DE102022121302A1

DE102022121302A1 - Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrads

Info

Publication number: DE102022121302A1
Application number: DE102022121302.1A
Authority: DE
Inventors: Simon Raußmüller; Malte Siekmann
Original assignee: Daimler Truck AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2022-08-23
Filing date: 2022-08-23
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrads, wobei das Turbinenrad mittels eines Wirbelstromprüfstands (1) untersucht wird, wobei ein Referenzkörper (2) durch selektives Laserschmelzen mit einem Laser unter Verwendung eines pulverförmigen Werkstoffs hergestellt wird, wobei konstruierte Defekte (7) in den Referenzkörper (2) an definierten Positionen und in definierten Größen und Formen zur Nachbildung typischer Gussfehler eingebracht werden, wobei der Referenzkörper (2) als Vergleichsbasis für die Untersuchung des Turbinenrads mittels des Wirbelstromprüfstands (1) untersucht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrads gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Stand der Technik erfolgen Gefügeuntersuchungen an Bauteilen, beispielsweise Bauteiluntersuchungen hinsichtlich möglicher Materialfehler, wie Porosität oder Einschlüsse, in der Regel metallografisch. Dabei wird das Bauteil zerstört. Dieser Prozess ist zeit- und kostenintensiv.
EP 1 394 360 A1 beschreibt ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Bauteils, bei der mittels einer Wirbelstrommessung oberflächennahe Korrosionsbereiche oxidierter Carbide bzw. oberflächennahe sulfidierten Grundmaterials ermittelt werden. Hierdurch kann insbesondere bereits vor einem aufwendigen Reinigungs- und Beschichtungsprozess der Gasturbinenschaufel ein Abschleifen bzw. Aussondern der Schaufeln erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrads anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrads mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrads wird das Turbinenrad mittels eines Wirbelstromprüfstands untersucht, wobei ein Referenzkörper durch ein additives Fertigungsverfahren, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen mit einem Laser unter Verwendung eines pulverförmigen Werkstoffs hergestellt wird, wobei konstruierte Defekte in den Referenzkörper an definierten Positionen und in definierten Größen und Formen zur Nachbildung typischer Gussfehler eingebracht werden, wobei der Referenzkörper als Vergleichsbasis für die Untersuchung des Turbinenrads mittels des Wirbelstromprüfstands untersucht wird. Alternativ und/oder zusätzlich können diese Defekte auch durch gezieltes Manipulieren der Anlagenparameter, beispielsweise Literleistung und/oder Scangeschwindigkeit eingebracht werden.
Fehlerklassen, welche beim Gießen wahllos entstehen, werden beispielsweise im selektiven Laserschmelzverfahren gezielt erzeugt. Hierbei ist es möglich, einen Defekt oder Fehler gezielt an einer definierten Position und Größe zu erzeugen. Zudem lassen sich typische Gussfehler weitestgehend nachbilden. Der Vorteil liegt darin, dass sich Fehler, welche bei serienmäßigen Herstellungsverfahren auftreten, gezielt detektieren und zerstörungsfrei klassifizieren lassen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Prüfverfahren zum Prüfen von Turbinenrädern bereit. Um das Verfahren im Vorfeld zu ertüchtigen und um beim späteren Durchführen des Verfahrens eine möglichst objektivierbare Einordnung des Prüfungsergebnisses durchzuführen, wird vorgeschlagen, einen Prüfkörper als Referenzkörper herzustellen, der Referenzfehler enthält, die man vorab kennt und bewusst einbringt. Dabei erfolgt die Herstellung durch ein additives Verfahren, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Wirbelstromprüfstands beim Prüfen eines Referenzkörpers,
2 schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des Referenzkörpers mit einem konstruierten Defekt,
3 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des Referenzkörpers mit einem konstruierten Defekt,
4 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des Referenzkörpers mit einem konstruierten Defekt, und
5 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des Referenzkörpers mit einem konstruierten Defekt.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 ist eine schematische Ansicht eines Wirbelstromprüfstands 1 beim Prüfen eines Referenzkörpers 2. Der Wirbelstromprüfstand 1 kann einen Roboter 3 mit einem beweglichen Arm 4 umfassen, an dem eine Wirbelstromprüfsonde 5 angeordnet ist. Der Referenzkörper 2 kann in einer Spannvorrichtung 6 gehalten sein. Die Spannvorrichtung 6 kann dazu konfiguriert sein, in drei Raumrichtungen x, y, z gegenüber der Wirbelstromprüfsonde 5 verfahren zu werden. Ebenso kann eine Rotation der Spannvorrichtung 6 gegenüber der Wirbelstromprüfsonde 5 vorgesehen sein. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wirbelstromprüfsonde 5 gegenüber dem Referenzkörper 2 verfahren wird.
Der Referenzkörper 2 kann beispielsweise ein Turbinenrad, insbesondere ein Turbinenrad eines Abgasturboladers, beispielsweise für ein Nutzfahrzeug oder einen Bus, oder einen Teil eines solchen Turbinenrads nachbilden. Im Referenzkörper 2 sind ein oder mehrere Defekte 7 gezielt eingebracht, die durch den Wirbelstromprüfstand 1 detektiert werden können.
Mittels des Wirbelstromprüfstands 1 ist eine Charakterisierung von Materialfehlern und Defekten 7 im Referenzkörper 2 oder in einem Turbinenrad, insbesondere hinsichtlich Lage, Größe, Typ und/oder Orientierung, mit Hilfe von Wirbelstromsignalen möglich. Der Wirbelstromprüfstand 1 kann beispielsweise zur Durchführung eines sogenannten C-Scans, das heißt der Erstellung eines Leitfähigkeitsbildes, ausgebildet sein.
Die 2 bis 5 zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung des Referenzkörpers 2 durch ein additives Verfahren, beispielsweise selektives Laserschmelzen. Dabei handelt es sich um ein 3D-Druckverfahren, bei dem ein pulverförmiger Werkstoff schichtweise aufgebaut und lokal mittels, am Beispiel des selektiven Laserschmelzens, eines Lasers umgeschmolzen wird.
2 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein konstruierter Defekt 7 als mit Pulver gefüllter Defekt 7 eingebracht, jedoch nicht mittels des Lasers umgeschmolzen wird. Der Defekt 7 verbleibt als Bereich mit unverfestigtem Pulver im fertig hergestellten Referenzkörper 2.
3 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein konstruierter Defekt 7 als mit Pulver gefüllter Defekt 7 eingebracht, jedoch nicht mittels des Lasers umgeschmolzen wird, wobei während einer Unterbrechung des Schichtaufbaus das unverfestigte Pulver aus dem Bereich des Defekts 7 abgesaugt und anschließend der Prozess fortgesetzt wird.
4 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Defekt 7 konstruiert wird, indem zunächst Pulver eingebracht, jedoch nicht mittels des Lasers umgeschmolzen wird, wobei während einer Unterbrechung des Schichtaufbaus das unverfestigte Pulver aus dem Bereich des Defekts 7 abgesaugt und stattdessen ein Fremdköper eingebaut wird. Nach Einbetten des Fremdkörpers wird anschließend der Prozess fortgesetzt.
5 zeigt eine Ausführungsform, bei der konstruierte Defekte 7 eingebracht werden, indem während des Druckens Parameter der Volumenenergiedichte geändert werden, um homogene Porosität oder Risse zu erzeugen.
Zur Detektion von Gussfehlern an Bauteilen lassen sich innenliegende Urgenzen mit Hilfe des zerstörungsfreien Wirbelstromprüfverfahrens lokalisieren und auf Grund ihrer Amplitude und Phasenlage bewerten.
Das Wirbelstromprüfverfahren ist ein vergleichendes Prüfverfahren, dessen Detektionsvermögen nur so genau ist wie dessen verwendete Referenzkörper. Um natürliche Gussfehler möglichst präzise in einem Referenzkörper abzubilden, wird zur Herstellung des Referenzkörpers auf das selektive Laserschmelzen zurückgegriffen.
Bezugszeichenliste

1: Wirbelstromprüfstand
2: Referenzkörper
3: Roboter
4: Arm
5: Wirbelstromprüfsonde
6: Spannvorrichtung
7: Defekt
x, y, z: Raumrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1394360 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrads, wobei das Turbinenrad mittels eines Wirbelstromprüfstands (1) untersucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzkörper (2) durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere durch selektives Laserschmelzen mit einem Laser, unter Verwendung eines pulverförmigen Werkstoffs hergestellt wird, wobei konstruierte Defekte (7) in den Referenzkörper (2) an definierten Positionen und in definierten Größen und Formen zur Nachbildung typischer Gussfehler eingebracht werden, wobei der Referenzkörper (2) als Vergleichsbasis für die Untersuchung des Turbinenrads mittels des Wirbelstromprüfstands (1) untersucht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konstruierte Defekt (7) als mit Pulver gefüllter Defekt (7) eingebracht, jedoch nicht mittels des Lasers umgeschmolzen wird, sodass der Defekt (7) als Bereich mit unverfestigtem Pulver im fertig hergestellten Referenzkörper (2) verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der konstruierte Defekt (7) als mit Pulver gefüllter Defekt (7) eingebracht, jedoch nicht mittels des Lasers umgeschmolzen wird, wobei während des weiteren Schichtaufbaus das unverfestigte Pulver aus dem Bereich des Defekts (7) abgesaugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Defekt (7) konstruiert wird, indem zunächst Pulver eingebracht, jedoch nicht mittels des Lasers umgeschmolzen wird, wobei während des weiteren Schichtaufbaus das unverfestigte Pulver aus dem Bereich des Defekts (7) abgesaugt und stattdessen ein Fremdkörper eingebaut wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass konstruierte Defekte (7) eingebracht werden, indem während des selektives Laserschmelzens Parameter der Volumenenergiedichte geändert werden, um homogene Porosität oder Risse zu erzeugen.