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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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(1) Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Herstellungsverfahren eines Abgas-Turbinenblatts, welches eine
Komponente von Turboladern für
Motorfahrzeuge ist.
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(2) Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein Turbolader ist eine Komponente
eines Motorfahrzeuges zum Verbessern der Ausgangsleistung von Verbrennungsmotoren,
wobei Energie eines abgeleiteten Gases verwendet wird. Indem er
in einem Motor montiert wird, kann im Vergleich ohne ihn eine außerordentliche
Beschleunigung in einem mittleren bis hohen Drehzahlbereich des
Motors erzielt werden. Bei dem Turbolader von Motorfahrzeugen dreht
ein Turbinenrad bei einer hohen Geschwindigkeit von nicht weniger
als hunderttausend Umdrehungen pro Minute (rpm) aufgrund der Energie
des abgeleiteten Gases, welches in den Turbolader geleitet wird,
um einen Kompressor, welcher koaxial auf der Rotorwelle des Turboladers
angebracht ist, anzutreiben.
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Das Turbinenblatt ist eine Komponente
des Turboladers und öffnet
und schließt
sich gemäß der Motorgeschwindigkeit,
wodurch es die Motorausgangsleistung reguliert. Speziell die Motorausgangsleistung
in einem niedrigen Drehzahlbereich des Motors kann durch den Turbolader
verbessert werden.
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Weil sich das Turbinenblatt öffnet und schließt während es
einer hohen Abgastemperatur ausgesetzt ist, ist es wesentlich, dass
das Turbinenblatt eine gute Hitzebeständigkeitsei genschaft besitzt.
Daher wird Hitze beständiger
Stahl dafür
eingesetzt. Da ferner eine Anzahl von Turbinenblättern auf dem Umfangsabschnitt
des Turbinenrades angeordnet ist, und sie sich auf einmal öffnen und
schließen sind
eine Genauigkeit einer Lagebeziehung zwischen dem Schwenkteil und
dem Schaufelteil des Turbinenblatts und eine Genauigkeit einer Form
des Schaufelteils wichtige Faktoren.
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Daher ist das Turbinenblatt herkömmlich durch
das Präzisionsgussverfahren
und das Pulverforminjektionsverfahren (MIM) ausgebildet worden, wobei
die Hitzebeständigkeitseigenschaft,
eine Größe und die
Formgenauigkeit in Betracht gezogen wurden, und nachfolgend wurde
das gegossene oder mittels Pulverformen hergestellte Produkt dem
Verfahren einer Abschlussbearbeitung des Schwenkteils unterzogen,
Schleifen usw..
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Turbinenblätter von in einem relativ niedrigen Temperaturbereich
eingesetzten Turboladern sind durch Schmieden aus einer Aluminiumlegierung
hergestellt worden. Es ist zum Beispiel in der JP-A-61-277887 offenbart,
dass eine Turbinenblatthalterung und ein Turbinenblatt derart aus
einer Aluminiumknetlegierung geschmiedet sind, dass beide Teile
eine verbesserte Festigkeit besitzen und einfach herzustellen sind.
Obwohl dieser Vorschlag bezüglich
des Punktes, dass es keinen Verbindungsabschnitt gibt, anerkannt
ist, kann ein Problem der schlechten Hitzebeständigkeitseigenschaft nicht
gelöst
werden.
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Die vorab erwähnten Verfahren des Präzisionsgusses
und der MIM sind bezogen auf das Ausbilden eines Turbinenblatts
vorteilhaft. Aber für
den Fall eines ganzheitlichen Ausbildens des Schwenkteils und des
Schaufelteils davon in einem gegos senen oder gesinterten Zustand,
ist es für
das Schwenkteil erforderlich, da eine Genauigkeit einer Lagebeziehung
zwischen dem Schwenkteil und dem Schaufelteil bzw. ein Durchmesser
des Schwenkteils aufgrund der thermalen Belastung, welche während des
Gieß-
oder Sinterverfahrens in dem Produkt auftreten, die erforderlichen
Werte nicht erreicht, es, wie es gegossen oder gesintert ist, zu
bearbeiten oder zu schleifen, was zu einem Anstieg der Produktionskosten
führt.
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Außerdem gibt es bei den Präzisionsgussverfahren,
da Produkte dazu neigen, an der Oberfläche und innen Defekte zu besitzen,
auch ein Problem eines weiteren Kostenanstiegs, um fehlerfreie Produkte
auszuwählen,
um die Produktqualität
sicherzustellen.
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Bei dem MIM gibt es, da Grünlinge gesintert werden,
ein Problem, dass die Materialfestigkeit von gesinterten Produkten
geringer als ein gewöhnlich bearbeitetes
Stahl- oder Gussprodukt ist, insbesondere dem Übergangsteil zwischen dem Schaufelteil und
dem Schwenkteil fehlt eine benötigte
Festigkeit.
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Obwohl ein Verfahren zum Herstellen
eines Turbinenblatts durch Schmieden einer Aluminiumlegierung bekannt
gewesen ist, ist es außerdem
bisher außerhalb
der Vorstellung eines Fachmanns gewesen, ein Turbinenblatt aus Hitze
beständigen
Stahl herzustellen, wobei ein vergleichsweise geringerer Bedarf
für eine
Massenproduktion von Turbinenblättern
in der Vergangenheit in Betracht gezogen wurde.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, eine Abschlussbearbeitung von Schwenkteilen von Turbinenblättern wegzulassen
oder zu vereinfachen, um eine große Anzahl von Turbinenblättern für Abgas
solide herzustellen.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung
ist, ein Herstellungsverfahren von Turbinenblättern für Abgas und das Turbinenblattprodukt
herzustellen, wobei Probleme bezüglich
Grussteildefekten und einer Verminderung der Materialfestigkeit
nicht auftreten.
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Erfindungsgemäß werden die vorab erwähnten Aufgaben
durch ein Herstellungsverfahren eines Abgas-Turbinenblatts, wie
in Anspruch 1 definiert, gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Die vorliegenden Erfinder haben die
Probleme der Materialfestigkeit und Massenproduktivität studiert,
und haben herausgefunden, dass die Produktivität und die Produktionskosten
stark verbessert werden können,
indem ein Verfahren eines Stanzens einer flachen Platte eines Hitze
beständigen
Stahls gefolgt von einer gleichzeitigen Kaltverformung eines Schaufelteils
und eines Schwenkteils angewendet wird, und kamen zu der vorliegenden
Erfindung. Sie haben auch herausgefunden, dass die Genauigkeit des
Abgas-Turbinenblatts durch ein Abschlussbearbeitungsverfahren sichergestellt
werden kann, welches eine Abgratpressbearbeitung und eine einfache Abschlussbearbeitung
aufweist.
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Vorzugsweise wird in einem ersten
Schritt der Kaltverformung ein im Allgemeinen T-förmiges Stück oder
ein kreuzförmiges Stück, welches
eine geometrische Form und einen Bereich besitzt, welche der Projektion
des Turbinenblattprodukts entsprechen, durch Stanzen hergestellt.
Alternativ kann das T-förmige Stück oder
das kreuzförmige
Stück aus
einem kreisförmigen
oder rechtwinkligen Stabmaterial, einem durch Ziehen usw. bearbeiteten
Material, hergestellt werden.
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Gemäß eines Merkmals der Erfindung
enthält
die Kaltverformung einen Schritt eines gleichzeitigen Schmiedens
des Schaufelteils und des Schwenkteils. Vorzugsweise werden Folgeschnitte bei
der Kaltverformung eingesetzt, um eine hohe Massenproduktivität sicherzustellen.
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Gemäß eines anderen Merkmals der
Erfindung umfasst die Kaltverformung eine Abgratpressbearbeitung
als einen letzten Schritt, bei welchem ein Grat des Erzeugnisses
entfernt wird und eine Kalibrierung der Arbeit bewerkstelligt wird,
wodurch die Formgenauigkeit sichergestellt wird.
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Wie vorab beschrieben ist ein Schlüsselmerkmal
der Erfindung, das Turbinenblatt aus Hitze beständigen Stahl durch eine Kaltverformung,
welche optional eine Abgratpressbearbeitung umfasst, herzustellen.
Es ist auch ein wichtiges Merkmal, dass das Schaufelteil und das
Schwenkteil gleichzeitig bei dem Kaltverformungsverfahren geschmiedet
werden.
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Infolge der Kaltverformung wird die
Beständigkeit
der Qualität
im Vergleich mit dem herkömmlichen
Präzisionsgussverfahren
oder dem MIM verbessert. Das heißt, die Kaltverformung ist
ein stabiles Verfahren und das geschmiedete Produkt besitzt keine
Defekte durch Gießen
oder durch Pulverinjektionsformen. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind,
dass das kalt geformte Produkt eine hohe Festigkeit besitzt und
dass aufgrund der vorab erwähnten
Defekte keine Beeinträchtigung
auftritt.
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Mit Bezug auf den Hitze beständigen Stahl ist
es vorteilhaft, eine Platte eines Hitze beständigen Stahls einzusetzen,
welcher in JIS G 4312 spezifiziert ist, welcher relativ gängig ist
und im Hinblick auf Kosten und Bearbeitbarkeit eine gute Formbarkeit
besitzt. Wenn eine Anzahl von T-förmigen oder kreuzförmigen Stücken gleichzeitig
von der vorab erwähnten
Stahlplatte durch Stanzpressbearbeitung hergestellt wird, wird die
Produktivität
verbessert. Die Produktivität
kann weiter verbessert werden, indem Folgeschnitte bei der Kaltverformung
eingesetzt werden.
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Es ist möglich, einen Grat zu entfernen,
welcher während
der Kaltverformung erzeugt wurde, und die Formgenauigkeit des oberen
Endes des Turbinenblatts durch Abgratpressbearbeitung bei einem abschließenden Schritt
der Kaltverformung sicherzustellen. Außerdem kann ein feiner Grat
durch ein zusätzliches
Gleitspanen entfernt werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
ein Flussdiagramm, welches eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt; und
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2 stellt
ein kreuzartiges Turbinenblatt dar, welches erfindungsgemäß hergestellt
ist, welches sich von dem in 1 dargestellten
T-förmigen Turbinenblatt
unterscheidet.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Im Folgenden werden mit Bezug auf
die Zeichnungen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Während der
Term "Press" oder "Pressen" verwendet wird,
um das Bearbeitungsverfahren anschaulich darzustellen, ist es dabei
ein Teil des Kaltverformungsverfahrens.
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1 ist
ein Flussdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren eines Abgas-Turbinenblatts 1 durch
Stanzen und Kaltverformung darstellt.
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Das Turbinenblattprodukt 1 besteht
aus einem Schaufelteil 1a, welches eine Turbinenblattoberflächengröße von 20
mm × 7,5
mm und eine maximale Dicke von 2,5 mm besitzt, und einem Schwenkteil 1b,
welches einen Durchmesser von 4,5 mm und eine Länge von 13 mm besitzt. Eine
Hitze beständige Stahlplatte 2 wurde
als der Materialplattenrohling präpariert, welcher aus SUS 310S,
was in JIS 4312 definiert ist, hergestellt wurde.
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Es folgt nun eine Beschreibung mit
Bezug auf das Flussdiagramm.
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Zuerst werden T-förmige Stücke 3 als ein kalt geformter
Materialrohling für
Abgas-Turbinenblätter durch
Stanzen aus der Hitze beständigen
Stahlplatte 2 hergestellt. Obwohl das Flussdiagramm darstellt, dass
drei T-förmige
Stücke
durch Stanzen aus der einzelnen Platte 2 hergestellt werden,
ist es in diesem Fall wünschenswert,
gleichzeitig durch Stanzen eine Anzahl von den T-förmigen Stücken herzustellen,
wobei die Kapazität
der automatischen Produktion berücksichtigt
wird. Als nächstes
wird mit Verwendung von Kaltverformungs-Formen (nicht dargestellt) die
Kaltverformung ausgeführt.
In diesem Beispiel besteht das Kaltverformungsverfahren aus vier Schritten
während
vier Sätze
von Formen erstellt werden. Ein erster Schritt war ein grobes Pressen, um
hauptsächlich
das Schaufelteil 4 zu formen. Ein zweiter Schritt war ein
grobes Pressen, um hauptsächlich
das Schwenkteil 5 zu formen. Ein dritter und vierter Schritt
waren ein Pressen des Erzeugnisses als Ganzes, um eine endgültige Form
zu erhalten, wobei sowohl das Schaufelteil 4 als auch das Schwenkteil 5 gleichzeitig
mit Verwendung von Gesamtformen geschmiedet wurden.
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Da es ein Problem gibt, dass die
Dicke eines geschmiedeten Schwenkteils dazu neigt, zu variieren,
so dass sie in Längsrichtung
von dem freien Ende zu der Seite des Schaufelteils hin aufgrund
eines großen
Unterschieds in der Dicke zwischen dem Schaufelteil und dem Schwenkteil
kleiner wird, wurde dies bei jedem Pressschritt korrigiert, indem
eine Abschrägung
zu dem Formhohlraum zum Formen des Schwenkteils bereitgestellt wurde,
wodurch eine Hohlraumform derart erstellt wurde, dass der Durchmesser
des Schwenkteils zu der Seite des Schaufelteils zunahm.
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Um das vorab beschriebene Verfahren
weiter zu vereinfachen, das heißt,
die Anzahl der Schmiedeschritte zu reduzieren, ist es effektiv,
von vornherein den Materialrohling mit einem Dickenunterschied zwischen
dem Schaufelteil und dem Schwenkteil zu versehen.
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Ein Zwischenprodukt 6 mit
einem Grat 6a, welches durch die vorab beschriebenen vier
Kaltverformungsschritte hergestellt wurde, wurde einer Abgratpressbearbeitung
unterzogen, um den Grat 6a zu entfernen. Nachfolgend wurden
kleine Grate an Endkanten des Schaufelteils und des Schwenkteils
durch Gleitspa nen entfernt, um ein Abgas-Turbinenblatt 1 zu
erhalten. Das somit erhaltene Abgas-Turbinenblatt 1 wird
optional einer kleinen Abschlussbehandlung eines Polierens oder
Schleifens unterzogen.
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2 zeigt
ein alternatives kreuzartiges Turbinenblatt 7, welches
aus zwei koaxialen Schwenkteilen 7b, 7c und einem
Schaufelteil 7a besteht, und welches durch dasselbe Verfahren,
wie bei dem Fall der T-förmigen
Turbinenblätter
vorab beschrieben, hergestellt werden kann.
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Es wurde bestätigt, dass das Turbinenblatt erfindungsgemäß durch
eine Kaltverformung hergestellt werden kann, während ein Abschlussverfahren, wie
z. B. ein Bearbeiten oder Polieren des Schwenkteils, weggelassen
wurde, welche eine befriedigende Materialfestigkeit besitzt und
frei von Defekten an der Oberfläche
und innen ist.
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Beim Herstellen des Abgas-Turbinenblatts können gemäß des Herstellungsverfahrens
der Erfindung die folgenden Vorteile erreicht werden:
- (1) ein automatisches Produktionsverfahren kann leicht realisiert
werden;
- (2) die Qualität
der Produkte ist stabil;
- (3) ein Abschlussverfahren kann weggelassen werden;
- (4) es ist möglich,
die Produktivität
und die Herstellungskosten durch die in den vorab beschriebenen
Punkten (1) bis (3) genannten Gründe merkbar
zu verbessern, so dass die vor liegende Erfindung zum Einsatz einer
Massenproduktion von Abgas-Turbinenblättern beitragen kann.