern.
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Für Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Turboladerrad und dem offenbarten Verfahren zum Auswuchten des Turboladerrads vorgenommen werden können. Andere Ausführungsformen ergeben sich für Fachleute aus der Beschreibung und der Umsetzung des offenbarten Turboladerrads und des offenbarten Verfahrens zum Auswuchten des Turboladerrads. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich beispielhaft sein, und der Schutzbereich wird durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente angegeben.
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Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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