DE102016114452A1

DE102016114452A1 - Geschmiedetes Material für einen Rotor und Verfahren zur Herstellung eines Rotors unter Anwendung von geschmiedetem Material für einen Rotor

Info

Publication number: DE102016114452A1
Application number: DE102016114452.5A
Authority: DE
Inventors: Zenji SHIMIZU; Kazuaki Kondo
Original assignee: Uacj Foundry & Forging Corp
Current assignee: Uacj Foundry & Forging Corp
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2017-02-09
Also published as: US20170037865A1; JP6535248B2; JP2017030030A

Abstract

Es wird ein geschmiedetes Material (2) für einen Rotor vorgesehen, um durch mechanische Bearbeitung einen Rotor (1) mit einem Nabenbereich (11) und eine Vielzahl der Flügelbereiche (12) zu erhalten. Das geschmiedete Material (2) für einen Rotor umfasst einen Nabenformabschnitt (21) und eine Vielzahl der Flügelformabschnitte (22), die 1:1 der Vielzahl der Flügelbereiche (12) entsprechen. Die Vielzahl der Flügelbereiche (12) umfassen jeweils eine erste Stirnfläche (121), die in Richtung der äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs (11) zeigt und eine zweite Stirnfläche (122), die der ersten Stirnfläche (121) gegenüberliegt. Die Vielzahl der Flügelformabschnitte (22) umfasst jeweils eine flügelförmige Fläche (220) mit einer Form, die zumindest einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche (122) des 1:1 entsprechenden Flügelbereichs (12) folgt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein geschmiedetes Material für einen Rotor, und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors unter Anwendung des geschmiedeten Materials für einen Rotor.
Rotoren sind bekannt, wie z. B. Verdichterlaufräder zur Verwendung in Kompressoren für Automobile, Schiffe etc. Ein solcher Rotor umfasst einen Nabenbereich und eine Vielzahl der Flügelbereiche, die dazu vorgesehen sind, auf einer äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs zu stehen. Die Rotoren werden im Gussverfahren hergestellt oder durch mechanische Bearbeitung eines Materials wie z. B. eines Gussmaterials, eines extrudierten Materials und eines geschmiedeten Materials. Insbesondere sind Verdichterlaufräder zur Verwendung in Turboladern von Automobilen herkömmlicherweise durch Gussverfahren hergestellt worden; jedoch hat sich die Herstellung durch mechanische Bearbeitung in den letzten Jahren mit dem Ziel der Kostenreduktion etc. etabliert. Wenn das Verdichterlaufrad durch mechanische Bearbeitung hergestellt wird, kann das Material aus einem gegossenen Material, einem extrudierten Material, einem geschmiedeten Material etc. ausgewählt werden. Hinsichtlich der Gewichtsreduktion und der Warmfestigkeit hat die Herstellung durch mechanische Bearbeitung eines aus einer Aluminiumlegierung geschmiedeten Materials zugenommen.
Der Rotor wird unter schwierigen Bedingungen bei hohen Temperaturen und mit hohen Drehgeschwindigkeiten je nach seiner Anwendung verwendet. Zum Beispiel wird ein Verdichterlaufrad zur Verwendung in einem Turbolader eines Automobils unter schwierigen Bedingungen bei hohen Temperaturen von ca. 200°C und mit einer hohen Drehgeschwindigkeit von 100.000–200.000 Umdrehungen pro Minute verwendet. Somit wird eine hohe Festigkeit (insbesondere eine hohe Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung) benötigt. Daher wird bei der Herstellung eines Verdichterlaufrades bevorzugt ein geschmiedetes Material mit einer hohen Festigkeit zur Herstellung durch mechanische Bearbeitung verwendet. Beispielsweise offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2006-305629 ein Verfahren zur Anfertigung eines geschmiedeten Materials für einen Rotor, das eine hohe Festigkeit aufweist, indem es Kristallkörner gleichförmig steuert.
Bei einem solchen Verfahren wird zunächst das eine massive Form (eine glockenähnliche Form) aufweisende geschmiedete Material angefertigt. Dann wird ein Rotor hergestellt, indem das geschmiedete Material mechanisch bearbeitet wird. Wenn das geschmiedete Material mechanisch bearbeitet wird, um den Rotor herzustellen, wird jedoch wahrscheinlich eine Eigenspannung in dem mechanisch bearbeiteten Rotor erzeugt, da so viele Bereiche des geschmiedeten Materials mechanisch bearbeitet wurden. Zusätzlich wird wahrscheinlich, da die Form des geschmiedeten Materials eine glockenähnliche Form ist, die sich sehr von der Form eines Endprodukts unterscheidet, eine metallografische Struktur, insbesondere Kornfließlinien (Metallfluss) innerhalb des geschmiedeten Materials geschnitten, wenn das geschmiedete Material mit glockenähnlicher Form mechanisch bearbeitet wird, um die Rotorflügel zu formen. Diese Faktoren können zu verschlechterter Festigkeit (insbesondere Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung) des mechanisch bearbeiteten Rotors führen, und somit kann ein Ermüdungsriss im Rotor erzeugt werden, wenn der Rotor für lange Zeit unter schwierigen Bedingungen bei hohen Temperaturen und mit hohen Drehgeschwindigkeiten verwendet wird.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist bevorzugt ein geschmiedetes Material für einen Rotor vorzusehen, das eine Verbesserung der Festigkeit, insbesondere der Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung, eines durch mechanische Bearbeitung erhaltenen Rotors zulässt, und ein Verfahren zur Herstellung des Rotors unter Anwendung des geschmiedeten Materials für einen Rotor.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein geschmiedetes Material für einen Rotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein geschmiedetes Material für einen Rotor aus einer Aluminiumlegierung, um durch mechanische Bearbeitung einen Rotor mit einem Nabenbereich und eine Vielzahl der Flügelbereiche, die dazu vorgesehen sind, auf einer äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs zu stehen, zu erhalten. Das geschmiedete Material für einen Rotor umfasst einen Nabenformabschnitt, der ein Formteil des Nabenbereichs ist, und eine Vielzahl der Flügelformabschnitte, die Formteile der Vielzahl der Flügelbereiche sind und 1:1 der Vielzahl der Flügelbereiche entsprechen. Die Vielzahl der Flügelbereiche umfasst jeweils eine erste Stirnfläche, die in Richtung der äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs zeigt und eine zweite Stirnfläche, die der ersten Stirnfläche gegenüberliegt. Die Vielzahl der Flügelformabschnitte umfasst jeweils eine flügelförmige Fläche mit einer Form, die zumindest einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche des 1:1 entsprechenden Flügelbereichs folgt.
Bei dem oben beschriebenen geschmiedeten Material für einen Rotor (nachfolgend einfach bezeichnet als geschmiedetes Material, wenn zutreffend) ist jeder Flügelformabschnitt mit der flügelförmigen Fläche versehen, die eine Form aufweist, die der Kontur der zweiten Stirnfläche des entsprechenden Flügelbereichs des Rotors folgt. Somit kann, wenn das geschmiedete Material mechanisch bearbeitet wird, um den Rotor herzustellen, verhindert werden, dass Kornfließlinien (Metallfluss) innerhalb des geschmiedeten Materials durch die mechanische Bearbeitung geschnitten werden. Insbesondere kann bei jedem Flügelformabschnitt, der mechanisch bearbeitet wird, um den entsprechenden Flügelbereich zu formen, in der flügelförmigen Fläche jedes Flügelformabschnitts verhindert werden, dass Kornfließlinien durch die mechanische Bearbeitung geschnitten werden.
Infolgedessen ist das zweite Stirnende jedes Flügelbereichs eine Fläche, bei der ein Schneiden der Kornfließlinien verhindert wird. Hier wird, je weniger die Kornfließlinien am zweiten Stirnende (der Fläche, die beispielsweise in Kontakt mit einer Flüssigkeit kommt) geschnitten sind, mit umso geringerer Wahrscheinlichkeit ein Ermüdungsriss erzeugt. Wenn kein Ermüdungsriss erzeugt wird, tritt keine Rissausbreitung auf, noch nicht einmal, nachdem der Rotor beispielsweise wiederholt einer Strömungskraft ausgesetzt wird, während er sich mit Hochgeschwindigkeit dreht. Daher ist es möglich, eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit jedes Flügelbereichs (insbesondere eines mit dem Nabenbereich verbundenen Basisbereichs) des Rotors anzustreben, der durch mechanische Bearbeitung des geschmiedeten Materials erreicht wird.
Dadurch, dass jeder Flügelformabschnitt mit der flügelförmigen Fläche versehen ist, gestattet das geschmiedete Material zudem eine Reduzierung des Umfangs der mechanischen Bearbeitung des geschmiedeten Materials, wenn das geschmiedete Material mechanisch bearbeitet wird, um den Rotor herzustellen. Insbesondere kann der Umfang der mechanischen Bearbeitung reduziert werden, wenn die Vielzahl der Flügelformabschnitte mechanisch bearbeitet wird, um die Vielzahl der Flügelbereiche zu formen. Dies ermöglicht eine Reduzierung der innerhalb des mechanisch bearbeiteten Rotors erzeugten Eigenspannung. Hier hat die Eigenspannung auch einen bedeutenden Einfluss auf die Erzeugung und Ausbreitung eines Ermüdungsrisses. Insbesondere, wenn der mechanisch bearbeitete Rotor derselben Spannung ausgesetzt wurde, ist es wahrscheinlich, dass ein Ermüdungsriss erzeugt wird und sich ausbreitet, wenn die Eigenspannung groß ist. Daher macht es die Reduzierung der Eigenspannung in dem durch mechanische Bearbeitung des geschmiedeten Materials erhaltenen Rotor möglich, eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit des Rotors anzustreben. Zusätzlich ermöglicht eine Reduzierung der mechanisch zu bearbeitenden Bereiche eine Verbesserung der Produktivität, Materialausbeute etc.
Wie oben beschrieben ermöglichen es zwei Aspekte des geschmiedeten Materials, d. h. das geringe Auftreten eines Schneidens der Kornfließlinien aufgrund der mechanischen Bearbeitung und eine reduzierte Eigenspannung, die mechanischen Eigenschaften des durch mechanische Bearbeitung des geschmiedeten Materials erzeugten Rotors, insbesondere die Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung, zu verbessern. Somit kann, selbst wenn der Rotor, der beispielsweise an einem Verdichterlaufrad zur Verwendung an einem Turbolader für ein Automobil angebracht ist, für eine lange Zeitspanne unter schwierigen Hochtemperaturbedingungen (z. B. ca. 200°C) und mit einer hohen Drehgeschwindigkeit (z. B. 100.000–200.000 Umdrehungen pro Minute) verwendet wird, die Erzeugung und Ausbreitung eines Ermüdungsrisses im Rotor verhindert werden, und somit die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Rotors erhöht werden.
Das geschmiedete Material ist für die Herstellung des Rotors durch mechanische Bearbeitung ausgestaltet. Der Rotor ist beispielsweise ein Verdichterlaufrad zur Verwendung in einem Verdichter eines Automobils, eines Schiffs etc. Insbesondere sind ein Verdichterlaufrad zur Verwendung in einem Turbolader eines Automobils und eines Schiffes, ein Verdichterlaufrad zur Verwendung in einem elektrischen Generator usw. als Beispiele aufgezählt. Im Rotor ist der Nabenbereich ein Bereich, der zu einem sich drehenden Wellenbereich wird, wenn sich der Rotor dreht. Die Vielzahl der Flügelbereiche sind Bereiche zum Einführen einer Flüssigkeit, wenn sich der Rotor dreht.
Das geschmiedete Material besteht aus einer Aluminiumlegierung. Als Aluminiumlegierung können z. B. Aluminiumverbindungen der Serien JIS 6000, JIS 7000 oder JIS 2000 mit einer hohen Temperaturfestigkeit verwendet werden. Das geschmiedete Material kann durch Schmieden (Warmumformen etc.) einer Aluminiumlegierung hergestellt werden. Das geschmiedete Material kann eine spezielle Form aufweisen, einschließlich des Nabenformabschnitts und der Vielzahl der Flügelformabschnitte durch Gesenkschmieden etc., unter Verwendung eines Ausformwerkzeugs oder dergleichen.
Die Vielzahl der Flügelformabschnitte ist für die Formung der Vielzahl der Flügelbereiche durch mechanische Bearbeitung ausgestaltet. Die Vielzahl der Flügelformabschnitte kann jeweils ein Abschnitt sein, aus dem ein Flügelbereich geformt wird. Durch das Formen der Vielzahl der Flügelbereiche können die entsprechenden Flügelbereiche die gleiche Form aufweisen, oder sie können eine unterschiedliche Form aufweisen. Weiterhin ist die Anzahl der Vielzahl der Flügelformabschnitte nicht auf eine bestimmte beschränkt. Ein Flügelformabschnitt kann vorgesehen sein.
Die flügelförmige Fläche weist eine Form auf, die der Kontur der zweiten Stirnfläche folgt. Die zweite Stirnfläche ist eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende Fläche, die der äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs in jedem Flügelbereich gegenüberliegt. Die Form, die der Kontur der zweiten Stirnfläche folgt, bezieht sich beispielsweise auf eine annähernd parallel zur zweiten Stirnfläche liegende Fläche, und bezieht sich auf eine Fläche, die so geformt ist, dass, wenn die flügelförmige Fläche mechanisch bearbeitet wird, um die zweite Stirnfläche zu formen, eine mechanische Bearbeitungsdicke annähernd konstant ist. „Annähernd parallel zur der zweiten Stirnfläche” erfordert keine perfekte Parallelität zur zweiten Stirnfläche und ist akzeptabel, wenn sie beispielsweise innerhalb von ±15 Grad in Bezug auf die zweite Stirnfläche liegt. Hier werden in dem durch das Schmieden einer Aluminiumlegierung erhaltenen geschmiedeten Material die Kornfließlinien innerhalb des geschmiedeten Materials entlang (annähernd parallel zu) einer Fläche des geschmiedeten Materials geformt, insbesondere in einem Flächenbereich des geschmiedeten Materials. Somit kann, wenn die zweite Stirnfläche durch mechanische Bearbeitung entlang (annähernd parallel zu) einer der flügelförmigen Fläche geformt wird, ein Schneiden der Kornfließlinien innerhalb des geschmiedeten Materials aufgrund von mechanischer Bearbeitung verhindert werden.
Die flügelförmige Fläche weist eine Form auf, die zumindest einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche folgt. Das heißt, die flügelförmige Fläche kann eine Form aufweisen, die einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche folgt, oder kann eine Form aufweisen, die der gesamten Kontur der zweiten Stirnfläche folgt. Alternativ kann die flügelförmige Fläche für einige der Vielzahl der Flügelformabschnitte vorgesehen sein, oder kann für jeden Flügelformabschnitt vorgesehen sein.
In dem geschmiedeten Material kann die flügelförmige Fläche zumindest in einem radialen äußeren Endbereich jeder der Vielzahl der Flügelformabschnitte vorgesehen sein. Insbesondere ist der radiale äußere Endbereich jeder der Vielzahl der Flügelformabschnitte ein Bereich (entsprechend einem äußeren Umfangsbereich des Rotors), der besonders einer Zentrifugalkraft und einer Strömungskraft (Luftkraft, beispielsweise im Fall eines Turboladers eines Automobils) ausgesetzt ist, wenn der mechanisch bearbeitete Rotor gedreht wird, und somit ist der radiale äußere Endbereich ein Bereich, der eine höhere Ermüdungsfestigkeit benötigt. Daher ist es durch das Vorsehen der flügelförmigen Fläche in solch einem Bereich möglich, eine effektive Wirkung einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperatur-Umgebung, des durch mechanische Bearbeitung hergestellten Rotors auszuüben. Bevorzugt ist die flügelförmige Fläche beispielsweise mindestens in einem Bereich innerhalb von 10% einer radialen Länge von einem äußeren Ende des Flügelformbereichs vorgesehen.
Weiterhin kann die flügelförmige Fläche zumindest in einem Bereich entsprechend dem äußeren Umfangsbereich in jedem Flügelformabschnitt vorgesehen sein. Bevorzugt ist die flügelförmige Fläche beispielsweise zumindest in dem Bereich entsprechend dem äußeren Umfangsbereich des Rotors in jedem Flügelformabschnitt und entsprechend einem Bereich innerhalb von 10% eines Radius von einem äußeren Umfang (äußeren Ende) des Rotors vorgesehen.
Die Vielzahl der Flügelbereiche kann jeweils einen oder mehrere Flügel umfassen. Die Vielzahl der Flügelformabschnitte kann jeweils einen ersten Teil, der ein Formteil eines ersten Flügels als der eine oder mehrere Flügel ist, und einen zweiten Teil, der ein Formteil des zweiten Flügels als der eine oder mehrere Flügel ist, umfassen, und der zweite Flügel ist in einer axialen Länge kürzer als der erste Flügel. Die flügelförmige Fläche kann eine erste flügelförmige Fläche entsprechend dem ersten Flügel umfassen. In diesem Fall wird es einfacher, den ersten und den zweiten Flügel zu formen, die sich in der axialen Länge voneinander unterscheiden, indem der Flügelformabschnitt mechanisch aus dem geschmiedeten Material bearbeitet wird. Zusätzlich kann die Wirkung erreicht werden, dass ein Schneiden der Kornfließlinien innerhalb des geschmiedeten Materials durch mechanische Bearbeitung ausreichend verhindert wird. Die axiale Länge des Flügels bezeichnet eine Länge (Höhe) des Flügels in axialer Richtung des Rotors. Die dem ersten Flügel entsprechende flügelförmige Fläche bezeichnet die flügelförmige Fläche mit einer Form, die zumindest einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche des ersten Flügels folgt.
Die Vielzahl der Flügelformabschnitte kann jeweils einen den ersten und den zweiten Teil beinhaltenden ersten Formabschnitt und einen den restlichen Teil beinhaltenden zweiten Formabschnitt umfassen, der ein Formteil eines Überrests des zweiten Flügels ist. Der erste Formabschnitt kann die erste flügelförmige Fläche umfassen, und der zweite Formabschnitt kann eine dem zweiten Flügel entsprechende zweite flügelförmige Fläche umfassen. In diesem Fall wird es einfacher, den ersten Flügel und den zweiten Flügel zu formen, die sich in axialer Länge voneinander unterscheiden, indem der Flügelformabschnitt mechanisch aus dem geschmiedeten Material bearbeitet wird. Zusätzlich kann die Wirkung weiter verstärkt werden, dass ein Schneiden der Kornfließlinien innerhalb des geschmiedeten Materials durch mechanische Bearbeitung verhindert wird. Der Überrest des zweiten Flügels bezeichnet den anderen Teil ausschließlich des in dem ersten Formabschnitt geformten Teils des zweiten Flügels. Die dem zweiten Flügel entsprechende flügelförmige Fläche bezeichnet die flügelförmige Fläche mit einer Form, die zumindest einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche des zweiten Flügels folgt.
Der Rotor kann ein Verdichterlaufrad sein. Beispielsweise wird ein Verdichterlaufrad zur Verwendung in einem Turbolader eines Automobils für einen langen Zeitraum unter schwierigen Bedingungen mit hohen Temperaturen und hohen Drehgeschwindigkeiten verwendet und somit sind hohe mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung erforderlich. Daher ist es effektiv, den Rotor unter Verwendung des geschmiedeten Materials herzustellen, das eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung des durch mechanische Bearbeitung erhaltenen Rotors ermöglicht.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Bearbeitungsstufe der mechanischen Bearbeitung des geschmiedeten Materials für einen Rotor, um den oben beschriebenen Rotor zu erhalten.
Mit dem Verfahren zur Herstellung eines Rotors ist es möglich, durch Durchführung der mechanischen Bearbeitungsstufe einen Rotor zu erhalten, der hohe mechanische Eigenschaften hat, insbesondere eine hohe Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung. Daher kann die Erzeugung und Verbreitung eines Ermüdungsrisses im Rotor verhindert werden, selbst wenn der Rotor, der beispielsweise an einem Verdichterlaufrad zur Benutzung in einem Turbolader eines Automobils eingesetzt ist, für einen langen Zeitraum unter schwierigen Bedingungen bei hoher Temperatur und hohen Drehgeschwindigkeiten verwendet wird, und somit kann die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Rotors erhöht werden.
In dem Verfahren zur Herstellung eines Rotors kann die mechanische Bearbeitung im Verfahrensschritt annähernd parallel zu der flügelförmigen Fläche jeder der Vielzahl der Flügelformabschnitte ausgeführt werden, um somit die zweite Stirnfläche zu bilden. In diesem Fall kann die Wirkung der Verhinderung des Schneidens der Kornfließlinien innerhalb des geschmiedeten Materials aufgrund von mechanischer Bearbeitung verstärkt werden. „Annähernd parallel zu der flügelförmigen Fläche” erfordert keine perfekte Parallelität zu der flügelförmigen Fläche, und es ist akzeptabel, wenn der Wert beispielsweise innerhalb ±15 Grad in Bezug auf die flügelförmige Fläche beträgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielhafte Ausgestaltungen werden nun durch Beispiele mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht des Verdichterlaufrads der Ausgestaltung 1;
2 eine Draufsicht des Verdichterlaufrads der Ausgestaltung 1;
3 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie III-III in 2;
4 eine perspektivische Ansicht eines geschmiedeten Materials der Ausgestaltung 1;
5 eine Draufsicht des geschmiedeten Materials der Ausgestaltung 1;
6 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie VI-VI in 5;
7 eine perspektivische Ansicht eines geschmiedeten Materials der Ausgestaltung 2;
8 eine Draufsicht des geschmiedeten Materials der Ausgestaltung 2;
9 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie IX-IX in 8;
10 eine perspektivische Ansicht eines Verdichterlaufrads des Beispiels 2;
11 eine Draufsicht des Verdichterlaufrads der Beispiels 2;
12 eine perspektivische Ansicht eines geschmiedeten Materials des Beispiels 5;
13 ein schematisches Diagramm der Kornfließlinien innerhalb des Verdichterlaufrads der Beispiele 1–3; und
14 ein schematisches Diagramm der Kornfließlinien innerhalb des Verdichterlaufrads der vergleichenden Beispiele 4 und 5.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
[Ausgestaltung 1]
Ein Rotor der vorliegenden Ausgestaltung ist ein Verdichterlaufrad zur Verwendung in einem Turbolader eines Automobils. Daher ist das geschmiedete Material für einen Rotor der vorliegenden Ausgestaltung ein geschmiedetes Material für ein Verdichterlaufrad.
Zunächst wird ein Verdichterlaufrad mit Bezug auf die 1–3 beschrieben.
Ein Verdichterlaufrad 1 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Das Verdichterlaufrad 1 wird durch mechanische Bearbeitung eines geschmiedeten Materials 2 aus einer Aluminiumlegierung, erhalten, die später beschrieben wird. An einer Oberseite der 3 ist ein axiales Ende (ein oberes Ende) des Verdichterlaufrades 1, und an einer Unterseite der 3 ist das andere axiale Ende (ein unteres Ende).
Das Verdichterlaufrad 1 umfasst einen Nabenbereich 11 und eine Vielzahl der auf der äußeren Umfangsfläche 111 des Nabenbereichs 11 vorgesehenen Flügelbereiche 12. In dem Verdichterlaufrad 1 der vorliegenden Ausgestaltung beträgt die Anzahl der Vielzahl der Flügelbereiche 12 insgesamt sechs.
Der Nabenbereich 11 weist eine annähernd kegelstumpfartige Form auf, die so geformt ist, dass sie im äußeren Durchmesser von dem einen axialen Ende (dem oberen Ende) zum anderen axialen Ende hin (dem unteren Ende) schrittweise größer wird. Der Nabenbereich 11 weist eine Durchgangsbohrung 112 auf, die dazu vorgesehen ist, von einem axialen Ende (dem oberen Ende) zum anderen axialen Ende (dem unteren Ende) zu verlaufen. Das Verdichterlaufrad 1 dreht sich um eine Mittelachse des Nabenbereichs 11 durch Drehung einer in die Durchgangsbohrung 112 eingeführten Verdichterwelle (nicht dargestellt).
Die Vielzahl der Flügelbereiche 12 ist einstückig mit dem Nabenbereich 11 ausgebildet. Die Vielzahl der Flügelbereiche 12 ist so vorgesehen, dass sie jeweils aus der äußeren Umfangsfläche 111 des Nabenbereichs 11 hervorstehen. Jeder Flügelbereich 12 (ein langer Flügel 12a, ein kurzer Flügel 12b) weist eine dünne Plattenform auf und umfasst eine erste Stirnfläche 121, die eine Stirnfläche (eine Fläche auf einer Seite) in einer Dickenrichtung ist, und eine zweite Stirnfläche 122, die die andere Stirnfläche (eine Fläche auf der anderen Seite) ist. Die erste Stirnfläche 121 ist in Richtung des anderen axialen Endes (des unteren Endes) gerichtet und ist so gekrümmt, dass sie der äußeren Umfangsfläche 111 des Nabenbereichs 11 gegenüberliegt. Die zweite Stirnfläche 122, die eine Fläche ist, die mit Flüssigkeit in Kontakt kommt, ist in Richtung des einen axialen Endes (des oberen Endes) gerichtet und ist so gekrümmt, dass sie in eine Richtung einer Seite gerichtet ist, die der Seite, in deren Richtung die erste Stirnfläche 121 gerichtet ist, gegenüberliegt.
Jeder Flügelbereich 12 beinhaltet den langen Flügel 12a (einen ersten Flügel) und den kurzen Flügel 12b (einen zweiten Flügel), der in der axialen Länge (axialen Höhe) kürzer ist als der lange Flügel 12a. Eine Vielzahl (sechs) der langen Flügel 12a ist entsprechend der Vielzahl der Flügelbereiche 12 vorgesehen. Die sechs langen Flügel 12a sind in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet. Eine Vielzahl (sechs) der kurzen Flügel 12b ist entsprechend der Vielzahl der Flügelbereiche 12 vorgesehen. Die sechs kurzen Flügel 12b sind in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet. Die Vielzahl (sechs) der langen Flügel 12a und die Vielzahl (sechs) der kurzen Flügel 12b sind einander abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Einer der Vielzahl der kurzen Flügel 12b ist so angeordnet, dass ein Teil des so kurzen Flügels 12b einen der Vielzahl der langen Flügel 12a, der benachbart zu solch einem kurzen Flügel 12b ist, axial überlappt. Dasselbe gilt für die übrige Vielzahl der langen Flügel 12a und die übrige Vielzahl der kurzen Flügel 12b.
Als nächstes wird das geschmiedete Material für ein Verdichterlaufrad (im Folgenden einfach als geschmiedetes Material bezeichnet) beschrieben.
Wie in den 4–6 gezeigt, umfasst das geschmiedete Material 2 einen Nabenformabschnitt 21, aus dem der Nabenbereich 11 geformt wird und eine Vielzahl der Flügelformabschnitte 22, aus denen die Vielzahl der Flügelbereiche 12 geformt wird. Der Nabenformabschnitt 21 ist ein Formteil des Nabenbereichs 11, und die Vielzahl der Flügelformabschnitte 22 sind Formteile der Vielzahl der Flügelbereiche 12. Die Vielzahl der Flügelformabschnitte 22 ist jeweils mit einer flügelförmigen Fläche 220 versehen. Die flügelförmige Fläche 220 weist eine Form auf, die zumindest einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche 122 folgt. Die zweite Stirnfläche 122 ist eine Fläche gegenüber der ersten Stirnfläche 121, die beinahe der äußeren Umfangsfläche 111 des Nabenbereichs 11 gegenüberliegt. Details des geschmiedeten Materials 2 werden unten beschrieben.
Das geschmiedete Material 2 besteht aus einer Aluminiumlegierung. Da das Verdichterlaufrad 1 unter schwierigen Bedingungen mit hoher Temperatur und hohen Drehgeschwindigkeiten verwendet wird, können die JIS 6000, JIS 7000 oder JIS 2000-Serien von Aluminiumlegierungen mit einer hohen Temperaturfestigkeit verwendet werden.
Das geschmiedete Material 2 umfasst einen Basisabschnitt 20, den Nabenformabschnitt 21 und die Vielzahl (sechs) der Flügelformabschnitte 22. Der Basisabschnitt 20, den Nabenformabschnitt 21 und die Vielzahl (sechs) der Flügelformabschnitte 22, die das geschmiedete Material 2 ausmachen, sind einstückig geformt.
Der Basisabschnitt 20 ist eine Grundlage für den Nabenformabschnitt 21 und die Vielzahl der Flügelformabschnitte 22. Der Basisabschnitt 20 weist eine annähernd scheibenförmige Form auf. Der Großteil des Basisabschnitts 20 wird in einem späteren Schritt durch mechanische Bearbeitung (mechanische Bearbeitung um das Verdichterlaufrad 1 zu erhalten) entfernt.
Der Nabenformabschnitt 21 ist ein Abschnitt, der hauptsächlich den Nabenbereich 11 durch eine spätere mechanische Bearbeitung formt. Der Nabenformabschnitt 21 weist eine entsprechend abgestumpfte konische Form auf. Der Nabenformabschnitt 21 ist auf dem Basisabschnitt 20 integriert mit dem Basisabschnitt 20 vorgesehen.
Die Vielzahl der Flügelformabschnitte 22 ist auf einer äußeren Umfangsfläche 211 des Nabenbereichs 21 vorgesehen. Die Vielzahl der Flügelformabschnitte 22 ist in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Jede der Vielzahl der Flügelformabschnitte 22 wird in dem späteren Schritt mechanisch bearbeitet, und dabei wird der entsprechende Flügelbereich 12 geformt. Jeder Flügelbereich 12 beinhaltet den entsprechenden langen Flügel 12a (den ersten Flügel) und den entsprechenden kurzen Flügel 12b (den zweiten Flügel). Jeder der Flügelformabschnitte 22 beinhaltet einen Teil (einen ersten Teil), aus dem der entsprechende lange Flügel 12a geformt werden soll und einen Teil (einen zweiten Teil), aus dem der entsprechende kurze Flügel 12b geformt werden soll.
Jeder Flügelformabschnitt 22 hat drei Flächen, d. h. eine erste Fläche 221, eine zweite Fläche 222 und eine dritte Fläche 223.
Die erste Fläche 221 ist so geformt, dass sie annähernd senkrecht in axialer Richtung des Nabenformbereichs 21 steht. Die erste Fläche 221 ist entlang einer Umfangsrichtung gekrümmt. Die erste Fläche 221 weist eine annähernd dreieckige Form auf.
Die zweite Fläche 222 ist so geformt, dass sie annähernd senkrecht in axialer Richtung des Nabenformbereichs 21 steht. Die zweite Fläche 222 ist eine Fläche, die sich entlang einer radialen Richtung erstreckt (die annähernd senkrecht zu der Umfangsrichtung ist). Die zweite Fläche 222 weist eine annähernd dreieckige Form auf.
Die dritte Fläche 223 ist eine geneigte Fläche, die so geformt ist, dass sie in einem definierten Neigungswinkel steht. Die dritte Fläche 223 weist in der Draufsicht eine annähernd fächerartige Form auf (wie axial von oben gesehen).
In jedem Flügelformabschnitt 22 sind die zweite Fläche 222 und die dritte Fläche 223 in umfänglich fortlaufender Weise geformt. Die zweite Fläche 222 des Flügelformabschnitts 22 (einstweilig als erster Flügelformabschnitt 22 bezeichnet) ist in umfänglich fortlaufender Weise mit der dritten Fläche 223 eines anderen Flügelformabschnitts 22 (einstweilig als zweiter Flügelformabschnitt 22 bezeichnet) geformt, der an dem ersten Flügelformabschnitt 22 anliegt. In anderen Worten ist die dritte Fläche 223 des zweiten Flügelformabschnitts 22 in umfänglich fortlaufender Weise mit der zweiten Fläche 222 des Hauptflügelformabschnitts 22 geformt.
In jedem Flügelformbereich 22 ist die flügelförmige Fläche 220 vorgesehen, die eine Form aufweist, die der Kontur der zweiten Stirnfläche 122 des langen Flügels 12a folgt. In der vorliegenden Ausgestaltung formt die Gesamtheit der dritten Fläche 223 jedes Flügelformabschnitts 22 die flügelförmige Fläche 220.
Die flügelförmige Fläche 220 ist zumindest in einem radialen äußeren Endbereich 229 (im Folgenden einfach als Endbereich 229 bezeichnet) jedes Flügelformabschnitts 22 vorgesehen. Der Endbereich 229 ist in einem radial äußeren Bereich in jedem Flügelformabschnitt 22 geformt. Ferner ist die flügelförmige Fläche 220 mindestens in einem äußeren Bereich A vorgesehen, der ein Bereich innerhalb von 10% der radialen Länge eines äußeren Endes des Flügelformabschnitts 22 (5) ist. In der vorliegenden Ausgestaltung ist der äußere Bereich A ein Bereich zwischen der ersten Fläche 221 und einer gepunkteten Linie 231 im Flügelformabschnitt 22, und der flügelförmige Bereich 220 ist durchgehend durch die radiale Richtung des Flügelformbereichs 22 einschließlich des äußeren Bereichs A vorgesehen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Anfertigung des geschmiedeten Materials 2 beschrieben.
Bei der Anfertigung des geschmiedeten Materials 2 wurde zunächst eine Aluminiumlegierung geschmolzen. Da das Verdichterlaufrad 1 schwierigen Bedingungen mit hoher Temperatur und hohen Drehgeschwindigkeiten verwendet wird, können die JIS 6000, JIS 7000 oder JIS 2000-Serien von Aluminiumlegierungen mit einer hohen Temperaturfestigkeit verwendet werden.
Als nächstes wurde ein aus der Aluminiumlegierung angefertigter Extrusionsrohling (eine für die Extrusion angepasste Kokille) einem Homogenisierungsprozess unterworfen und mit Hilfe eines allgemeinen Extruders extrudiert. So wurde ein extrudiertes Material mit einer runden Stangenform erhalten, und in eine vorgegebene Länge geschnitten.
Dann wurde das extrudierte Material unter Temperaturbedingungen von 300–500°C heißgeschmiedet. Genauer wurde das extrudierte Material mit Hilfe einer allgemeinen Schmiedemaschine gesenkgeschmiedet. Im Gesenkschmiedeprozess wurde eine Pressform einer vorgegebenen Form verwendet (eine Pressform, die fähig ist, das geschmiedete Material 2 in den 4–6 zu formen). Auf diese Weise wurde ein geschmiedetes Zwischenmaterial erhalten.
Nachfolgend wurde das geschmiedete Zwischenmaterial entgratet und dann nacheinander einer Lösungsbehandlung, einem Abschreckprozess und einer künstlichen Alterung unterzogen. Als Ergebnis wurde das geschmiedete Material 2 einschließlich des Basisabschnitts 20, des Nabenformabschnitts 21 und der sechs Flügelformabschnitte 22 wie in den 4–6 gezeigt angefertigt.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Verdichterlaufrades 1 basierend auf dem geschmiedeten Material 2 beschrieben.
Das Verfahren zur Herstellung des Verdichterlaufrades 1 (eines Rotors) umfasst einen mechanischen Schritt der mechanischen Bearbeitung des geschmiedeten Materials 2 (eines geschmiedeten Materials für einen Rotor), um das Verdichterlaufrad 1 (den Rotor) zu erhalten. Details des Verfahrens zur Herstellung des Verdichterlaufrades 1 werden unten beschrieben.
Bei der Herstellung des Verdichterlaufrades 1 wurde das geschmiedete Material wie in den 4–6 beschrieben mechanisch bearbeitet, um eine vorgegebene Form zu erhalten (der mechanische Schritt). Die mechanische Bearbeitung kann durch Anwendung allgemeiner Maschinenarbeit durchgeführt werden. In der vorliegenden Ausgestaltung wurde das geschmiedete Material 2 unter Verwendung einer Drehbank und eines fünfachsigen Drehzentrums mechanisch bearbeitet.
Insbesondere wurde der Nabenformabschnitt 21 des geschmiedeten Materials 2 mechanisch bearbeitet, um den Nabenbereich 11 mit der Durchgangsbohrung 112 zu erhalten. Weiterhin wurde die Vielzahl der Flügelformbereiche 22 des geschmiedeten Materials 2 mechanisch bearbeitet, um die Vielzahl der Flügelbereiche 12 (die Vielzahl der langen Flügel 12a und die Vielzahl der kurzen Flügel 12b) zu formen. Insbesondere wurde bei der flügelförmigen Fläche 220 jedes Flügelformabschnitts 22 der Flügelformabschnitt 22 annähernd parallel zu der entsprechenden flügelförmigen Fläche 220 mechanisch bearbeitet, um damit die zweite Stirnfläche 122 zu formen. In diesem Fall erfordert „annähernd parallel zu der entsprechenden flügelförmigen Fläche 220” keine perfekte Parallelität zu der flügelförmigen Fläche 220, und ist akzeptabel, wenn sie beispielsweise innerhalb von ±15 Grad in Bezug auf die flügelförmige Fläche 220 liegt.
Auf diese Weise wurde das in den 1–3 gezeigte Verdichterlaufrad 1 hergestellt, das den Nabenbereich 11 mit einer annähernd abgestumpften konischen Form umfasst sowie die sechs auf der äußeren Umfangsfläche 111 des Nabenbereichs 11 vorgesehenen Flügelbereiche 12 (die sechs langen Flügel 12a und die sechs kurzen Flügel 12b).
Als nächstes werden die Auswirkungen der vorliegenden Ausgestaltung beschrieben.
In dem geschmiedeten Material 2 (dem geschmiedeten Material für einen Rotor) der vorliegenden Ausgestaltung ist jeder Flügelformabschnitt 22 mit der flügelförmigen Fläche 220 versehen, die eine Form aufweist, die der Kontur der zweiten Stirnfläche 122 des langen Flügels 12a des Verdichterlaufrades 1 (des Rotors) folgt. Daher kann, wenn das geschmiedete Material 2 mechanisch bearbeitet wird, um das Verdichterlaufrad 1 herzustellen, ein Schneiden der Kornfließlinien (Metallfluss) innerhalb des geschmiedeten Materials 2 verhindert werden. Insbesondere, wenn der Flügelformabschnitt 22 mechanisch bearbeitet wird, um die Flügelabschnitte 12 (der lange Flügel 12a) herzustellen, kann ein Schneiden der Kornfließlinien durch die mechanische Bearbeitung in der flügelförmigen Fläche 220 jedes Flügelformabschnitts 22 verhindert werden.
Infolgedessen ist die so geformte zweite Stirnfläche 122 jedes langen Flügels 12a eine Fläche, in der ein Schneiden der Kornfließlinien verhindert wird. Hier wird, je weniger die Kornfließlinien auf der zweiten Stirnfläche 122 (der Fläche, die in Kontakt mit einer Flüssigkeit kommt) jedes langen Flügels 12a geschnitten werden, umso weniger wahrscheinlich ein Ermüdungsriss erzeugt. Wenn kein Ermüdungsriss erzeugt wird, kann eine Rissausbreitung noch nicht einmal auftreten, nachdem das Verdichterlaufrad 1 wiederholt einer Strömungskraft ausgesetzt wurde, während es sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Daher ist es möglich, eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit jedes Flügelbereichs 12 (insbesondere eines mit dem Nabenbereich 11 verbundenen Basisbereichs) des Verdichterlaufrades 1 anzustreben, das durch mechanische Bearbeitung des geschmiedeten Materials 2 erreicht wird.
Darüberhinaus ermöglicht das geschmiedete Material 2 durch Versehen jedes Flügelformabschnitts 22 mit der flügelförmigen Fläche 220 eine Reduzierung des Ausmaßes der mechanischen Bearbeitung des geschmiedeten Materials 2, wenn das geschmiedete Material 2 zur Herstellung des Rotors mechanisch bearbeitet wird. Insbesondere kann das Ausmaß der mechanischen Bearbeitung zum Zeitpunkt der mechanischen Bearbeitung der Vielzahl der Flügelformabschnitte 22 zur Formung der Flügelbereiche 12 (der Vielzahl der langen Flügel 12a) reduziert werden. Dies ermöglicht die Reduzierung von innerhalb des mechanisch bearbeiteten Verdichterlaufrads 1 erzeugter Eigenspannung. Hier hat die Eigenspannung auch einen wesentlichen Einfluss auf die Entstehung und Ausbreitung eines Ermüdungsrisses. Insbesondere, wenn das mechanisch bearbeitete Verdichterlaufrad 1 derselben Spannung ausgesetzt wurde, ist es wahrscheinlich, dass ein Ermüdungsriss erzeugt wird und sich ausbreitet, wenn die Eigenspannung groß ist. Daher macht es die Reduzierung der Eigenspannung in dem durch mechanische Bearbeitung des geschmiedeten Materials 2 erhaltenen Verdichterlaufrades 1 möglich, eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit des Verdichterlaufrades 1 anzustreben. Zusätzlich ermöglicht eine Reduzierung der mechanisch zu bearbeitenden Bereiche eine Verbesserung der Produktivität, Materialausbeute etc.
Wie oben beschrieben ermöglichen es zwei Aspekte des geschmiedeten Materials 2, d. h. das geringe Auftreten eines Schneidens der Kornfließlinien aufgrund der mechanischen Bearbeitung und eine reduzierte Eigenspannung, die mechanischen Eigenschaften des durch mechanische Bearbeitung des geschmiedeten Materials 2 erzeugten Verdichterlaufrades 1, insbesondere die Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung, zu verbessern. Somit kann, selbst wenn das Verdichterlaufrad 1 für eine lange Zeitspanne unter schwierigen Hochtemperaturbedingungen (z. B. ca. 200°C) und mit einer hohen Drehgeschwindigkeit (z. B. 100.000–200.000 Umdrehungen pro Minute) verwendet wird, die Erzeugung und Ausbreitung eines Ermüdungsrisses im Verdichterlaufrad 1 verhindert werden, und somit die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Verdichterlaufrades 1 erhöht werden.
Im geschmiedeten Material 2 der vorliegenden Ausgestaltung kann die flügelförmige Fläche 220 wenigstens in dem Endbereich 229 jedes Flügelformabschnitts 22 vorgesehen sein. Insbesondere ist jeder Endbereich 229 (entsprechend einem äußeren Umfangsbereich des Verdichterlaufrades 1) ein Bereich, der besonders einer Zentrifugalkraft und einer Strömungskraft ausgesetzt ist, wenn das mechanisch bearbeitete Verdichterlaufrad 1 gedreht wird, und somit ist jeder Endbereich 229 ein Bereich, der eine höhere Ermüdungsfestigkeit benötigt. Daher ist es durch das Vorsehen der flügelförmigen Fläche 220 in solch einem Bereich möglich, eine effektive Wirkung einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperatur-Umgebung, des durch mechanische Bearbeitung hergestellten Verdichterlaufrades 1 auszuüben.
Jeder Flügelformabschnitt 22 beinhaltet den Teil (den ersten Teil), aus dem der entsprechende lange Flügel 12a zu formen ist und den Teil (den zweiten Teil), aus dem der entsprechende kurze Flügel 12b zu formen ist, der in axialer Länge kürzer als der lange Flügel 12a (der erste Flügel) ist und auch die flügelförmige Fläche 220 (eine erste flügelförmige Fläche) entsprechend dem langen Flügel 12a (dem ersten Flügel) beinhaltet. Dies macht es einfacher, die Vielzahl der langen Flügel 12a und die Vielzahl der kurzen Flügel 12b zu formen, die sich in axialer Länge voneinander unterscheiden, indem die Vielzahl der Flügelformabschnitte 22 mechanisch aus dem geschmiedeten Material 2 bearbeitet wird. Zusätzlich kann die Wirkung ausreichend erhalten werden, dass ein Schneiden der Kornfließlinien innerhalb des geschmiedeten Materials 2 durch mechanische Bearbeitung verhindert wird.
Das Verfahren zur Herstellung des Verdichterlaufrades 1 (eines Rotors) der vorliegenden Ausgestaltung umfasst den mechanischen Schritt der mechanischen Bearbeitung des geschmiedeten Materials 2, um das Verdichterlaufrad 1 zu erhalten. Dies macht es möglich, ein Verdichterlaufrad 1 mit verbesserten mechanischen Eigenschaften zu erhalten, insbesondere mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung. Daher kann die Erzeugung und Verbreitung eines Ermüdungsrisses etc. im Verdichterlaufrad 1 verhindert werden, selbst wenn das Verdichterlaufrad 1 für einen langen Zeitraum unter schwierigen Bedingungen bei hoher Temperatur und hohen Drehgeschwindigkeiten verwendet wird, und somit kann die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Verdichterlaufrades 1 erhöht werden.
In der Bearbeitungsstufe wird die mechanische Bearbeitung annähernd parallel zu der flügelförmigen Fläche 220 ausgeführt, um die zweite Stirnfläche 122 des langen Flügels 12a zu formen. Dies macht es möglich, die Wirkung der Verhinderung des Schneidens der Kornfließlinien innerhalb des geschmiedeten Materials 2 aufgrund von mechanischer Bearbeitung zu verstärken.
Wie oben beschrieben kann die vorliegende Ausgestaltung das geschmiedete Material 2 für das Verdichterlaufrad 1 (das geschmiedete Material für einen Rotor), das eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des durch mechanische Bearbeitung erhaltenen Verdichterlaufrads 1 (des Rotors), insbesondere der Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung ermöglicht, vorsehen sowie ein Verfahren zur Herstellung des auf dem geschmiedeten Material 2 basierenden Verdichterlaufrades 1 (des Rotors).
[Ausgestaltung 2]
Wie in den 7–9 gezeigt, ist die vorliegende Ausgestaltung ein Beispiel, in dem die Struktur der Vielzahl der Flügelformabschnitte 22 in dem geschmiedeten Material 2 modifiziert ist. Zu Ausgestaltung 1 ähnliche Erklärungen der Elemente und Wirkungen werden ausgelassen.
Jeder Flügelformabschnitt 22 umfasst einen ersten Formabschnitt 22a und einen zweiten Formabschnitt 22b. Der erste Formabschnitt 22a beinhaltet den Teil (den ersten Teil), aus dem der lange Flügel 12a zu formen ist und den Teil (den zweiten Teil), aus dem der kurze Flügel 12b zu formen ist. Der zweite Formabschnitt 22b beinhaltet einen Teil, aus dem ein Rest des kurzen Flügels 12b zu formen ist. Hier bedeutet der Rest des kurzen Flügels 12b den anderen Teil ausschließlich des in dem ersten Formabschnitt 22a geformten Teils des kurzen Flügels 12b.
Jeder erste Formabschnitt 22a beinhaltet die erste Fläche 221, die zweite Fläche 222 und die dritte Fläche 223. Abweichend von Ausgestaltung 1 ist die erste Fläche 221 so geformt, dass ein Teil der ersten Fläche 221 radial nach innen vertieft ist. Jeder zweite Formabschnitt 22b ist so vorgesehen, dass er radial nach außen aus einem radial nach innen vertieften Teil der ersten Fläche 221 hervorragt.
Jeder zweite Formabschnitt 22b umfasst zwei Flächen, d. h. eine vierte Fläche 224 und eine fünfte Fläche 225. Die vierte Fläche 224 ist so geformt, dass sie in axialer Richtung annähernd senkrecht auf der äußeren Umfangsfläche 211 des Nabenformabschnitts 21 steht. Die vierte Fläche 224 ist eine Fläche, die so geformt ist, dass sie in Bezug auf eine radiale Richtung (eine Umfangsrichtung) von der ersten Fläche 221 des ersten Formabschnitts 22a schräg gekrümmt ist. Die vierte Fläche 224 weist eine annähernd dreieckige Form auf. Die fünfte Fläche 225 ist eine geneigte Fläche, die so geformt ist, dass sie in einem vorgegebenen Neigungswinkel auf der äußeren Umfangsfläche 211 des Nabenformabschnitts 21 steht. Die fünfte Fläche 225 weist eine annähernd dreieckige Form auf.
Der erste Formabschnitt 22a jedes Flügelformabschnitts 22 ist mit der flügelförmigen Fläche 220 (einer langen flügelförmigen Fläche 220a: der ersten flügelförmigen Fläche) versehen, deren Form der Kontur der zweiten Stirnfläche 122 des langen Flügels 12a folgt. In der vorliegenden Ausgestaltung ist die Gesamtheit der dritten Fläche 223 des ersten Formabschnitts 22a die lange flügelförmige Fläche 220a mit einer Form, die der Kontur der zweiten Stirnfläche 122 des langen Flügels 12a folgt.
Der zweite Formabschnitt 22b jedes Flügelformabschnitts 22 ist mit der flügelförmigen Fläche 220 (der kurzen flügelförmigen Fläche 220b: einer zweiten flügelförmigen Fläche) versehen, deren Form der Kontur der zweiten Stirnfläche 122 des zweiten Flügels 12b folgt. In der vorliegenden Ausgestaltung ist die Gesamtheit der fünften Fläche 225 des zweiten Formabschnitts 22b die kurze flügelförmige Fläche 220b mit einer Form, die der Kontur der zweiten Stirnfläche 122 des kurzen Flügels 12b folgt.
Die flügelförmige Fläche 220 (die lange flügelförmige Fläche 220a, die kurze flügelförmige Fläche 220b) ist mindestens im Endbereich 229 jedes Flügelformabschnitts 22 vorgesehen. Die flügelförmige Fläche 220 (die lange flügelförmige Fläche 220a, die kurze flügelförmige Fläche 220b) ist mindestens im äußeren Bereich A vorgesehen, welcher der Bereich innerhalb von 10% der radialen Länge R von dem äußeren Ende jedes Flügelformbereichs 22 ist. In der vorliegenden Ausgestaltung ist der äußere Bereich A ein Bereich zwischen einer gepunkteten Linie 232 und einer gepunkteten Linie 233 in jedem Flügelformabschnitt 22. Die lange flügelförmige Fläche 220a ist durchgehend entlang der radialen Richtung des Flügelformabschnitts 22 einschließlich des äußeren Bereichs A vorgesehen. Die kurze flügelförmige Fläche 220b ist im Endbereich 229 des Flügelformabschnitts 22 einschließlich des äußeren Bereichs A vorgesehen.
Als nächstes werden die Auswirkungen der vorliegenden Ausgestaltung beschrieben:
In dem geschmiedeten Material 2 der vorliegenden Ausgestaltung umfasst jeder Flügelformabschnitt 22 den ersten Formabschnitt 22a einschließlich des Teils (des ersten Teils), aus dem der lange Flügel 12a (der erste Flügel) zu formen ist und des Teils (des zweiten Teils), aus dem ein Teil des kürzen Flügels 12b (des zweiten Flügels) zu formen ist; und den zweiten Formabschnitt 22b einschließlich des Teils (des restlichen Teils), aus dem der Rest des kurzen Flügels 12b (des zweiten Flügels) zu formen ist. Weiterhin ist der erste Formabschnitt 22a mit der flügelförmigen Fläche 220 (der langen flügelförmigen Fläche 220a: der ersten flügelförmigen Fläche) versehen, die dem langen Flügel 12a (dem ersten Flügel) entspricht, und der zweite Formabschnitt 22b ist mit der flügelförmigen Fläche 220 (der kurzen flügelförmigen Fläche 220b: der zweiten flügelförmigen Fläche) versehen, die dem kurzen Flügel 12b (dem zweiten Flügel) entspricht.
Dies macht es einfacher, die Vielzahl der langen Flügel 12a und die Vielzahl der kurzen Flügel 12b, die sich in ihrer axialen Länge voneinander unterscheiden, zu formen, indem die Vielzahl der Flügelformabschnitte 22 des geschmiedeten Materials 2 mechanisch bearbeitet wird. Zusätzlich kann der Effekt des Verhinderns des Schneidens von Kornfließlinien innerhalb des geschmiedeten Materials 2 durch mechanische Bearbeitung weiter verstärkt werden.
[Experimentelles Beispiel]
Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend beschrieben und mit vergleichbaren Beispielen verglichen, um die Wirkung der vorliegenden Offenbarung zu demonstrieren. Diese Beispiele zeigen die Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung, und die vorliegende Offenbarung ist nicht auf diese begrenzt.
In dem vorliegenden experimentellen Beispiel wurden eine Vielzahl von Verdichterlaufrädern (Beispiele 1–3 und vergleichende Beispiele 4 und 5) hergestellt, und deren Ermüdungsfestigkeit wurde gemessen und ausgewertet. Tabelle 1 zeigt Arten von Legierungen, Materialien vor der mechanischen Bearbeitung, Formen vor der mechanischen Bearbeitung und Formen nach der mechanischen Bearbeitung.
In den Beispielen 1–3 wurde ein zylindrisches extrudiertes Material mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Länge (Höhe) von 40 mm aus einer Aluminiumlegierung (JIS A 2618) hergestellt. Dann wurde das extrudierte Material bei 400°C heißgeschmiedet, um ein geschmiedetes Material in einer spezifischen Form zu erhalten. Die Form des geschmiedeten Materials in den Beispielen 1 und 2 ähnelt der des geschmiedeten Materials 2 der oben beschriebenen Ausgestaltung 1 (eine Form (a), siehe 4–6). Die Form des geschmiedeten Materials im Beispiel 3 ähnelt der des geschmiedeten Materials 2 der oben beschriebenen Ausgestaltung 2 (eine Form (b), siehe 7–9). Da jedoch sechzehn Flügel (sechzehn Flügelbereiche) zu formen sind, wurde das geschmiedete Material der Ausgestaltung 2 so geformt, dass es sechzehn Flügelformabschnitte aufweist.
Anschließend wurde das geschmiedete Material bei 530°C für zwei Stunden einem Lösungsverfahren unterzogen, in Wasser mit einer Temperatur von 90°C abgeschreckt und weiterhin bei 200°C für 20 Stunden einem künstlichen Alterungsprozess unterzogen. Das erhaltene geschmiedete Material wurde mechanisch bearbeitet, um ein Verdichterlaufrad mit einer spezifischen Form herzustellen. Die Form der Verdichterlaufräder in den Beispielen 1 und 3 ähnelt der des Verdichterlaufrades 1 der oben beschriebenen Ausgestaltungen 1 und 2 (eine Form (A), siehe 1–3). Die Form des Verdichterlaufrades im Beispiel 2 ähnelt der des in den 10 und 11 gezeigten Verdichterlaufrades 1 (eine Form (B).
Hier wird das in den 10 und 11 gezeigte Verdichterlaufrad 1 beschrieben. Das Verdichterlaufrad 1 umfasst den Nabenbereich 11 und die sechzehn am Nabenbereich 11 vorgesehenen Flügelbereiche 12. Die jeweiligen Flügelbereiche 12 haben alle die gleiche Form, die der des langen Flügels 12a der Ausgestaltungen 1 und 2 ähnelt.
Im vergleichenden Beispiel 4 wurde ein zylindrisches extrudiertes Material mit einem Durchmesser von 62 mm und einer Länge (Höhe) von 36 mm aus einer Aluminiumlegierung (JIS A 2618) hergestellt. Eine Form des extrudierten Materials ist zylindrisch (eine Form (c)). Dann wurde das extrudierte Material bei 530°C für zwei Stunden einem Lösungsverfahren unterzogen, in Wasser mit einer Temperatur von 90°C abgeschreckt und weiterhin bei 200°C für 20 Stunden einem künstlichen Alterungsprozess unterzogen. Das erhaltene extrudierte Material wurde mechanisch bearbeitet, um ein Verdichterlaufrad herzustellen. Eine Form der Verdichterlaufräder ähnelt der des Verdichterlaufrades 1 der oben beschriebenen Ausgestaltungen 1 und 2 (eine Form (A), siehe 1–3).
Im vergleichenden Beispiel 5 wurde ein zylindrisches extrudiertes Material mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Länge (Höhe) von 40 mm aus einer Aluminiumlegierung (JIS A 2618) hergestellt. Dann wurde das extrudierte Material bei 400°C heißgeschmiedet, um ein geschmiedetes Material mit einer spezifischen Form zu erhalten. Die Form des geschmiedeten Materials ähnelt der des in 12 geschmiedeten Materials 92 (eine Form (d)). Hier wird das in 12 gezeigte geschmiedete Material 92 beschrieben. Die Form des geschmiedeten Materials 92 ist eine feste Form (eine glockenähnliche Form), die erhalten wird, indem man eine durch das Entwerfen eines zu produzierenden Verdichterlaufrades erhaltene Form in einer Richtung dreht, die senkrecht zu einer Rotationsachse des Verdichterlaufrades steht.
Anschließend wurde das geschmiedete Material bei 530°C für zwei Stunden einem Lösungsverfahren unterzogen, in Wasser mit einer Temperatur von 90°C abgeschreckt und weiterhin bei 200°C für 20 Stunden einem künstlichen Alterungsprozess unterzogen. Das erhaltene geschmiedete Material wurde mechanisch bearbeitet, um ein Verdichterlaufrad herzustellen. Eine Form des Verdichterlaufrades ähnelt der des Verdichterlaufrades 1 der oben beschriebenen Ausgestaltungen 1 und 2 (eine Form (A), siehe 1–3).
Die so hergestellte Vielzahl von Verdichterlaufrädern (Beispiele 1–3 und vergleichende Beispiele 4 und 5) wurden einem Ermüdungstest unterzogen. In dem Ermüdungstest wurde jedes Verdichterlaufrad bei einer Temperatur von 200°C mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 200.00 Umdrehungen pro Minute für einen bestimmten Zeitraum gedreht, und das Vorkommen/Fehlen der Erzeugung und Ausbreitung eines Ermüdungsrisses im Verdichterlaufrad wurde ausgewertet. Die in Tabelle 1 gezeigten Zeiträume der Ermüdungstests für die vergleichenden Beispiele 4 und 5 sind Zeiträume, nach deren Ablauf eine Erzeugung und Ausbreitung eines Ermüdungsrisses festgestellt wurde. Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, wurde in jedem Verdichterlaufrad der vergleichenden Beispiele 4 und 5 vor Ablauf von 200 Stunden ab Beginn des Ermüdungstests ein Ermüdungsriss in einem Basisbereich des Flügels an einem äußeren Umfangsbereich des Verdichterlaufrades erzeugt. Dann breitete sich der Ermüdungsriss zu dem Nabenbereich aus, wo ein Riss entstand (Ergebnisses des Ermüdungstests: X (schlecht)).
Andererseits wurde in keinem der Verdichterlaufräder der Beispiele 1–3 eine Erzeugung und Ausbreitung eines Ermüdungsrisses festgestellt, noch nicht einmal nach Ablauf von 200 Stunden ab Beginn des Ermüdungstests (Ergebnisse des Ermüdungstests: o (gut)). In jedem der Beispiele 2 und 3 ist die jedem Flügel entsprechende flügelförmige Fläche vorgesehen, wohingegen im Beispiel 1 nur die dem langen Flügel entsprechende flügelförmige Fläche vorgesehen ist und die dem kurzen Flügel entsprechende Fläche nicht vorgesehen ist. Nichtsdestotrotz wurde jedoch, sogar wenn die flügelförmige Fläche wie im Beispiel 1 nicht entsprechend bei jedem Flügel vorgesehen ist, keine Erzeugung und Ausbreitung eines Ermüdungsrisses festgestellt. Somit hat sich herausgestellt, dass der Effekt der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (insbesondere der Ermüdungsfestigkeit in einer Hochtemperaturumgebung) selbst in einem solchen Fall zufriedenstellend erhalten werden kann.
Hier zeigt die 13 schematisch Kornfließlinien innerhalb des Verdichterlaufrades der Beispiele 1–3, und 14 schematisch Kornfließlinien innerhalb des Verdichterlaufrades der vergleichenden Beispiele 4 und 5. 13 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils (umkreist durch eine gepunktete Linie P in 1) eines äußeren Umfangsbereichs des Verdichterlaufrades 1 gemäß den Beispielen 1–3, und 14 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils (äquivalent zu dem in 13 dargestellten) eines äußeren Umfangsbereichs des Verdichterlaufrades 91 gemäß den vergleichenden Beispielen 4 und 5.
Wie in 14 ersichtlich, sind Kornfließlinien (t) in einer axialen Richtung innerhalb des Verdichterlaufrades 91 vorhanden, die den vergleichenden Beispielen 4 und 5 entsprechen. Somit sind viele abgeschnittene Enden (s) der Kornfließlinien (t) (Schnittpunkte zwischen den Kornfließlinien (t) und der Fläche) auf der zweiten Stirnfläche 122 vorhanden. Darüber hinaus sind viele abgeschnittene Enden (s) der Kornflieslinien (t) auf der ersten Stirnfläche 122 vorhanden. Darüber hinaus sind viele abgeschnittene Enden (s) der Kornfließlinien (t) ebenfalls auf dem anderen Bereich vorhanden. Daraus wird gefolgert, dass in den Ermüdungstests eine solche Struktur die Erzeugung und Ausbreitung des Ermüdungsrisses in den Verdichterlaufrädern der vergleichenden Beispiele 4 und 5 verursachte.
Andererseits sind die Kornfließlinien (t), wie in 13 zu sehen, innerhalb des Verdichterlaufrades 1 entsprechend der Beispiele 1–3 entlang der zweiten Stirnfläche 122 vorhanden. Somit sind die abgeschnittenen Enden (s) der Kornfließlinien (t) nicht auf der zweiten Stirnfläche 122 vorhanden. Darüber hinaus sind die abgeschnittenen Enden (s) der Kornfließlinien (t) auf der ersten Stirnfläche 121 weniger als in 14 ersichtlich. Außerdem sind die abgeschnittenen Enden (s) der Kornfließlinien (t) in dem anderen Bereich ebenfalls weniger als in 14 ersichtlich. Daraus wird gefolgert, dass in den Ermüdungstests durch eine solche Struktur keine Erzeugung und Ausbreitung des Ermüdungsrisses in den Verdichterlaufrädern der Beispiele 1–3 verursacht wurde.
[Andere Ausgestaltungen]
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt, und es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Offenbarung in verschiedenen Formen angewandt werden kann, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.

(1) In den oben beschriebenen Ausgestaltungen 1 und 2 ist der Rotor das Verdichterlaufrad 1 zur Verwendung in einem Turbolader eines Automobils. Jedoch kann der Rotor beispielsweise auch ein Verdichterlaufrad zur Verwendung in einem Ladegebläse eines Automobils, ein Verdichterlaufrad zur Verwendung in einem Turbolader oder Ladegebläse eines Schiffes, ein Verdichterlaufrad zur Verwendung in einem elektrischen Generator oder ähnliches sein.
(2) In den oben beschriebenen Ausgestaltungen 1 und 2 umfasst das Verdichterlaufrad 1 zwei Arten von Flügeln mit unterschiedlichen axialen Längen, d. h. die langen Flügel 12a und die kurzen Flügel 12b. Jedoch kann das Verdichterlaufrad 1 eine Vielzahl von Flügeln nur einer Art umfassen, wie beispielsweise in den 10 und 11 gezeigt.
(3) In den oben beschriebenen Ausgestaltungen 1 und 2 ist jeder Flügelformabschnitt 22 des geschmiedeten Materials 2 ein Abschnitt, aus dem eine Vielzahl der Flügel (der lange Flügel 12a und der kurze Flügel 12b) geformt werden. Jedoch kann jeder Flügelformabschnitt 22 ein Abschnitt sein, aus dem beispielsweise ein einzelner Flügel geformt wird. Dies bedeutet, dass der Flügelformabschnitt für jeden Flügel vorgesehen sein kann (in anderen Worten kann die Anzahl der Flügelformabschnitte gleich der Anzahl der Flügel sein).
(4) In der oben beschriebenen Ausgestaltung 1, ist jeder Flügelformabschnitt 22 des geschmiedeten Materials 2 so geformt, dass er die erste Fläche 221, die zweite Fläche 222 und die dritte Fläche 223 aufweist. Jedoch ist die Form jedes Flügelformabschnitts nicht hierauf beschränkt, und es kann eine große Vielfalt an Formen angenommen werden, solange es sich um einen Abschnitt handelt, aus dem der Flügel geformt wird.
(5) In der oben beschriebenen Ausgestaltung 2 ist jeder erste Flügelformabschnitt 22a des geschmiedeten Materials 2 so geformt, dass er die erste Fläche 221, die zweite Fläche 222 und die dritte Fläche 223 aufweist, und jeder zweite Flügelformabschnitt 22b ist so geformt, dass er die vierte Fläche 224 und die fünfte Fläche 225 aufweist. Jedoch sind die Formen des ersten Flügelformabschnitts und des zweiten Flügelformabschnitts nicht hierauf beschränkt, und es kann eine große Vielfalt an Formen angenommen werden, solange es sich um Abschnitte handelt, aus denen der Flügel geformt wird.
(6) In den oben beschriebenen Ausgestaltungen 1 und 2 weist die dritte Fläche 223 (die flügelförmige Fläche 220) jedes Flügelformabschnitts 22 eine Form auf, die der gesamten Kontur der zweiten Stirnfläche 122 des langen Flügels 12a folgt. Jedoch kann die dritte Fläche 223 (die flügelförmige Fläche 220) eine Form aufweisen, die beispielsweise einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche 122 des langen Flügels 12a folgt.
(7) In den oben beschriebenen Ausgestaltungen 1 und 2 ist die Gesamtheit der dritten Fläche 223 jedes Flügelformabschnitts 22 die flügelförmige Fläche 220 entsprechend dem langen Flügel 12a. Jedoch kann ein Teil der dritten Fläche 223 des Flügelformabschnitts 22 beispielsweise die flügelförmige Fläche 220 sein.
(8) In der oben genannten Ausgestaltung 2 ist die Gesamtheit der fünften Fläche 225 jedes Flügelformabschnitts 22 die flügelförmige Fläche 220 entsprechend dem kurzen Flügel 12b. Jedoch kann ein Teil der fünften Fläche 225 des Flügelformabschnitts 22 beispielsweise die flügelförmige Fläche 220 sein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006-305629 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS 6000 [0012]
JIS 7000 [0012]
JIS 2000 [0012]
JIS 6000 [0048]
JIS 7000 [0048]
JIS 2000-Serien [0048]
JIS 6000 [0061]
JIS 7000 [0061]
JIS 2000-Serien [0061]
JIS A 2618 [0091]
JIS A 2618 [0094]
JIS A 2618 [0095]

Claims

Ein geschmiedetes Material (2) für einen Rotor aus einer Aluminiumlegierung, um durch mechanische Bearbeitung einen Rotor (1) mit einem Nabenbereich (11) und eine Vielzahl der Flügelbereiche (12), die dazu vorgesehen sind, auf einer äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs (11) zu stehen, zu erhalten, wobei das geschmiedete Material (2) folgendes umfasst: einen Nabenformabschnitt (21), der ein Formteil des Nabenbereichs (11) ist, und eine Vielzahl der Flügelformabschnitte (22), die Formteile der Vielzahl der Flügelbereiche (12) sind und 1:1 der Vielzahl der Flügelbereiche (12) entsprechen, wobei die Vielzahl der Flügelbereiche (12) jeweils eine erste Stirnfläche (121) umfasst, die in Richtung der äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs (11) zeigt und eine zweite Stirnfläche (122), die der ersten Stirnfläche (121) gegenüberliegt, und wobei Vielzahl der Flügelformabschnitte (22) jeweils eine flügelförmige Fläche (220) mit einer Form, die zumindest einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche (122) des 1:1 entsprechenden Flügelbereichs folgt, umfasst.
Das geschmiedete Material (2) für einen Rotor gemäß Anspruch 1, wobei die flügelförmige Fläche (220) zumindest in einem radialen äußeren Endbereich jeder der Vielzahl der Flügelformabschnitte (22) vorgesehen ist.
Das geschmiedete Material (2) für einen Rotor gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Flügelbereiche (12) jeweils einen oder mehrere Flügel (12a, 12b) umfasst, wobei die Vielzahl der Flügelformabschnitte (22) jeweils einen ersten Teil, der ein Formteil eines ersten Flügels (12a) als der eine oder mehrere Flügel (12a, 12b) ist, und einen zweiten Teil, der ein Formteil des zweiten Flügels (12b) als der eine oder mehrere Flügel (12a, 12b) ist, umfasst, wobei der zweite Flügel (12b) in einer axialen Länge kürzer als der erste Flügel (12a) ist, und wobei die flügelförmige Fläche (220) eine erste flügelförmige Fläche (223, 220, 200a) entsprechend dem ersten Flügel (12a) umfasst.
Das geschmiedete Material (2) für einen Rotor gemäß Anspruch 3 wobei die Vielzahl der Flügelformabschnitte (22) jeweils einen den ersten und den zweiten Teil beinhaltenden ersten Formabschnitt (22a) umfasst, und einen den restlichen Teil beinhaltenden zweiten Formabschnitt (22b), der ein Formteil eines Überrests des zweiten Flügels (12b) ist, und wobei der erste Formabschnitt (22a) die erste flügelförmige Fläche (223, 220, 220a) umfasst, und der zweite Formabschnitt (22b) eine dem zweiten Flügel (12b) entsprechende zweite flügelförmige Fläche (225, 220, 220b) umfasst.
Das geschmiedete Material (2) für einen Rotor gemäß Anspruch 1, wobei der Rotor (1) ein Verdichterlaufrad ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors, umfassend: einen mechanischen Schritt der mechanischen Bearbeitung eines geschmiedeten Materials (2) für einen Rotor aus eine Aluminiumlegierung, um durch mechanische Bearbeitung einen Rotor (1) mit einem Nabenbereich (11) und eine Vielzahl der Flügelbereiche (12), die dazu vorgesehen sind, auf einer äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs (11) zu stehen, zu erhalten, wobei das geschmiedete Material (2) folgendes umfasst: einen Nabenformabschnitt (21), der ein Formteil des Nabenbereichs (11) ist, und eine Vielzahl der Flügelformabschnitte (22), die Formteile der Vielzahl der Flügelbereiche (12) sind und 1:1 der Vielzahl der Flügelbereiche (12) entsprechen, wobei die Vielzahl der Flügelbereiche (12) jeweils eine erste Stirnfläche (121) umfasst, die in Richtung der äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs (11) zeigt und eine zweite Stirnfläche (122), die der ersten Stirnfläche (121) gegenüberliegt, und wobei Vielzahl der Flügelformabschnitte (22) jeweils eine flügelförmige Fläche (220) mit einer Form, die zumindest einem Teil der Kontur der zweiten Stirnfläche (122) des 1:1 entsprechenden Flügelbereichs (12) folgt.
Das Verfahren zur Herstellung eines Rotors gemäß Anspruch 6, wobei im Verfahrensschritt die mechanische Bearbeitung annähernd parallel zu der flügelförmigen Fläche (220) jeder der Vielzahl der Flügelformabschnitte (22) ausgeführt wird, um somit die zweite Stirnfläche (122) zu formen.