DE112012004038T5 - Strömungslaufrad, insbesondere Turbinenrad - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strömungslaufrad (1), insbesondere Turbinenrad mit einem Radkern (2); und einem Außenteil (3), das den Radkern (2) umgibt und mit diesem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkern (2) und das Außenteil (3) aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Strömungslaufrad, insbesondere ein Turbinenrad, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Ein derartiges Strömungslaufrad, das insbesondere als Turbinenrad eines Abgasturboladers ausgebildet ist, weist einen Radkern auf, auf dem außenseitig ein Außenteil mit Leitschaufeln angeordnet ist. Beim gattungsgemäßen Turbinenrad bestehen der Radkern und das Außenteil aus demselben Material, so dass sich ein homogenes Turbinenrad ergibt.
• Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strömungslaufrad, insbesondere ein Turbinenrad, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, dessen Trägheitsmoment verbessert und dessen Masse reduziert ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
• Dadurch, dass der Radkern und das Außenteil aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind, ist es möglich, durch geeignete Materialwahl das Gewicht des Radkernes zu verringern, so dass insgesamt das Trägheitsmoment des erfindungsgemäßen Strömungslaufrades bzw. Turbinenrades verbessert und dessen Masse reduziert ist.
• Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen zum Inhalt.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
• 1 eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungslaufrades, das im Beispielsfalle als Turbinenrad ausgebildet;
• 2 eine der 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Strömungslaufrades, und
• 3 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Radkernes des erfindungsgemäßen Strömungslaufrades.
• 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Strömungslaufrades 1, das im Beispielsfalle als Turbinenrad ausgebildet ist. Vom Prinzip her ist es jedoch auch möglich, dass das Strömungslaufrad ein Verdichterrad bilden kann. Derartige Strömungslaufräder werden beispielsweise in Abgasturboladern als Turbinen- bzw. Verdichterrad verwendet.
• Das Turbinenrad 1 weist einen Radkern 2 auf, der im Beispielsfall einen glockenähnlichen Querschnitt hat. Auf der Außenfläche 8 des Radkernes 2 ist ein Außenteil 3 angeordnet, das mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln versehen ist, von denen aufgrund der Schnittdarstellung eine Leitschaufel 7 sichtbar ist. Der Radkern 2 ist erfindungsgemäß aus einem anderen Material hergestellt als das Außenteil 3. Zur Verbesserung des Trägheitsmomentes und zur Reduzierung der Masse hat das Material des Radkerns 2 eine geringere Dichte als das Material des Außenteils 3. Zur Verbindung von Radkern 2 und Außenteil 3 kann die Außenfläche 8 des Radkerns 2 mit einer geeigneten Beschichtung versehen sein, um eine bessere Verbindung zwischen dem Radkern 2 und dem Außenteil 3 bewerkstelligen zu können. Ferner, wie sich aus der Darstellung der 3 ergibt, ist es möglich, den Radkern 2 mit einer Formschlussverbindungseinrichtung 4 zu versehen, die im in 3 dargestellten Beispielsfalle aus einer Mehrzahl von in Längsrichtung des Radkernes 2 verlaufenden Rillen aufgebaut ist.
• Zur Verbindung des Radkerns 2 und des Außenteiles 3 ist es möglich, diese beispielsweise miteinander zu verschweißen oder in einem Verbundgussverfahren miteinander zu verbinden.
• Ein Beispiel für eine Verschweißung ist bei der Ausführungsform gemäß 2 dargestellt. Hierbei weist der Radkern 2 eine durchgehende, sich entlang der Längsachse L erstreckende Längsmittelausnehmung 5 auf, in die ein Schweißzapfen 6 eingesetzt wird. Der Schweißzapfen 6 besteht hierbei aus demselben Material wie das Außenteil 3, so dass sich der Vorteil ergibt, dass ein Standardschweißverfahren (wie beispielsweise ein Reibschweißverfahren oder ein EB-Schweißverfahren) zum Einsatz kommen kann. Auch bei der in 2 dargestellten Ausführungsform hat zur Reduktion der Masse und zur Verbesserung des Trägheitsmomentes das Material des Radkerns 2 eine geringere Dichte als das Material des Außenteils 3 bzw. des Schweißzapfens 6.
• Zur Verbindung von Radkern 2 und Außenteil 3 wird der Schweißzapfen 6 in die Längsmittelausnehmung 5 eingesetzt und danach mit dem Außenteil 3 verschweißt.
• Beispiel für das Material des Radkernes 2 ist eine Nickel-Basislegierung.
• Das Material des Außenteils 3 und des Schweißzapfens 6 kann Titanaluminid oder Keramik sein.
• Neben den voran erwähnten Verbindungsverfahren des Schweißens und Verbundgusses sind natürlich auch andere gängige Verbindungsverfahren denkbar.
• Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit explizit auf deren zeichnerische Darstellung in den 1 bis 3 Bezug genommen.
• Bezugszeichenliste

1

Strömungslaufrad, insbesondere Turbinenrad

2

Radkern/Nabe

3

Außenteil/Außenhaut

4

Formschlussverbindungseinrichtung

5

Längsmittelausnehmung/Längsbohrung

6

Schweißzapfen

7

Leitschaufeln

8

Außenfläche des Radkerns 2

L

Längsmittelachse

Claims (9)

1. Strömungslaufrad (1), insbesondere Turbinenrad – mit einem Radkern (2); und – einem Außenteil (3), das den Radkern (2) umgibt und mit diesem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der Radkern (2) und das Außenteil (3) aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind.
2. Strömungslaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Radkerns (2) eine geringere Dichte als das Material des Außenteils (3) aufweist.
3. Strömungslaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkern (2) mit einer Beschichtung versehen ist, die auf seiner Außenfläche (8) aufgebracht ist.
4. Strömungslaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkern (2) über eine Formschlussverbindungseinrichtung (4) mit dem Außenteil (3) verbunden ist.
5. Strömungslaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkern (2) mit einer durchgehenden Längsmittelausnehmung (5) versehen ist.
6. Strömungslaufrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkern (2) und das Außenteil (3) mittels eines Schweißzapfens (6) verbunden sind, der sich durch die Längsmittelausnehmung (5) erstreckt und aus demselben Material wie das Außenteil (3) ausgebildet ist.
7. Strömungslaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Radkerns (2) eine Nickel-Basislegierung ist.
8. Strömungslaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Außenteils (3) Titanaluminid ist.
9. Strömungslaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Außenteils (3) Keramik ist.

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