DE3610913A1

DE3610913A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung einer schnellaufpruefung eines turbolader-rotors

Info

Publication number: DE3610913A1
Application number: DE19863610913
Authority: DE
Inventors: Keiji Nagoya Aichi Kawasaki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1985-03-23
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1986-10-02
Also published as: JPH045339B2; JPS61217737A; US4694689A; GB2173602B; GB2173602A; DE3610913C2; GB8606882D0

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung
einer Schnellaufprüfung eines Turbolader-Rotors

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Schnellaufprüfung eines Turbolader-Rotors und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen die Schnellaufprüfung des Turbolader-Rotors mit heißen Gasen durchgeführt werden kann.

In der Automobilindustrie wird erhöhte Aufmerksamkeit auf Turbolader gerichtet, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einzublasen. Ein solcher Turbolader weist einen Rotor auf, der z.B. aus einem keramischen Material besteht. Da der Rotor bei Betrieb durch die Abgasenergie der Brennkraftmaschine mit sehr hoher Geschwindigkeit, d.h. in der Größenordnung von 100 000 Umdrehungen pro Minute(Upm), gedreht wird, ist eine Schneilaufprüfung mit der hohen Geschwindigkeit, mit

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, der der Rotor betrieben wird, erforderlich. Der Motor wird unter simulierten Betriebsbedingungen getestet, um seine Betriebssicherheit zu überprüfen. Es ist wünschenswert, daß die Schnellaufprüfung des Turbolader-Rotors in einer

Simulations-Prüfvorrichtung durchgeführt werden kann, in 5

der der Turbolader-Rotor in gleicher Weise wie ein Turbolader, der in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, drehbar gehalten wird. Der Rotor wird durch einen Gasstrom hoher Geschwindigkeit, der auf den Flügelabschnitt des Rotors aufgebracht wird, gedreht, während der Wellenabschnitt so an einer Simulationshaltevorrichtung befestigt ist, daß der Rotor und die Haltevorrichtung als eine Einheit gedreht werden. Die Simulationshaltevorrichtung entspricht Teilen, die normalerweise mit dem Turbolader-Rotor verbunden sind. Die Schnellaufprüfung wird z.B. in der Weise durchgeführt, wie es im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 (a) und 1 (b) beschrieben ist.

Der Turbolader-Rotor 1, der einen Flügelabschnitt la und

einen Wellenabschnitt Ib aufweist, wird zuerst dynamisch ZO

ausgewuchtet, wobei die Simulationshaltevorrichtung nicht angebracht ist. Anschließend werden ein Drucklager 2, ein Abstandshalter 3, ein Verdichterrotor bzw. eine Buchse 4 und eine Überwurfmutter 5, die die Simulations-Haltevor-

richtung bilden, an dem Wellenabschnitt Ib des Rotors 1 25

angebracht. Der Turbolader-Rotor 1 und die Haltevorrichtung 2 bis 5, die aneinander befestigt sind, werden als eine Einheit dynamisch ausgewuchtet.

Anschließend werden die Haltevorrichtung 2 bis 5 und der 30

Turbolader-Rotor 1 voneinander getrennt und der Rotor 1 wird in eine Prüfvorrichtung, die eine Lagerhaltung 9, ein Lagergehäuse 10, ein Turbinengehäuse 11 und die Haltevorrichtung 2 bis 5 aufweist, eingesetzt. Der Rotor 1 wird so

eingebaut, daß sein Wellenabschnitt Ib sich durch das 35

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^ Lagergehäuse 10 erstreckt, während sein Flügelabschnitt la in einem Gaskanal 11a, der in dem Turbinengehäuse 11 ausgebildet ist, angeordnet ist. Das Drucklager 2, die Lagerhaltung 9, der Abstandshalter 3 und der Verdichterrotor bzw. die Buchse 4 werden an dem Wellenabschnitt Ib

angebracht und mittels der Überwurfmutter 5 daran befestigt. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß die Einzelbauteile 2 bis 5 der Simulations-Haltevorrichtung in der gleichen Winkelstellungen relativ zu dem Wellenabschnitt Ib des Rotors 1 angebracht werden sollten, die sich ergaben, als die aus dem Rotor 1 und der Vorrichtung 2 bis 5 bestehende Einheit dynamisch ausgewuchtet wurde.

Das Lagergehäuse 10 weist einen ölkanal 13 auf, der an

seinem Einlaß 15 über einen Flansch 14, der neben dem 15

Einlaß 15 angebracht ist, mit einem Schmiermittelschlauch 18 verbunden ist. Ein Schmiermittel aus dem Schmiermittelschlauch 18 tritt durch den Einlaß 15 ein, fließt durch den Kanal 13 und tritt an einem Auslaß 17 aus. Die Prüfvorrichtung weist einen Schwingungsmesser 16 (Vibrometer) des Beschleunigungs-Typs auf, der an dem Flansch 14 befestigt ist. Der Schwingungsmesser 16 stellt die Schwingungen der Prüfvorrichtung während der Schneilaufprüfung des Turoblader-Rotors 1 mit der Haltevorrichtung 2 bis 5

fest. Den Figuren 2(a) und 2(b) sind desweiteren ein 25

Dichtungsring 6, ein Sprengring 7, ein Radial lager 8 und eine mechanische Dichtung 19 zu entnehmen.

ι/ Wie im vorhergehenden beschrieben wurde, erfordert das Verfahren zur Durchführung einer Schnellaufprüfung mit Hilfe der oben beschriebenen Prüfvorrichtung ein dynamisches Auswuchten des Rotors 1 und der Simulations-Haltevorrichtung 2 bis 5, die an dem Wellenabschnitt Ib angebracht ist, bevor der Rotor 1 in die Prüfvorrichtung

eingebaut wird. Nach dem dynamischen Auswuchten des Rotors 35

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. 1 und der Haltevorrichtung 2 bis 5 sollten die Einzelteile der Haltevorrichtung, d.h. das Drucklager 2, der Abstandshalter 3, der Verdichterrotor bzw. die Buchse 4 und die Überwurfmutter 5 so an dem Wellenabschnitt Ib des Rotors 1

angebracht werden, daß die einzelnen Teile 2 bis 5 den 5

gleichen Winkel bzw. die gleiche Position bezüglich des Turbolader-Rotors 1 einnehmen. Auf diese Weise erfordert das Prüfverfahren eine unbequeme, zeitaufwendige Vorgehensweise, um die Einzelteile 2 bis 5 bezüglich des Rotors 1 genau auszurichten. Desweiteren muß die Lagerhalterung 9 abgenommen werden, wenn der Rotor 1 in die Prüfvorrichtung eingebaut bzw. ausgebaut wird. Folglich muß die fluidabschließende Dichtung zwischen dem Lagergehäuse 10 und der Lagerhalterung 9 ersetzt werden. Der Einbau und Ausbau des

Turbolader-Rotors erfordert viel Zeit, in etwa mehr als 15

eine Stunde, und relativ gute Fachkenntnisse. Bei einer relativ geringen Anzahl von Rotoren 1 kann das oben aufgezeigte Verfahren zufriedenstellen, wohingegen es aber nicht effektiv genug ist, wenn es erforderlich ist, innerhalb einer relativ kurzen Zeit an einer großen Anzahl von 20

Rotoren eine Schnellaufprüfung durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem eine Schneilaufprüfung eines Turbolader-Rotors mit einer einfachen Vorgehensweise effektiv 25

erreicht werden kann, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren

gemäß Patentanspruch 1 bzw. die Vorrichtung gemäß Patent-30

anspruch 3 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Durchführung einer Sehne11aufprüfung eines Turbolader-Rotors, dessen Wellenabschnitt an einer Vorrichtung angebracht ist, die aus 35

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. Einzelbauteilen, etwa einem Drucklager, einem Abstandshalter, einer Buchse bzw. einem Verdichterrotor und einer Überwurfmutter besteht, vorgesehen, wobei die Verbesserung die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Herstellen

eines einstückig ausgebildeten Mehrfachfunktionselementes, 5

das mindestens zwei funktioneile Abschnitte aufweist, die als mindestens zwei Teile der Einzelbauteile der Vorrichtung dienen; dynamisches Auswuchten des Turbolader-Rotors, ohne daß der Wellenabschnitt an der Vorrichtung befestigt ist; Einsetzen des Turbolader-Rotors und des einstückig ausgebildeten Mehrfachfunktionselementes in eine Prüfvorrichtung, so daß der Wellenabschnitt und die Vorrichtung mittels der Überwurfmutter aneinander befestigt und als eine Einheit drehbar sind; und Drehen des

Turbolader-Rotors und der Vorrichtung in der Prüfvor-15

richtung zur Durchführung einer Schnellaufprüfung.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Durchführung einer Schnellaufprüfung eines Turbolader-Rotors, der einen Flügelabschnitt und einen Wellenabschnitt aufweist, mit einer Vorrichtung 2 bis 5, die aus Einzelbauteilen, etwa einem Drucklager, einem Abstandshalter, einer Buchse bzw. einem Verdichterrotor und einer Überwurfmutter besteht, und einem Lagergehäuse vorgesehen, das den Turbolader-Rotor und die Vorrichtung 2 bis 5 so trägt, daß der WeI-25

lenabschnitt und die Vorrichtung 2 bis 5 mittels der Überwurfmutter aneinander befestigt sind und daß der Turbolader-Rotor und die Vorrichtung 2 bis 5 mittels eines Gasstroms hoher Geschwindigkeit, der auf den Flügelabschnitt des Turbolader-Rotors einwirkt, gedreht werden 30

können, wobei die Verbesserung darin besteht, daß ein einstückig ausgebildetes Mehrfachfunktionselement mindestens zwei funktioneile Abschnitte aufweist, die als mindestens zwei Teile der Einzelbauteile dienen.

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. Weitere Ziele, Anwendungen und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig ersichtlich.

Figur 1 (a) ist ein schematischer Aufriß in Explosionsdarstellung und zeigt einen Turbolader-Rotor, bevor die sich drehenden Teile an dem Rotor befestigt sind;

Figur 1 (b) ist ein schematischer Aufriß, wobei der Turbolader-Rotor und die sich drehenden Teile zu einer einstückig drehenden Einheit zusammengefügt sind;

Figur 2 (a) ist ein geschnittener Aufriß in Explosionsdarstellung des Turboladers und der sich drehenden Teile, 15

bevor diese in ein Lagergehäuse einer Prüfvorrichtung gemäß einem bekannten Verfahren eingesetzt sind;

Figur 2 (b) ist ein geschnittener Aufriß, der den Rotor und die sich drehenden Teile zeigt, nachdem sie in die Prüfvorrichtung eingebaut sind;

Figur 3 (a) ist ein geschnittener Aufriß, der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, bevor der Rotor in ein Lagergehäuse einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung eingesetzt ist;

Figur 3 (b) ist eine Schnittansicht, die den Rotor in die Prüfvorrichtung eingesetzt zeigt; und

Die Figuren 4 (a) und 4 (b) sind den Figuren 3 (a) und 3

(b) entsprechende Ansichten, die abgewandelte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens und der Vorrichtung zeigen.

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. Das erfindungsgemäße Prüfverfahren und die Vorrichtung verwenden eine Simulations-Haltevorrichtung, die ein einstückig ausgebildetes Mehrfachfunktionselement mit mindestens zwei funktioneilen Abschnitten aufweist- Diese funktionellen Abschnitte des einstückig ausgebildeten Mehrfachfunktionselements sind in ihrer Funktion mindestens zwei nebeneinander angeordneten Bauteilen einer herkömmlichen Simulations-Haltevorrichtung, die aus einem Drucklager, einem Abstandshalter, einer Buchse oder einem Verdichterrad und einer Überwurfmutter besteht, gleichwer-

tig. Beispiele für das einstückig ausgebildete Mehrfachfunktionselement der Haltevorrichtung sind in den Figuren 3 (a) und 3 (b) sowie in den Figuren 4 (a) und 4 (b) dargestellt und mit den Bezugszeichen 20 bzw. 22 versehen. Das einstückig ausgebildete Mehrfachfunktionselement 20 der Figuren 3 (a) und 3 (b) weist drei funktionell unterschiedliche Abschnitte auf, die als Drucklager, Abstandshalter und Buchse der üblicherweise verwendeten Haltevorrichtung dienen. Das Mehrfachfunktionselement 22 der Figuren 4 (a) und 4 (b) weist zwei funktionell verschiedene

Abschnitte auf, die als Abstandshalter und Buchse der herkömmlichen Haltevorrichtung dienen.

Bevor eine Schnellaufprüfung des Turbolader-Rotors 1 auf

der Prüfvorrichtung unter Verwendung des einstückig ausge-25

bildeten Mehrfachfunktionselementes durchgeführt werden kann, wird der Turbolader-Rotor 1 unter Verwendung einer üblichen Auswuchtvorrichtung ausgewuchtet. Inzwischen wird das Mehrfachfunktionselement 20, das einen Drucklagerabschnitt (Figur 3 (a) und 3 (b)) aufweist, in eine Lager-30

halterung 9 eingesetzt. Das Mehrfachfunktionselement 20 und die Lagerhalterung 9 werden mit einem Lagergehäuse 10 genau ausgerichtet. In den Beispielen der Figuren 4 (a) und 4 (b) werden das Drucklager 2 und das Mehrfachfunktionselement 22 in die Lagerhalterung 9 eingesetzt. An-

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- schließend wird der ausgewuchtete Turbolader-Rotor 1 so eingesetzt, daß der Wellenabschnitt Ib sich durch das Lagergehäuse 10 und das Mehrfachfunktionselement 20 (bzw. das Drucklager 2 und das Mehrfachfunktionselement 22)

erstreckt. Das Mehrfachfunktionselement 20 (bzw. das 5

Drucklager 2 und das Mehrfachfunktionselement 22) wird (werden) an dem Wellenabschnitt Ib des Rotors 1 mit einer Überwurfmutter 5 und wenn notwendig, mit einer geeigneten Muffe, befestigt. Es ist hierbei nicht notwendig, spezifische Relativwinkellagen zwischen dem Rotor und der Haltevorrichtung 20, 5 (2, 22, 5) einzuführen. Eine zusammengesetzte Vorrichtung, bestehend aus dem Rotor 1, dem Lagergehäuse 10, der Lagerhalterung 9 und der Haltevorrichtung 20, 5 (2, 22, 5) wird relativ zu einem Turbinengehäuse 11,

das an einem Fundamentteil bzw. einer Grundplatte 12 der 15

Prüfvorrichtung befestigt ist, so angeordnet, daß der Flügelabschnitt la des Rotors 1 innerhalb eines Gaskanals 11a, der in dem Turbinengehäuse ausgebildet ist, angeordnet ist. Unter diesen Bedingungen wird der Flügelabschnitt la einem Gasstrom hoher Geschwindigkeit, der in den Gaskanal 11a eingeleitet wird, ausgesetzt. Der Turbolader-Rotor 1 und die Simulationshaltevorrichtung 20, 5 (2, 22, 5) drehen sich mittels des Gasstroms hoher Geschwindigkeit, der durch den Gaskanal 11 a strömt, als eine Einheit. Bei

der oben geschilderten Anordnung ist es nicht notwendig, 25

die Lagerhalterung 9 von dem Lagergehäuse 10 herunterzunehmen, wenn der Rotor 1 gegen einen anderen ausgewechselt werden soll. Demzufolge muß der Schmiermittelschlauch 18 nicht von dem Einlaß bzw. dem Auslaß 15, 17 des Ölkanals

13, der durch das Gehäuse 10 verläuft, abgenommen werden, 30

wodurch ein Schmiermittelverlust beim Abnehmen von der Lagerhalterung 9 vermieden wird.

Wie oben beschrieben ist kann das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Durchführung einer

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^ Schnei lauf prüfung eines Turbolader-Rotors ein Mehrfachfunktionselement verwenden, das eine Vielzahl funktionell verschiedener Abschnitte aufweist, die einer Vielzahl einzelner Drehbauteile einer bisher verwendeten Haltevorrichtung gleichwertig sind. Die Verwendung dieses Mehr-5

fachfunktionselementes macht die unbequeme genaue Winkelausrichtung der Bauteile der Simulations-Haltevorrichtung bezüglich des ausgewuchteten Rotors überflüssig. Mit anderen Worten kann der Turbolader-Rotor und die Haltevorrichtung in einfacher Weise an der Prüfvorrichtung angebracht werden, indem nur der Wellenabschnitt des Rotors in das Lagergehäuse eingesetzt und mittels der Überwurfmutter befestigt wird. Desweiteren führt die Verwendung eines Mehrfachfunktionselementes zur Reduzierung einer Abweichung oder Schwankung der Auswuchtung der einzelnen Bauteile der Haltevorrichtung, wodurch es ermöglicht wird, die Gesamtabweichung der Auswuchtung der Haltevorrichtung in einem zulässigen Bereich zu halten. Auf diese Weise macht dieses Verfahren bzw. diese Vorrichtung die ansonsten erforderlichen Verfahrensschritte zum Auswuchten des 20

Rotors und der Haltevorrichtung vor ihrem Einsetzen in die Prüfvorrichtung überflüssig.

Die Ausschaltung des Auswuchtens des Rotors und der Simulations-Haltevorrichtung, die aneinander befestigt sind, 25

führt zur Beseitigung des üblicherweise erforderlichen Verfahrensschrittes, bei dem die Lagerhalterung 9 von dem Lagergehäuse 10 heruntergenommen wird, wenn die Haltevorrichtung heruntergenommen wird, um zusammen mit jedem

Turbolader-Rotor, der geprüft werden soll, ausgewuchtet zu 30

werden. Auf diese Weise kann die Lagerhalterung 9 mit dem Lagergehäuse 10 verbunden bleiben, wenn der zu prüfende Rotor ausgewechselt wird. Demzufolge ist es nicht notwendig, das Schmieröl aus dem Ölkanal 13 abzulassen und die

Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Lagergehäuse 10 und der 35

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, Lagerhalterung 9 wieder einzusetzen.

Auf diese Weise führt die erfindungsgemäße Anordnung zu einer entscheidenden Reduzierung des Zeit- und Arbeitsbedarfes, die notwendig sind, um dem Turbolader-Rotor in die 5

Prüfvorrichtung einzusetzen. Sie erlaubt, den Turbolader-Rotor innerhalb etwa einer Minute in die Prüfvorrichtung einzusetzen bzw. von ihr herunterzunehmen, und erleichtert die weiteren Schritte des Prüfvorgangs. Auf diese Weise sieht die Erfindung ein erstes Verfahren bzw. Vorrichtung vor, die erlauben, eine Sehne11aufprüfung eines Turbolader-Rotors in wirtschaftlich vertretbarer Weise durchzuführen.

Um das Konzept der Erfindung weiter klarzulegen, werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele in allen Einzelheiten beschrieben. Es liegt jedoch für den Fachmann auf der Hand, daß die Erfindung nicht auf die im vorhergehenden gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern daß vielmehr zahlreiche Änderungen und Abwandlungen ausführbar sind, ohne den Rahmen und den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Zum besseren Verständnis der Unterschiede zwischen den Beispielen der Erfindung und den Vergleichsbeispielen sind die Einzelheiten der Beispiele und die

Ergebnisse der Schnellaufprüfung in Tabelle 1 am Ende 25

dieser Beschreibung zusammengefaßt.

Beispiel JL

Zu Anfang wurde der Keramikrotor 1 eines Turboladers in 30

eine Maschine nachgiebiger Bauart zum dynamischen Auswuchten eingesetzt* Der Grad und die Richtung der Unwucht des Rotors 1 wurden von der Auswuchtmaschine angezeigt. Der Rotor 1 wurde unter Verringerung der Unwucht auf 0,001 g cm oder weniger ausgewuchtet, indem die geeigneten Mate-

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rialmengen an den entsprechenden Positionen der Vorder- und Hinterseiten des Flügelabschnitts la weggeschnitten wurden.

In der Zwischenzeit wurde das einstückig ausgebildete

Mehrfachfunktionselement 20, das den Drucklagerbereich, den Abstandshalterbereich und den Buchsenbereich aufweist, in die Lagerhalterung 9 eingesetzt und zusammen mit diesem am Lagergehäuse 10 angebracht, wie es in den Figuren 3 (a) und 3 (b) gezeigt ist. Dann wurde der ausgewuchtete Turbolader-Rotor 1 so in das Lagergehäuse 10 eingesetzt, daß der Wellenabschnitt Ib durch eine Bohrung in dem Gehäuse 10 und durch das Mehrfachfunktionselement 20, das in der Lagerhalterung 9 gehalten wird, hindurchragte, wie es in

der Figur 3 (b) dargestellt ist. Das Mehrfachfunktionsele-15

ment 20 wurde an dem Wellenabschnitt 1 b durch Aufschrauben der Überwurfmutter 5 auf das äußere, mit einem Gewinde versehene Ende des Wellenabschnittes Ib befestigt. Es wurde keine Ausrichtung der Winkelpositon des Mehrfachfunktionselementes 20 relativ zu dem Rotor 1 vorgenommen.

Bevor der Turbolader-Rotor 1 an dem Lagergehäuse 10 befestigt wurde, wurde der Dichtungsring 6 am Wellenabschnitt Ib befestigt und der Schmiermittelschlauch 18 mit dem Einlaß und Auslaß 15 bzw. 17 des ölkanals 13 verbunden. Desweiten wurde der Flansch 14 an dem Gehäuse 10

angebracht und der Schwingungsmeser 16 an dem Flansch mittels Schrauben befestigt.

Der zusammengesetzte Aufbau des Lagergehäuses 10 und der Lagerhalterung 9 mit dem Motor 1 und dem Mehrfachfunktionselement 20, die als eine Einheit drehbar gehalten sind, wurde bezüglich des Turbinengehäuses 11, das an einem Bodenteil der Prüfvorrichtung befestigt ist, so angeordnet, daß der Flügelabschnitt la des Rotors 1 innerhalb des Gaskanals 11a, der in dem Turbinengehäuse 11 35

ausgebildet ist, angeordnet ist. Die auf diese Weise ausgerichtete zusammengesetzte Vorrichtung 9, 10 wurde an dem Turbinengehäuse 11 festgeschraubt.

_c Da nunmehr der Rotor 1 und die Simulations-Haltevor-

richtung 20, 5 drehbar an der Prüfvorrichtung angebracht waren, wurde ein Strom heißen Gases mit 900° C in den Gaskanal 11a in der Richtung eingeleitet, die durch den Pfeil A in Figur 3 (b) angezeigt ist, wodurch der Rotor 1 _n mit 180 000 Upm für die Dauer von zehn Minuten gedreht wurde. Um den Rotor und die Haltevorrichtung 20, 5 auf ihre Schnellaufeigenschaften hin zu überprüfen, wurden die Schwingungen der Prüfvorrichtung mittels des Schwingungsmessers 16, der an dem Flansch 14 neben dem Schmiermitteleinlaß 15 des Lagergehäuses 10 angebracht war, gemessen. 15

Die Schwingungsmessung der Prüfvorrichtung während des Schnellaufvorgangs ergab näherungsweise 10 G (98 m/sec ) Nach dem Schnellaufvorgang wurde der Turbolader-Rotor 1 von der Prüfvorrichtung herunter genommen und auf strukturelle Besonderheiten untersucht. Die Untersuchung ergab keine Beschädigungen. Die Zeit, die zum Einbau bzw. Ausbau des Turboiader-Rotors 1 in bzw. aus der Prüfvorrichtung benötigt wurde, lag bei etwa einer Minute.

Beispiel 2

Der Keramikrotor 1 eines Turboladers wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 dynamisch ausgewuchtet. Währenddessen wurde das Drucklager 2 in die Lagerhalterung 9

eingesetzt und zusammen mit dieser am Lagergehäuse 10 30

angebracht, wie in Figur 4 (a) gezeigt ist. Der ausgewuchtete Turbolader-Rotor 1 wurde in das Lagergehäuse 10 so eingesetzt, daß der Wellenabschnitt Ib sich durch das Gehäuse 10 und das Drucklager 2 in die Lagerhalterung 9 erstreckte. Das Mehrfachfunktionselement 22, das einen

j Abstandshalterbereich und einen Buchsenbereich aufweist, wurde auf den Endabschnitt des Wellenabschnittes Ib aufgesetzt und mittels der Überwurfmutter 5 daran befestigt. Es wurde keine Winkelausrichtung des Lagers 2 und des Mehrte fachfunktionseleraentes 22 relativ zu dem Rotor 1 vorgenommen. Bevor der Turbolader-Rotor 1 in das Lagergehäuse 10 eingesetzt wurde, wurde der Dichtungsring 6 am Wellenabschnitt Ib angebracht und die Schmiermittelschläuche 18 mit dem Einlaß bzw. dem Auslaß 15, 17 des Ölkanals 13 . _. verbunden.Desweiteren wurde der Flansch 14 an dem Gehäuse 10 angebracht und der Schwingungsmesser 16 an dem Flansch mittels Schrauben befestigt. Die zusammengesetzte Vorrichtung des Lagergehäuses 10 und der Lagerhalterung 5 mit dem Rotor 1 und dem Mehrfachfunktionselement 22 wurde

, _ bezüglich des Turbinengehäuses 11, das an einer Grundplat-15

te der Prüfvorrichtung befestigt ist, ausgerichtet und mit dem Turbinengehäuse 11 verschraubt.

Der Rotor 1 und die Simulations-Haltevorrichtung 2, 22, 5

wurden mit 180 000 Upm für die Dauer von 10 Minuten ge-20

dreht, indem ein Strom heißen Gases mit 900° C in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 auf den Flügelabschnitt 1 a des Rotors 1 gelenkt wurde. Die Schwingungen der Prüfvorrichtung wurden mittels des Schwingungsmessers 16 gemessen, um die Schneilaufeigenschaften des Rotors 1 fest-25

zustellen.

Die Messung der Schwingung der Prüfvorrichtung während des SchnellaufVorganges ergab näherungsweise 10 G (98 m/sec^).

An dem geprüften Rotor 1 wurden nach dem Ausbau aus der 30

Prüfvorrichtung keinerlei strukturelle Besonderheiten festgestellt. Die Zeit, die zum Einbau bzw. Ausbau des Turbolader-Rotors 1 in bzw. aus der Prüfvorrichtung benötigt wurde, lag bei etwa einer Minute.

-16-Vergleichsbeispiel 1

Der Turbolader-Rotor 1 wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 ausgewuchtet. Der Dichtungsring 6 wurde an dem Rotor 1 befestigt und der Rotor wurde so in das Lagerge-

häuse 10 eingesetzt, daß der Wellenabschnitt Ib sich durch das Gehäuse 10 erstreckte. Dann wurde das Drucklager 2 ohne Beachtung der Winkelpositon bezüglich des Rotors 1 auf dem Wellenabschnitt Ib befestigt. Die Lagerhalterung 9 wurde mit Hilfe von Schrauben an dem Lagergehäuse 10 befestigt, so daß das Drucklager 2 gehalten wurde, wie es in den Figuren 2 (a) und 2 (b) dargestellt ist. Beim Befestigen der Halterung 9 an dem Gehäuse 10 wurde darauf geachtet, einen Schmiermittelverlust und ein Festfressen des Drucklagers 2 während des Schnellaufes der Rotors 1 zu vermeiden. Der Abstandshalter 3 und der Verdichterrotor 4 wurden an dem Wellenabschnitt Ib angebracht und die gesamte Haltevorrichtung 2, 3, 4, 5 wurde mittels der Überwurfmutter 5 an dem Wellenabschnitt Ib befestigt. Die

Schmiermittel schläuche 18 wurden mit dem Lagergehäuse 10 20

verbunden und der Flansch 14 wurde neben dem Einlaß 15 des ölkanals 13 angebracht.

Die zusammengesetzte Vorrichtung des Lagergehäuses 10 und

der Lagerhalterung 9 mit dem Rotor 1 und der Haltevor-25

richtung 2, 3, 4, 5 wurde relativ zu dem Turbinengehäuse 11, das an einer Grundplatte der Prüfvorrichtung befestigt ist, ausgerichtet und mit dem Turbinengehäuse 11 verschraubt .

Der Rotor 1 und die Simulations-Haltevorrichtung 2, 22, 5 wurden in schnelle Drehung versetzt, indem ein Strom heißen Gases mit 900° C in den Gaskanal 13a des Turbinengehäuses 11 in der Richtung, wie es durch den Pfeil A in Figur 2 (b) angezeigt ist, in gleicher Weise wie im Bei-

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spiel 1 eingeleitet. Die Schwingung der Prüfvorrichtung überstieg bei einer Drehgeschwindigkeit von 180 000 Upm den Wert 30 G (294 m/sec ). Die Schnei lauf prüfung wurde an diesem Punkt abgebrochen, um gefährliche Zustände des Rotors 1 zu vermeiden.

Vergleichsbeispiel 2

Der Turbolader-Rotor 1 wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 dynamisch ausgewuchtet. Das Drucklager 2, der Abstandshalter 3 und der Verdichterrotor 4 wurden an dem Wellenabschnitt 1 b angebracht und mittels der Überwurfmutter 5 daran befestigt, wie es in den Figuren 1 (a) und 1 (b) dargestellt ist. Der Rotor 1 und die daran befestigte Haltevorrichtung 2, 3, 4, 5 wurden dann dynamisch 15

ausgewuchtet. Die Haltevorrichtung 2, 3, 4, 5 wurde von dem Rotor 1 abgenommen, nachdem die Winkellage eines jeden Bauteils der Haltevorrichtung 2, 3, 4, 5 relativ zu dem Rotor 1 markiert worden war.

Anschließend wurde der Rotor 1 in der gleichen Weise wie im Vergleichsbeispiel 1 in das Lagergehäuse 10 eingebaut. Das Drucklager 2, die Lagerhalterung 9, der Abstandshalter 3, der Verdichterrotor 4 und die Überwurfmutter 5 wurden

an dem Wellenabschnitt Ib des Rotors 1 befestigt. Das 25

Lager 2, der Abstandshalter 3, der Rotor 4 und die Überwurfmutter 5 wurden sorgfältig zu dem Rotor 1 ausgerichtet, um die selben Winkelpositorien der einzelnen Bauteile 2 bis 5 relativ zu dem Rotor 1 zu erhalten, die bei

dem dynamischen Auswuchten des Rotors und der Haltevor-30

richtung 2-5 festgestellt worden waren. Die Schmiermittelschläuche 18 und der Flansch 14 wurden mit dem Lagergehäuse 10 verbunden bzw. befestigt und der Schwingungsmesser 16 wurde mit dem Flansch 14 verschraubt. Anschließend

wurde die zusammengesetzte Vorrichtung des Lagergehäuses 35

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. 10 und der Lagerhalterung 9 mit dem Rotor 1 und der Haltevorrichtung 2-5 ausgerichtet und an dem Turbinengehäuse 11 befestigt.

Der Rotor 1 und die Simulations-Haltevorrichtung 2-5 wurden mit 180 000 Upm für die Dauer von 10 Minuten gedreht, indem ein Strom heißen Gases mit 900° C in Richtung A in gleicher Weise wie im Vergleichsbeispiel 1 eingeleitet wurde. Die Schwingung der Prüfvorrichtung wurde mittels des Schwingungsmessers 16 gemessen, um die Schnelllaufeigenschaften des Rotors 1 zu überprüfen.

Die maximale Schwingung der Prüfvorrichtung betrug etwa 10 G (98 m/sec ). Die Untersuchung des Rotors 1 nach dem

Schnellauf ergab keine strukturellen Fehler. Das Prüfver-15

fahren und die Vorrichtung, die in diesem Vergleichsbeispiel verwendet wurden, erfordern, daß jeder Rotor 1 zusammen mit der Haltevorrichtung 2-5 dynamisch ausgewuchtet werden muß, und erfordern deshalb jedes Mal, wenn

der Rotor 1 ausgewechselt wird, einen hohen Zeitbedarf und 20

ein unbequemes Ausbauen und Einbauen der Vorrichtung 2 -

5. Es dauert mehr als eine Stunde, um den Einbau und Ausbau des Rotors 1 und der Vorrichtung 2 - 5 in bzw. aus dem Lagergehäuse 10 vollständig durchzuführen.

In einem Verfahren zur Durchführung einer Schnellaufprüfung eines Turbolader-Rotors ist dessen Wellenabschnitt an einer Simulations-Haltevorrichtung angebracht, die aus Einzelteilen, etwa einem Drucklager, einem Abstandshalter, einer Buchse bzw. einem Verdichterrotor und einer Über-

wurfmutter, besteht, wobei die Verbesserung in der Verwendung eines einstückig ausgebildeten Mehrfachfunktionselementes liegt, das mindestens zwei funktioneile Abschnitte aufweist, die als mindestens zwei Teile der Einzelbauteile der Vorrichtung dienen. Die Prüfvorrichtung

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. weist die Haltevorrichtung mit dem einstückig ausgebildeten Mehrfachfunktionselement und ein Lagergehäuse auf, das den Turbolader-Rotor und die Haltevorrichtung als eine Einheit drehbar hält.

TABELLE 1

	Beispiel 1	Beispiel 2	Vergleichs beispiel 1	Vergleichs beispiel 2	10 G (98 m/sec²)
Auswuchtung des Rotors	ja	ja	ja	ja	gut
Gesamt- auswuchtung	nein	nein	nein	ja	60 Min.
Bauteile der Haltevorrich tung	Element 20 Mutter 5	Element 22 Lager 2 Mutter 5	Verdichter rotor 4 Lager 2 Abstands halter 3 Mutter 5	Verdichter rotor 4 Lager 2 Abstands halter 3 Mutter 5
Prüf bedingungen	900⁰C 180 000 üpm	900⁰C 180 000 Upm
Schnellauf schwingungen	10 G (98 m/sec²)	30 G (294 m/sec²) oder höher
Prüf ergebnis	gut	Schnellauf bei 130 000 Upm abge brochen
Zeitbedarf für Einbau/Ausbau des Rotors	1 Min.	30 Min.

- Leerseite -

Claims

TeDTKE - BüHLING - KlNNE^ $RUf>E ' } ^S EPA r» f^ O-" " : '■ " : " "-D;pl.-lng. H.Tiedtke HlELLMANN " ISRAMS - OTRUiF " ' Dipi.-Chem. G.Bühüng Dipl.-ing. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe 3610913 Dipl.-lng. B. Pelimann Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 20 24 G 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münche 24. März 1986 DE 5680 Patentansprüche

1. Verfahren zur Durchführung einer Schnellaufprüfung eines Turbolader-Rotors, dessen Wellenabschnitt an einer Vorrichtung angebracht ist, die aus Einzelbauteilen, wie einem Drucklager, einem Abstandshalter, einer Buchse bzw. einem Verdichterrotor und einer Überwurfmutter besteht, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Herstellen eines einstückig ausgebildeten Mehrfachfunktionselementes (20, 22), das mindestens zwei funktionelle Abschnitte aufweist, die als mindestens zwei Teile der Einzelbauteile (2, 3, 4, 5) der Vorrichtung (2 bis 5) dienen,

dynamisches Auswuchten des Turbolader-Rotors (1), ohne daß der Wellenabschnitt (Ib) an der Vorrichtung (2 bis 5) befestigt ist.

Einsetzen des Turbolader-Rotors (1) und des einstückig ausgebildeten Mehrfachfunktionselementes (20, 22) in eine Prüfvorrichtung, so daß der Wellenabschnitt (Ib) und die Vorrichtung (2 bis 5) mittels der Überwurfmutter (5) aneinander befestigt und als eine Einheit drehbar sind, und

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Drehen des Turbolader-Rotors (1) und der Vorrichtung (2 bis 5) in der Prüfvorrichtung zur Durchführung einer Schnellaufprüfung.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbolader-Rotor (1) aus Keramik besteht.

3. Vorrichtung zur Durchführung einer Schneilaufprüfung eines Turbolader-Rotors, der einen Flügelabschnitt und einen Wellenabschnitt aufweist, mit einer Vorrichtung (2 bis 5), die aus Einzelbauteilen, wie einem Drucklager (2), einem Abstandshalter (3), einer Buchse bzw. einem Verdichterrotor (4) und einer Überwurfmutter (5) besteht, und einem Lagergehäuse (10), das den Turbolader-Rotor (1) und

,_ die Vorrichtung (2 bis 5) so trägt, daß der Wellenab-

schnitt (Ib) und die Vorrichtung (2 bis 5) mittels der Überwurfmutter (5) aneinander befestigt sind und daß der Turbolader-Rotor (1) und die Vorrichtung (2 bis 5) mittels eines Gasstroms hoher Geschwindigkeit, der auf den Flügelabschnitt (la) des Turbolader-Rotors (1) einwirkt, gedreht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstückig ausgebildetes Mehrfachfunktionselement (20, 22) mindestens zwei funktioneile Abschnitte aufweist, die als mindestens zwei Teile der Einzelbauteile (2, 3, 4, 5) dienen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das einstückig ausgebildete Mehrfachfunktionselement (20) drei funktionelle Abschnitte aufweist, die als Drucklager (2), als Abstandshalter (3) und als Buchse bzw. Verdichterrotor (4) dienen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbolader-Rotor (1) aus Keramik besteht.