WO2010133396A2 - Auswucht-einrichtung zum auswuchten eines turboladers und verfahren zum auswuchten eines turboladers - Google Patents

Auswucht-einrichtung zum auswuchten eines turboladers und verfahren zum auswuchten eines turboladers Download PDF

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WO2010133396A2
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balancing
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laser
imbalance
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Georg Mehne
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/027—Arrangements for balancing
    • G—PHYSICS
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    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods

Definitions

  • Balancing device for balancing a turbocharger and method for balancing a turbocharger
  • the invention relates to a balancing device for balancing a turbocharger and method for balancing a turbocharger.
  • a turbine In a turbocharger, a turbine is generally driven by the exhaust gas flow of a connected internal combustion engine, wherein the turbine via a common shaft ⁇ again drives a compressor which compresses fresh air.
  • Exhaust gas turbochargers are therefore normally subjected to an operational balancing for their use.
  • material is removed from the turbocharger in a targeted manner in order to counteract existing imbalances of the turbocharger.
  • the removal of material for balancing is currently carried out by means of a Frasemcardi.
  • the bearing housing of the turbocharger is clamped in a special measuring machine and measured regarding its unbalance behavior first. Thereafter, at standstill at a calculated position on the compressor screw material is removed to eliminate the imbalance.
  • the object of the present invention is now to provide an improved device and an improved method for balancing a turbocharger.
  • a balancing device and a method for balancing a turbocharger are provided, wherein the balancing device has a laser device for removing material by means of a laser in order to at least reduce or substantially eliminate an imbalance of the turbocharger.
  • the balancing device or the method for balancing a turbocharger has the advantage that the laser device enables balancing, for example, of a fully assembled turbocharger, in which the turbine housing and the compressor housing are already mounted. This is not possible with the previous milling machines used in balancing. In general, the balancing by laser can also be done in less accessible places, since the area where the material is removed does not have to be completely freely accessible, as in a milling machine.
  • the turbocharger during the removal of material at one or more positions of the turbocharger for balancing with a voted down speed is preferably a constant or substantially constant speed.
  • the speed at which the mate ⁇ ababtrag takes place can correspond to the speed at which the turbocharger is driven up to determine an imbalance of the turbocharger.
  • the speed at which the removal of material takes place can also be any other speed at which the laser device can remove the predetermined material quantity.
  • the material removal with rotating turbocharger has the advantage that the balancing time can be shortened because the turbocharger does not need to be brought extra to a standstill position, after booting.
  • the turbocharger is raised to determine an imbalance to a predetermined speed, wherein the speed is for example equal to or greater than a critical bending speed. This has the advantage that an imbalance of the turbocharger can be determined more accurately.
  • the balancing device has an actuating device for driving or driving the turbocharger.
  • the actuation device may drive the turbocharger, for example from the turbine side and / or the compressor side.
  • the actuation device for driving the turbocharger via the turbine or the turbine side can introduce or pass, for example, a suitable medium, for example compressed air, into the turbine.
  • a suitable medium for example compressed air
  • the turbocharger is shut down after the fully performed Mate ⁇ alabtrag to a lower speed. During the shutdown by means of the measuring device, it is checked whether the turbocharger still has an undesired imbalance. This has the advantage that both the detection and removal of the imbalance and the retesting for an imbalance can be carried out in one cycle, without the turbocharger having to be recharged, for example.
  • the laser being from the delay (Delay) is determined for the control of the laser pulse of the laser is triggers Ge, for example, the time delay between the amplitude of the imbalance at a particular point in egg ⁇ ner predetermined rotational speed is determined. In this way, it is possible to dispense with the determination of an absolute position for the removal of material and, in addition, to carry out the removal of material while the turbocharger is running.
  • the speed at which the laser is triggered for example, the speed at which the removal of material takes place.
  • the speed at which the Mate ⁇ alabtrag takes place may be equal to or greater than a critical bending speed.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a turbocharger and a laser device for removing material on parts of the turbocharger.
  • FIG. 2 shows a fastening screw element of the turbocharger in a sectional view and a top view, wherein a material removal by means of laser can be carried out on the fastening screw element;
  • FIG. 3 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a compressor housing of a turbocharger with an exposed section
  • FIG. 6 shows a turbine housing of a turbocharger with an exposed section
  • Fig. 7 shows an optical device for removing material via a laser device of a erfmdungsgepartyen
  • FIG. 1 shows first a schematic sectional view of a turbocharger 10 and a laser device 12 for removing material from parts of the turbocharger 10.
  • the turbocharger 10 in this case has a turbine housing 14, in which a turbine wheel 16 is arranged on a shaft 18.
  • the turbine wheel 16 is driven via an exhaust gas mass flow of a connected internal combustion engine.
  • a compressor housing 20 with a compressor wheel 22 is seen before ⁇ , wherein the compressor wheel 22 is also disposed on the shaft 18 and is driven by the turbine wheel 16 to compress fresh air and the engine to provide.
  • the shaft 18 itself is mounted in a bearing housing 24, for example via a radial bearing device 26 and a thrust bearing device 28.
  • the turbine wheel 16 and / or the compressor wheel 22 can be fastened to the shaft 18, for example via a fastening screw element 30, as is shown by way of example in the following FIG. 2.
  • a material removal takes place, which is carried out by means of a laser or a laser device 12.
  • the turbocharger 10 is this, clamped in a measuring and chucking a balancing ⁇ device to be measured by the measuring device.
  • the measuring device determines whether an imbalance exists and, if so, the position and the amount of material that must be removed in order to eliminate the imbalance in the We ⁇ sentlichen.
  • the material removal is determined or measured in the measuring and clamping device and regulated, for example, according to online.
  • the removal of the material by means of the laser device can take place, for example, on a partially or completely assembled turbocharger 10, ie on a turbocharger 10 which in addition to the rotor 18 with the turbine runner 16 and the compressor wheel 22 and the bearing housing 24 also already has a turbine housing 14 and / or a compressor housing 20.
  • the laser device 12 according to the invention has the advantage over the previous Mate ⁇ alabtrag by milling that even at an already installed Turbmengen- home 14 and / or compressor housing 20 can remove material for balancing the turbocharger 10. This is because a laser itself At lower lying or more inwardly located or rather difficult to access places in a housing can still remove material, in contrast to a milling machine and its cutter. In the case of a milling machine, a material transfer for balancing can only take place if the turbine housing or compressor housing has not yet been mounted and the location for the material removal is still freely accessible.
  • a rotor 18 with a turbine wheel 16 and / or compressor wheel 22 wherein, for example, the shaft 18 of the rotor is mounted in a bearing housing 24.
  • Mate ⁇ alabtrag in a substantially fully assembled turbocharger has the advantage that the accuracy of the turbocharger can be further increased, since the turbocharger is subjected in its entire structure to a balancing.
  • the inventive balancing or material removal by means of the laser device 12 can be carried out at a predetermined speed or alternatively in a rest position, ie at a speed of zero. Balancing at a predetermined speed, as described in more detail below, has the advantage that the balancing times can be reduced.
  • the removal of material for balancing the turbocharger 10 can take place in at least one, two, three, four or more planes or at one or more locations or parts on the turbocharger 10.
  • the plane or planes can, for example, the
  • Measuring device can be specified, or be determined by the self, e.g. based on stored data.
  • a removal of material takes place in a plane only, for example, on the fastening screw element, ie, for example, the compressor wheel screw nut or the turbine wheel nut.
  • a material removal for example in four o- the five levels, a removal of the material by means of the laser device 12 is effected for example on the fastening screw member (first level), the Raffyen of the turbine and the compressor (second and third level), and the Turbi ⁇ nenability (fourth level) and / or the compressor intake (fifth level).
  • the invention is not limited to these examples. The examples serve only as an explanation for the invention.
  • a removal of material for balancing the turbocharger 10 can also take place at any other suitable point or places of the turbocharger 10 or any other component or components of the turbocharger 10 suitable for this purpose.
  • a material removal by means of a respective laser device 12, for example on the Befest Trentsschrau ⁇ benelement 30 is provided, such as a Ver Whyrradschraubenmutter.
  • a compressor wheel nut 30 is shown in the example in FIG.
  • the fastening screw element 30 has, for example, a screw head 32 and a pin portion 34 with an internal thread 36.
  • the fastening screw element 30 is thereby screwed against the corresponding impeller at the end of the shaft in order to fix it. term. In principle, however, any other fastening screw element can be used, with which an impeller can be suitably secured.
  • the invention is not limited to this particular fastening screw element 30 in FIG. 2.
  • the rotor or the turbocharger can have a predetermined speed during the mate ⁇ alabtrag, for example, a constant speed or a variable speed.
  • the speed of the turbocharger amounts to, for example, up to 230,000 rpm or up to 250,000 rpm during the material removal by means of the laser.
  • the invention is not limited to this speed range but can also be over 250,000 rev / min.
  • the speed may be equal to or greater than a critical speed. In principle, the speed can also be selected below the critical bending speed.
  • the material at a conven tional ⁇ nut is usually steel. In principle, the nut can also be made of any other material or Materialkombmation exist, wherein the material should be ablatable by means of the laser device.
  • Em example of an embodiment of the inventive training balancing method is 3 ge shows ⁇ in the flowchart in Fig..
  • the balancing method according to an embodiment of the invention proceeds, for example, in the following steps.
  • the turbocharger is positioned in the balancing device, which has the measuring and clamping device, in which the turbocharger or parts of the turbocharger are mounted and measured.
  • the balancing device also has at least one laser device for removing material from the turbocharger in order to balance it, and optionally additionally an actuating device for actuating or driving the turbocharger, for example by means of compressed air.
  • the turbocharger in a next step S2, for example by means of compressed air or another suitable medium, the turbocharger is driven from the turbine side and / or the compressor side by means of the actuating device and to a predetermined rotational speed n, for example maximum Speed n max is above a critical bending speed, increased or accelerated.
  • the unbalance is now determined and optionally additionally, which material mass must be removed at which position of the predetermined plane of the turbocharger in order to balance the turbocharger suitably.
  • the material removal at the turbocharger can take place in one, two, three, four or three more levels takes place.
  • the material removal for balancing the turbocharger is intended, for example, to take place only in one plane, here for example the compressor wheel screw nut.
  • it is now determined, for example during the startup of the turbocharger to the predetermined speed in addition to the unbalance, at which position, for example, at the periphery of the compressor screw nut material removal should take place and how large the material removal must be.
  • the balancing mass or unbalanced mass such as online, which must be removed in order to reduce an observed imbalance of the turbocharger or substantially completely remove.
  • the position of the mass to be removed may now be determined once as an absolute position.
  • the turbocharger can be measured, for example, in a rest position or standstill position and balanced with the laser device.
  • the absolute position can also be determined during a rotating rotor.
  • a relative position can also be determined, ie a position relative to a reference position.
  • a corresponding angle ⁇ can be determined as a relative position at which the removal of material for balancing the turbocharger should take place.
  • a corner or another point of the screw head is determined as the reference position and defined as the position with the angle of eg 0 °. Then it is determined in which angle ⁇ the material removal should take place in the present example, a material removal of eg 50 mg.
  • the reference position can be determined, for example, via a sensor device of the measuring device.
  • the sensor device can have, for example, at least one or more induction sensors and / or laser sensors.
  • the respective laser device for material removal can here then pulsed in a next step S3 so ⁇ to that they are always at the angle ⁇ abtragt material until at the end of the predetermined Mate ⁇ almenge, including a total of 50mg, is removed for balancing of the turbocharger.
  • the triggering of the laser device thus takes place via the imbalance measurement of the measuring device of the balancing device.
  • the time delay between the amplitude of the unbalance at a certain point, here the angle ⁇ , determined at the predetermined defined speed n (eg n max ) of the turbocharger and determines the delay or the delay for driving the laser pulses of the laser device This has the advantage that a Jerusalemwen ⁇ ended position detection, that is, the determination of an absolute position may be omitted for the Lasert ⁇ ggerung, and thus the balancing time can be additionally reduced.
  • a next step S4 the predetermined counterbalancing mass to be removed is then removed or removed via the laser device of the balancing device.
  • a next step S5 the result of the balancing of the turbocharger is checked.
  • the turbocharger for example, to a predetermined lower Speed, for example, a minimum speed n min or Lee ⁇ running speed, shut down or decelerated.
  • the speed is preferably greater than zero. In principle, however, the speed can also be zero, ie the turbocharger can be completely shut down until it reaches a standstill.
  • shutting down or braking the turbocharger it is now checked whether the balancing by the material removal was sufficient or whether there is still an unwanted imbalance and must be corrected.
  • the turbocharger further comprises an imbalance that is, for example outside a Medicare ⁇ agreed tolerance range
  • the steps S2 to S5 of balancing the turbocharger are repeated until the end of the turbocharger no longer has any unbalance or imbalance occurring within a predetermined Toleranzbe ⁇ range lies.
  • the turbocharger if it still has an undesirable unbalance, raised again to a predetermined speed (step S2) and thereby measured or determined its imbalance and the mass that must be removed at a certain position or positions for this to eliminate the imbalance.
  • FIG. 4 shows schematically an embodiment of a balancing device 38 according to the invention.
  • the ER- fmdungsge broadlye balancing device 38 in this case in which the turbocharger to be balanced is clamped has the on ⁇ clamping device 40.
  • the balancing device 38 has the measuring device 42.
  • the measuring device 42 determines whether the turbocharger has an imbalance.
  • the measuring device 42 determines, for example, independently at which points of the turbocharger or in which planes material is removed for balancing the turbocharger.
  • the measuring device 42 can also be predetermined, for example, by a user or via stored information in which and how many levels a material removal should take place for balancing the turbocharger.
  • the measuring device 42 determines the position or positions in the respective plane or at the respective part of the turbocharger, where exactly the mate ⁇ alabtrag is to take place. For example, if the Mate ⁇ alabtrag on Au ⁇ . Congress a Ver Whyrradschraubenelements (level) provided, as described above, thus determines the measuring device 42, the position or positions on the outer periphery, where a predetermined amount of material is removed to balance the turbocharger.
  • the measuring device 42 in this case also controls one or more laser devices 44 of the balancing device 38 for removing the predetermined amount of material.
  • the balancing device 38 may additionally have an actuating device 46, which drives the turbocharger to be balanced.
  • the actuation device 46 drives the turbocharger, for example, by means of compressed air, for example from the turbine side and / or compressor side, to set a predetermined speed in the turbocharger.
  • a compressor housing 20 of a turbocharger 10 is shown with an exposed cutout.
  • a compressor wheel 22 is secured with a Verdich ⁇ terradschraubemutter 30 on a shaft 18.
  • the shaft 18 is in this case mounted in a bearing housing 24 of the turbocharger 10.
  • a turbine housing 14 of a turbocharger 10 with an exposed section ge ⁇ shows.
  • a turbine wheel 16 is arranged and fastened via a turbine wheel nut 30 to the shaft 18 of the turbocharger 10.
  • a laser gerein ⁇ chtung 48 of the shaft 18 in the bearing housing 24 is open ⁇ shows.
  • a wastegate 50 is shown in the turbine housing 14.
  • the invention is not limited to this particular structure of a turbocharger, as shown in FIGS. 5 and 6, but can be applied to any turbocharger or turbocharger combination.
  • material removal for balancing the turbocharger can now be carried out, for example, on the impeller nut 30, impeller flow contour, the impeller 16, 22 and / or the impeller printing, etc.
  • the impeller in this case is the turbine wheel 16 and / or the compressor wheel 22.
  • the material removal is determined, for example, online during operation of the balancing device at the speed of the turbocharger 10 and removed by means of the laser beam.
  • an optical device 52 for removing material via the laser device of the inventive balancing device is now greatly simplified and represented purely schematically.
  • the removal of material takes place at a predetermined position or a predetermined angle ⁇ , for example at the circumference of a compressor wheel screw nut.
  • the turbocharger is raised to a predetermined speed n in the present example and the unbalance determined.
  • the speed n which is e.g. is equal to or greater than a critical speed
  • the mass and the position i. here e.g. the angle ⁇ on the outer circumference of the Ver Whyrradschraubenmutter be determined for removing the mass to eliminate the imbalance and this mass at the predetermined position at this speed n then also be removed.
  • the mass can also be removed later on at a lower rotational speed or a higher rotational speed than the rotational speed n, to which the turbocharger is initially raised.
  • the turbocharger is lowered or raised accordingly.
  • the turbocharger is raised, for example, to the rotational speed n of, for example, 230,000 U / mm.
  • the imbalance of the turbocharger is detected and, in addition, the amount of material that has to be removed is determined, as well as the position where the removal of material should take place in order to eliminate the unbalance detected.
  • the relative position of the point is determined at which the Mate ⁇ alabtrag takes place, here, for example, the angle ⁇ on the outer circumference of the Verêtrradschraubenmutter.
  • a position on the compressor wheel nut is determined as the reference position for determining the angle ⁇ , which is defined as an angle of eg 0 ° and is determined or calculated from the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is 90 °, for example.
  • the mass of 50mg corresponds to a volume of about 6.4mm 3 that has to be removed.
  • any other division is possible, the invention is not limited to this specific example, it is only to illustrate the invention.
  • the laser device can remove a range of 1 mm in width, 2.5 mm in length and 2.5 mm in depth on the outer circumference of the compressor wheel nut.
  • a mate ⁇ alabtrag in only one plane at the Verêtrradschraubenmutter is determined.
  • a next step S5 as described above, it is then checked whether the material removal is sufficient for eliminating the turbocharger imbalance or not.
  • the turbocharger speed of 230,000 U / mm or 3.8 kHz and an outer diameter of 6.5 mm of the compressor wheel screw nut results in a track speed of 78.27 m / s for the laser device of the balancing device.
  • the laser device can use a ⁇ s laser with 5kHz, LASAG 25W and 70k € (fiber laser) or alternatively an ns laser with 10OkHz, IPG 100W (can be reduced to 25W), 35k € (fiber laser).
  • the invention is not limited to these specific examples, however, it is also possible to use any other type of laser with which a previously described material removal is possible.
  • the laser pulse repetition frequency (Laser Pulse Repetition
  • the laser device can use a ⁇ s laser with 5kHz, LASAG 25W and 70k € (fiber laser) or alternatively a ns laser with 10OkHz, IPG 100W (can be reduced to 25W), 35k € (fiber laser).
  • the material removal takes place, for example, in a rotating turbocharger. It can the
  • Turbochargers are driven, for example, via the turbine side, e.g. using compressed air or another suitable medium.
  • This has the advantage that when the removal of material for balancing the turbocharger takes place, for example, on the compressor, the removed material can be automatically loaded out via the compressor to the outside. In this case, the material can be removed for example on the Verêtrradschraubenmutter, the compressor wheel, etc.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Auswuchteinrichtung zum Auswuchten eines Turboladers, wobei die Auswuchteinrichtung wenigstens eine Lasereinrichtung aufweist zum Abtragen von Material mittels Laser, um eine Unwucht des Turboladers zumindest zu reduzieren oder im Wesentlichen zu beseitigen.

Description

Beschreibung
Auswucht-Einrichtung zum Auswuchten eines Turboladers und Verfahren zum Auswuchten eines Turboladers
Die Erfindung betrifft eine Auswucht-Einrichtung zum Auswuchten eines Turboladers und Verfahren zum Auswuchten eines Turboladers .
Bei einem Turbolader wird im Allgemeinen eine Turbine durch den Abgasstrom eines angeschlossenen Verbrennungsmotors angetrieben, wobei die Turbine über eine gemeinsame Welle wieder¬ um einen Verdichter antreibt, welcher Frischluft verdichtet.
Hierbei werden hohe Anforderungen an den Abgasturbolader gestellt. Das liegt darin begründet, dass die Welle normaler¬ weise sehr hohe Drehzahlen von beispielsweise bis zu 300.000 U/mm erreichen kann. Aufgrund der hohen Drehzahlen müssen sich drehende Teile des Abgasturboladers sehr genau ausge- wuchtet werden, damit so wenig wie möglich Vibrationen erzeugt werden.
Abgasturbolader werden daher für ihren Einsatz normalerweise einem Betriebsauswuchten unterzogen. Im Allgemeinen wird da- bei Material an dem Turbolader gezielt abgetragen, um vorhandenen Unwuchten des Turboladers entgegen zu wirken.
Der Materialabtrag zum Wuchten wird dabei bisher mittels einer Frasemrichtung durchgeführt. Dazu wird das Lagergehause des Turboladers in einer speziellen Messmaschine eingespannt und bezuglich seines Unwuchtverhaltens zunächst vermessen. Danach wird im Stillstand an einer berechneten Position an der Verdichterschraube Material entfernt, um die Unwucht zu beseitigen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine verbesserte Einrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Auswuchten eines Turboladers bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Auswuchteinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelost und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.
Demgemäß wird erfmdungsgemaß eine Auswuchteinrichtung und ein Verfahren zum Auswuchten eines Turboladers bereitgestellt, wobei die Auswuchteinrichtung eine Lasereinrichtung aufweist zum Abtragen von Material mittels Laser, um eine Unwucht des Turboladers zumindest zu reduzieren oder im Wesent- liehen zu beseitigen.
Die Auswuchteinrichtung bzw. das Verfahren zum Auswuchten eines Turboladers hat dabei den Vorteil, dass die Lasereinrichtung das Auswuchten beispielsweise eines vollständig montier- ten Turboladers ermöglicht, bei welchem das Turbinengehause und das Verdichtergehause bereits montiert sind. Dies ist mit den bisherigen Fräsmaschinen, die beim Auswuchten eingesetzt werden, nicht möglich. Generell kann das Auswuchten mittels Lasers auch an schwerer zugänglichen Stellen erfolgen, da der Bereich wo das Material abgetragen wird nicht völlig frei zugänglich sein muss, wie bei einer Fräsmaschine.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen sowie der Beschrei- bung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
In einer erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform wird der Turbolader wahrend des Abtragens von Material an einer oder mehreren Positionen des Turboladers zum Auswuchten mit einer vorbe- stimmten Drehzahl gefahren, wobei die Drehzahl vorzugsweise eine konstante bzw. im Wesentlichen konstante Drehzahl ist. Die Drehzahl bei welcher der Mateπalabtrag erfolgt kann dabei der Drehzahl entsprechen auf die der Turbolader hochge- fahren wird, um eine Unwucht des Turboladers zu bestimmen.
Die Drehzahl bei welcher der Materialabtrag erfolgt kann aber auch jede andere Drehzahl sein, bei welcher die Lasereinrichtung die vorbestimmte Mateπalmenge abtragen kann. Das Mate- πalabtragen bei drehendem Turbolader hat den Vorteil, dass die Auswuchtzeit verkürzt werden kann, da der Turbolader nicht extra in eine Stillstandsposition gebracht werden muss, nach dem Hochfahren.
In einer anderen erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform wird der Turbolader zum Feststellen einer Unwucht auf eine vorbestimmte Drehzahl hochgefahren, wobei die Drehzahl beispielsweise gleich oder großer als eine biegekritische Drehzahl ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Unwucht des Turboladers genauer bestimmt werden kann.
Gemäß einer erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform weist die Auswuchteinrichtung eine Betatigungseinπchtung auf zum Fahren bzw. Antreiben des Turboladers. Die Betatigungseinπchtung kann den Turbolader beispielsweise von der Turbinenseite und/oder der Verdichterseite antreiben. Dabei kann die Beta- tigungseinπchtung zum Antreiben des Turboladers über die Turbine bzw. die Turbinenseite beispielsweise ein geeignetes Medium, wie z.B. Druckluft, in die Turbine einleiten bzw. hindurchleiten. Dies hat den Vorteil, dass wenn beispielswei- se Material am Verdichter abgetragen wird, das Material mit der verdichteten Frischluft automatisch nach außen befordert wird. Gemäß einer weiteren erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform wird der Turbolader im Anschluss an den vollständig durchgeführten Mateπalabtrag heruntergefahren auf eine niedrigere Drehzahl. Dabei wird wahrend des Herunterfahrens mittels der Messein- πchtung geprüft, ob der Turbolader immer noch eine unerwünschte Unwucht aufweist. Dies hat den Vorteil, dass sowohl das Feststellen und Beseitigen der Unwucht und das erneute Prüfen auf eine Unwucht in einem Zyklus durchgeführt werden kann, ohne dass der Turbolader beispielsweise umgespannt wer- den muss.
In einer weiteren erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform stellt die Messeinrichtung die Lasereinrichtung derart ein bzw. pulst sie, so dass immer wenn die Referenzposition erfasst wird die Verzögerung des Lasers derart eingestellt ist, dass sie ausreichend lang ist, so dass der Laser durch die Verzö¬ gerung erst bzw. nur an der vorbestimmten relativen Position das Material abtragt. Mit anderen Worten, der Laser wird ge- triggert, wobei beispielsweise die Zeitverzogerung zwischen der Amplitude der Unwucht an einer bestimmten Stelle bei ei¬ ner vorbestimmten Drehzahl bestimmt wird, wobei daraus die Verzögerung (Delay) für die Ansteuerung des Laserpulses des Lasers bestimmt wird. Auf diese Weise kann auf die Bestimmung einer absoluten Position für den Materialabtrag verzichtet werden und außerdem wahrend laufendem Turbolader der Materialabtrag erfolgen.
In einer erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform ist die Drehzahl bei welcher der Laser getriggert wird beispielsweise die Drehzahl bei welcher der Materialabtrag erfolgt. Die Drehzahl bei welcher der Mateπalabtrag erfolgt kann dabei gleich oder großer als eine biegekritische Drehzahl sein. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schemati¬ schen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausfuhrungsbeispie- Ie naher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Turboladers und einer Lasereinrichtung zum Abtragen von Material an Teilen des Turboladers;
Fig. 2 ein Befestigungsschraubenelement des Turboladers in einer Schnittansicht und einer Draufsicht, wobei an dem Befestigungsschraubenelement ein Mateπalabtrag mittels Laser durchfuhrbar ist;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer Ausfuhrungsform des erfin- dungsgemaßen Verfahrens;
Fig. 4 eine Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Auswuchtemrichtung;
Fig. 5 ein Verdichtergehause eines Turboladers mit einem freigelegten Ausschnitt;
Fig. 6 ein Turbinengehause eines Turboladers mit einem freigelegten Ausschnitt; und
Fig. 7 eine optische Einrichtung zum Abtragen von Material über eine Lasereinrichtung einer erfmdungsgemaßen
Auswuchteinrichtung .
In den Figuren sind Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen, die gleiche oder ähnliche Bauteile betreffen - sofern nichts gegenteiliges beschrieben ist. In Fig. 1 ist zunächst eine schematische Schnittansicht eines Turboladers 10 und einer Lasereinrichtung 12 zum Abtragen von Material an Teilen des Turboladers 10 dargestellt. Der Turbolader 10 weist dabei ein Turbinengehause 14 auf, in welchem ein Turbinenrad 16 auf einer Welle 18 angeordnet ist. Das Turbinenrad 16 wird dabei über einen Abgasmassenstrom einer angeschlossenen Brennkraftmaschine angetrieben. Des Weiteren ist ein Verdichtergehause 20 mit einem Verdichterrad 22 vor¬ gesehen, wobei das Verdichterrad 22 ebenfalls auf der Welle 18 angeordnet ist und über das Turbinenrad 16 angetrieben wird, um Frischluft zu verdichten und der Brennkraftmaschine zur Verfugung zu stellen. Die Welle 18 selbst ist in einem Lagergehause 24, beispielsweise über eine Radiallagereinπch- tung 26 und eine Axiallagereinrichtung 28, gelagert. Das Tur- binenrad 16 und/oder das Verdichterrad 22 können dabei beispielsweise jeweils über ein Befestigungsschraubenelement 30, wie es beispielhaft in der nachfolgenden Fig. 2 gezeigt ist, an der Welle 18 befestigt werden.
Gemäß der Erfindung erfolgt zum Auswuchten des Turboladers 10 ein Mateπalabtrag, der mittels einem Laser bzw. einer Lasereinrichtung 12 durchgeführt wird. Der Turbolader 10 wird hierzu in einer Mess- und Aufspanneinrichtung einer Auswucht¬ einrichtung eingespannt, um von der Messeinrichtung vermessen zu werden. Dabei bestimmt die Messeinrichtung, ob eine Unwucht vorhanden ist und wenn ja, die Position und die Menge an Material die abgetragen werden muss, um die Unwucht im We¬ sentlichen zu beseitigen. Der Materialabtrag wird dabei in der Mess- und Aufspanneinrichtung bestimmt bzw. gemessen und beispielsweise entsprechend Online geregelt.
Das Abtragen des Materials mittels der Lasereinrichtung kann dabei beispielsweise an einem teilweise oder vollständig montierten Turbolader 10 erfolgen, d.h. an einem Turbolader 10 der neben dem Rotor 18 mit dem Turbinenlaufrad 16 und dem Verdichterlaufrad 22 und dem Lagergehause 24 auch bereits ein Turbinengehause 14 und/oder ein Verdichtergehause 20 aufweist. Die Lasereinrichtung 12 gemäß der Erfindung hat den Vorteil gegenüber dem bisherigen Mateπalabtrag durch Fräsen, dass sie auch noch bei einem bereits montierten Turbmenge- hause 14 und/oder Verdichtergehause 20 Material abtragen kann zum Auswuchten des Turboladers 10. Dies liegt daran, dass ein Laser selbst an tiefer liegenden oder weiter innen liegenden bzw. eher schwerer zugänglichen Stellen in einem Gehäuse noch Material abtragen kann, im Gegensatz zu einer Fräsmaschine und deren Fräser. Bei einer Fräsmaschine kann ein Mateπalab- trag zum Auswuchten nur dann erfolgen, wenn das Turbmegehau- se bzw. Verdichtergehause noch nicht montiert ist und die Stelle für den Mateπalabtrag noch frei zugänglich ist.
Grundsätzlich kann auch ein Mateπalabtrag zum Auswuchten des Turboladers 10 mittels der Lasereinrichtung 12, wie bei der Fräsmaschine, auch ohne zuvor montiertes Turbmegehause 14 und/oder Verdichtergehause 24 erfolgen, d.h. beispielsweise nur an einem Rotor 18 mit einem Turbinenrad 16 und/oder Verdichterrad 22, wobei beispielsweise die Welle 18 des Rotors in einem Lagergehause 24 gelagert ist. Ein Mateπalabtrag bei einem im Wesentlichen vollständig montierten Turbolader hat jedoch den Vorteil, dass die Genauigkeit des Turboladers wei- ter erhöht werden kann, da der Turbolader in seinem gesamten Aufbau einem Auswuchten unterzogen wird.
Das erfindungsgemaße Auswuchten bzw. der Materialabtrag mittels der Lasereinrichtung 12 kann bei einer vorbestimmten Drehzahl erfolgen oder alternativ auch in einer Ruhestellung, d.h. bei einer Drehzahl von Null. Das Auswuchten bei einer vorbestimmten Drehzahl, wie im nachfolgenden noch naher beschrieben wird, hat den Vorteil, dass die Auswuchtzeiten reduziert werden können. Der Materialabtrag zum Auswuchten des Turboladers 10 kann in wenigstens einer, zwei, drei, vier oder mehr Ebenen bzw. an ein oder mehreren Stellen oder Teilen am Turbolader 10 erfol- gen. Die Ebene oder Ebenen können dabei beispielsweise der
Messeinrichtung vorgegeben werden, oder von dieser selbst bestimmt werden, z.B. anhand von abgespeicherten Daten.
Es ist nun so, dass ein Materialabtrag in einer Ebene nur beispielsweise an dem Befestigungsschraubenelement erfolgt, d.h. z.B. der Verdichterradschraubenmutter oder der Turbinen- radschraubenmutter . Bei einem Materialabtrag z.B. in vier o- der fünf Ebenen erfolgt ein Abtragen des Materials mittels der Lasereinrichtung 12 beispielsweise an dem Befestigungs- schraubenelement (erste Ebene) , dem Radrucken der Turbine und des Verdichters (zweite und dritte Ebene), sowie der Turbi¬ nenaufnahme (vierte Ebene) und/oder der Verdichteraufnahme (fünfte Ebene) . Die Erfindung ist aber auf diese Beispiele nicht beschrankt. Die Beispiele dienen lediglich als Erlaute- rung für die Erfindung. Grundsatzlich kann ein Materialabtrag zum Auswuchten des Turboladers 10 auch an jeder anderen hierfür geeigneten Stelle bzw. Stellen des Turboladers 10 oder jedem anderen hierfür geeigneten Bauteil bzw. Bauteilen des Turboladers 10 erfolgen.
In Fig. 2 ist ein Materialabtrag mittels einer jeweiligen Lasereinrichtung 12 beispielsweise an dem Befestigungsschrau¬ benelement 30 vorgesehen, wie einer Verdichterradschraubenmutter. Eine solche Verdichterradschraubenmutter 30 ist in dem Beispiel in Fig. 2 gezeigt. Das Befestigungsschraubenelement 30 weist beispielsweise einen Schraubenkopf 32 und einen Stiftabschnitt 34 mit einem Innengewinde 36 auf. Das Befestigungsschraubenelement 30 wird dabei an dem Ende der Welle gegen das entsprechende Laufrad geschraubt, um dieses zu befes- tigen. Grundsätzlich kann aber auch jedes andere Befestigungsschraubenelement verwendet werden, mit dem ein Laufrad geeignet befestigt werden kann. Die Erfindung ist nicht auf dieses spezielle Befestigungsschraubenelement 30 in Fig. 2 beschrankt.
Bei dem Auswuchten gemäß der Erfindung wird nun Material von der Verdichterradschraubenmutter 30 an wenigstens einer vor¬ bestimmten Stelle, beispielsweise an einer vorbestimmten Stelle des Außendurchmessers, mittels der Lasereinrichtung 12 wahrend einer Auswuchtoperation abgetragen. Der Rotor bzw. der Turbolader kann dabei eine vorbestimmte Drehzahl wahrend dem Mateπalabtrag aufweisen, beispielsweise ein konstante Drehzahl oder eine variable Drehzahl.
Die Drehzahl des Turboladers betragt hierbei beispielsweise bis zu 230.000 U/min oder bis zu 250.000 U/min wahrend des Mateπalabtrags mittels des Lasers. Die Erfindung ist aber auf diesen Drehzahlbereich nicht beschrankt sondern kann auch über 250.000 U/min liegen. Die Drehzahl kann hierbei beispielsweise gleich oder großer einer biegekritischen Drehzahl sein. Grundsätzlich kann die Drehzahl aber auch unterhalb der biegekritischen Drehzahl gewählt werden.
Die Verdichterradschraubenmutter 30 in dem Beispiel in Fig. 2 hat einen Durchmesser von z.B. d = 7mm oder d = 6mm und einen entsprechenden Radius von r = 3,5mm bzw. r = 3mm. Es wird nun festgestellt, dass zum Auswuchten eine Masse in einem Bereich von beispielsweise maximal 50mg bei einem Radius der Verdich- terradschraubenmutter 30 von beispielsweise r = 3,0mm bis r = 3,5mm entfernt werden muss. Das Material bei einer konventio¬ nellen Schraubenmutter ist normalerweise Stahl. Grundsatzlich kann die Schraubenmutter aber auch aus jedem anderen Material oder Materialkombmation bestehen, wobei das Material mittels der Lasereinrichtung abtragbar sein sollte.
Em Beispiel einer Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Aus- wuchtverfahrens ist dabei in dem Ablaufdiagramm in Fig. 3 ge¬ zeigt. Das Auswuchtverfahren gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung lauft beispielsweise in den folgenden Schritten ab.
In einem ersten Schritt Sl wird der Turbolader in der Aus- wuchteinrichtung positioniert, die die Mess- und Aufspanneinrichtung aufweist, in welcher der Turbolader oder Teile des Turboladers aufgespannt und vermessen werden. Die Auswucht¬ einrichtung weist außerdem wenigstens eine Lasereinrichtung auf, zum Abtragen von Material des Turboladers, um diesen auszuwuchten, sowie wahlweise zusatzlich eine Betatigungsein- πchtung, zum Betatigen bzw. Antreiben des Turboladers, beispielsweise mittels Druckluft.
In einer Ausfuhrungsform der Erfindung wird der Turbolader hierbei in einem nächsten Schritt S2, beispielsweise mittels Druckluft oder einem anderen geeigneten Medium, von der Tur- bmenseite und/oder der Verdichterseite aus mittels der Beta- tigungseinπchtung angetrieben und auf eine vorbestimmte Drehzahl n, beispielsweise maximale Drehzahl nmax die oberhalb einer biegekritischen Drehzahl liegt, hochgefahren oder beschleunigt .
Dabei wird nun die Unwucht bestimmt und wahlweise zusätzlich, welche Materialmasse an welcher Position der vorbestimmten Ebene des Turboladers abgetragen werden muss, um den Turbolader geeignet auszuwuchten.
Dabei kann nun bestimmt oder vorgegeben werden, dass der Ma- teπalabtrag am Turbolader in einer, zwei, drei, vier oder mehr Ebenen erfolgt. Im vorliegenden Beispiel soll der Mate- πalabtrag zum Auswuchten des Turboladers beispielsweise nur in einer Ebene erfolgen, hier z.B. der Verdichterradschraubenmutter. Dabei wird nun beispielsweise wahrend des Hochfah- rens des Turboladers auf die vorbestimmte Drehzahl neben der Unwucht bestimmt, an welcher Position beispielsweise am Umfang der Verdichterschraubenmutter ein Materialabtrag erfolgen soll und wie groß der Materialabtrag sein muss. Mit ande¬ ren Worten es wird beispielsweise Online die Auswuchtmasse bzw. Unwuchtmasse bestimmt, die abgetragen werden muss, um eine festgestellte Unwucht des Turboladers zu reduzieren oder im Wesentlichen ganz zu entfernen.
Die Position der abzutragenden Masse beispielsweise am Umfang der Verdichterradschraubenmutter kann nun zum Beispiel einmal als eine absolute Position bestimmt werden. Dabei kann der Turbolader beispielsweise in einer Ruheposition oder Still- standsposition vermessen und mit der Lasereinrichtung ausgewuchtet werden. Grundsatzlich kann die absolute Position auch wahrend eines drehenden Rotors bestimmt werden.
In einer anderen erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform kann statt der absoluten Position auch eine relative Position bestimmt werden, d.h. eine Position relativ zu einer Referenzposition. Hierbei kann beispielsweise als eine relative Position ein entsprechender Winkel α bestimmt werden, an welchem der Materialabtrag zum Auswuchten des Turboladers erfolgen soll. Bei¬ spielsweise wird eine Ecke oder eine andere Stelle des Schraubenkopfes als Referenzposition bestimmt und als die Po- sition mit dem Winkel von z.B. 0° definiert. Dann wird bestimmt in welchem Winkel α hierzu der Materialabtrag erfolgen soll, im vorliegenden Beispiel ein Materialabtrag von z.B. 50mg. Diese Massenangabe ist lediglich beispielhaft und wird durch die festgestellte Unwucht bestimmt. Die Referenzposition kann hierbei beispielsweise über eine Sensoreinrichtung der Messeinrichtung bestimmt werden. Die Sensoreinrichtung kann dabei z.B. wenigstens einen oder meh- rere Induktionssensoren und/oder Lasersensoren aufweisen.
Die jeweilige Lasereinrichtung für den Materialabtrag kann hierbei dann in einem nächsten Schritt S3 derart gepulst wer¬ den, dass sie immer an dem Winkel α Material abtragt, bis am Ende die vorbestimmte Mateπalmenge, z.B. insgesamt 50mg, abgetragen ist zum Auswuchten des Turboladers. Dabei kann je nach Materialmenge es ausreichend sein, dass die Laserein¬ richtung beispielsweise die gesamte Mateπalmenge auf einmal abtragt oder auch in mehreren Schritten.
Die Triggerung der Lasereinrichtung erfolgt dabei also über die Unwuchtmessung der Messeinrichtung der Auswuchteinrichtung. Dabei wird beispielsweise die Zeitverzogerung zwischen der Amplitude der Unwucht an einer bestimmten Stelle, hier dem Winkel α, bei der vorbestimmten, definierten Drehzahl n (z.B. nmax) des Turboladers bestimmt und daraus die Verzögerung bzw. der Delay zur Ansteuerung der Laserpulse der Lasereinrichtung bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass eine aufwen¬ dige Positionserfassung, d.h. die Bestimmung einer absoluten Position, für die Lasertπggerung entfallen kann, und dadurch die Auswuchtzeit zusatzlich reduziert werden kann.
In einem nächsten Schritt S4 wird dann die vorbestimmte abzutragende Auswuchtmasse über die Lasereinrichtung der Aus- wuchteinrichtung abgetragen bzw. entfernt.
Im Anschluss daran wird in einem nächsten Schritt S5 das Ergebnis der Auswuchtung des Turboladers überprüft. Dabei wird der Turbolader beispielsweise auf eine vorbestimmte geringere Drehzahl, beispielsweise eine minimale Drehzahl nmin oder Lee¬ laufdrehzahl, heruntergefahren oder abgebremst. Die Drehzahl ist hierbei vorzugsweise großer als Null. Grundsätzlich kann die Drehzahl aber auch Null sein, d.h. der Turbolader kann vollständig heruntergefahren werden bis er einen Stillstand erreicht. Bei dem Herunterfahren oder Abbremsen des Turboladers wird nun überprüft, ob die Auswuchtung durch den Mateπ- alabtrag ausreichend war oder ob immer noch eine unerwünschte Unwucht vorhanden ist und korrigiert werden muss.
Wird dabei festgestellt, dass der Turbolader weiterhin eine Unwucht aufweist, die beispielsweise außerhalb eines vorbe¬ stimmten Toleranzbereichs liegt, so werden die Schritte S2 bis S5 des Auswuchtens des Turboladers wiederholt, bis am Schluss der Turbolader keine Unwucht mehr aufweist oder eine Unwucht, welche innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbe¬ reichs liegt. Mit anderen Worten der Turbolader wird, wenn er immer noch eine unerwünschte Unwucht aufweist, wieder auf eine vorbestimmte Drehzahl hochgefahren (Schritt S2) und dabei vermessen bzw. seine Unwucht bestimmt und die Masse die an einer bestimmten Position oder Positionen hierzu abgetragen werden muss, um die Unwucht zu beseitigen.
Der Mateπalabtrag erfolgt hierbei, wie zuvor beschrieben, gemäß der Erfindung durch einen Laser entweder in einer Ebene, beispielsweise der Verdichterradschraubenmutter, oder in mehreren Ebenen.
In Fig. 4 ist nun eine Ausfuhrungsform einer erfindungsgema- ßen Auswuchteinrichtung 38 schematisch dargestellt. Die er- fmdungsgemaße Auswuchteinrichtung 38 weist hierbei die Auf¬ spanneinrichtung 40 auf, in welcher der auszuwuchtende Turbolader eingespannt wird. Des Weiteren weist die Auswuchteinrichtung 38 die Messeinrichtung 42 auf. Die Messeinrichtung 42 bestimmt hierbei, ob der Turbolader eine Unwucht aufweist. Weiter bestimmt die Messeinrichtung 42 beispielsweise selbständig an welchen Stellen des Turboladers bzw. in welchen Ebenen ein Materialabtrag zum Auswuchten des Turboladers er- folgt. Alternativ kann der Messeinrichtung 42 auch beispielsweise durch einen Benutzer oder über abgespeicherte Informationen vorgegeben werden, in welchen und wie vielen Ebenen ein Mateπalabtrag zum Auswuchten des Turboladers erfolgen soll. Des Weiteren bestimmt die Messeinrichtung 42 die Posi- tion oder Positionen in der jeweiligen Ebene bzw. an dem jeweiligen Teil des Turboladers, wo genau der Mateπalabtrag erfolgen soll. Ist beispielsweise der Mateπalabtrag am Au¬ ßenumfang eines Verdichterradschraubenelements (Ebene) vorgesehen, wie zuvor beschrieben, so bestimmt die Messeinrichtung 42 die Position oder Positionen an dem Außenumfang, wo eine vorbestimmte Materialmenge abgetragen wird, um den Turbolader auszuwuchten. Die Messeinrichtung 42 steuert hierbei auch eine oder mehrere Lasereinrichtungen 44 der Auswuchteinrichtung 38 an zum Abtragen der vorbestimmten Materialmenge.
Darüber hinaus kann die Auswuchteinrichtung 38 zusatzlich eine Betatigungsemπchtung 46 aufweisen, welche den auszuwuchtenden Turbolader antreibt. Die Betatigungseinπchtung 46 treibt den Turbolader beispielsweise mittels Druckluft an, beispielsweise von der Turbinenseite und/oder Verdichterseite, um eine vorbestimmte Drehzahl bei dem Turbolader einzustellen .
In Fig. 5 ist ein Verdichtergehause 20 eines Turboladers 10 mit einem freigelegten Ausschnitt gezeigt. In dem Verdichtergehause 20 ist dabei ein Verdichterrad 22 mit einer Verdich¬ terradschraubenmutter 30 auf einer Welle 18 befestigt. Die Welle 18 ist hierbei in einem Lagergehause 24 des Turboladers 10 gelagert. Des Weiteren ist in Fig. 6 ein Turbinengehause 14 eines Turboladers 10 mit einem freigelegten Ausschnitt ge¬ zeigt. Darin ist ein Turbinenrad 16 angeordnet und über eine Turbinenradschraubenmutter 30 an der Welle 18 des Turboladers 10 befestigt. In dem Ausschnitt in Fig. 6 ist auch eine La- gereinπchtung 48 der Welle 18 in dem Lagergehause 24 ge¬ zeigt. Weiter ist ein Wastegate 50 in dem Turbinengehause 14 gezeigt. Die Erfindung ist aber nicht auf diesen speziellen Aufbau eines Turboladers beschrankt, wie er in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, sondern kann auf jeden Turbolader oder Turbo- laderkombmation angewendet werden.
Gemäß der Erfindung kann nun ein Materialabtrag zum Auswuchten des Turboladers beispielsweise an der Laufradmutter 30, Laufradstromungskontur, dem Laufrad 16, 22 und/oder dem Lauf- radrucken usw. erfolgen. Das Laufrad ist hierbei das Turbinenrad 16 und/oder das Verdichterrad 22. Des Weiteren wird der Mateπalabtrag beispielsweise Online im Betrieb der Auswuchteinrichtung unter der Drehzahl des Turboladers 10 bestimmt und mittels des Laserstrahles entfernt.
In Fig. 7 ist nun eine optische Einrichtung 52 zum Abtragen von Material über die Lasereinrichtung der erfmdungsgemaßen Auswuchteinrichtung stark vereinfacht und rein schematisch dargestellt .
Wie zuvor bereits beschrieben wurde, erfolgt das Abtragen von Material an einer vorbestimmten Position bzw. einem vorbestimmten Winkel α, beispielsweise an dem Umfang einer Verdichterradschraubenmutter. Die Verdichterradschraubenmutter kann dabei beispielsweise einen Außendurchmesser d = 6,5mm aufweisen. Bei dem Hochfahren des Turboladers, beispielsweise eines Turboladers bei welchem bereits neben dem Lagergehause auch das Turbinengehause und das Verdichtergehause montiert sind, wird zunächst die Unwucht bestimmt und die daraus re- sultierende abzutragende Masse, die notwendig ist um die Un¬ wucht im Wesentlichen zu beseitigen, sowie die Position oder Positionen an welcher die Masse bzw. das Material abgetragen werden soll.
Der Turbolader wird hierzu im vorliegenden Beispiel auf eine vorbestimmte Drehzahl n hochgefahren und dabei die Unwucht bestimmt. Dabei kann wahrend des Hochfahrens auf die Drehzahl n, die z.B. gleich oder großer als eine beigekritische Dreh- zahl ist, außerdem die Masse und die Position, d.h. hier z.B. der Winkel α am Außenumfang der Verdichterradschraubenmutter, zum Abtragen der Masse zum Beseitigen der Unwucht bestimmt werden und diese Masse an der vorbestimmten Stelle bei dieser Drehzahl n dann auch abgetragen werden.
In einer alternativen Ausfuhrungsform kann die Masse auch spater bei einer geringeren Drehzahl oder einer höheren Drehzahl als der Drehzahl n, auf die der Turbolader zunächst hochgefahren wird, abgetragen werden. Der Turbolader wird hierzu entsprechend runter oder hochgefahren.
Im vorliegenden Beispiel wird der Turbolader beispielsweise auf die Drehzahl n von z.B. 230.000 U/mm hochgefahren. Wah¬ rend des Hochfahrens wird die Unwucht des Turboladers er- fasst, und außerdem die Mateπalmenge bestimmt, die abgetragen werden muss, sowie die Position wo der Materialabtrag erfolgen soll, um die festgestellte Unwucht zu beseitigen. Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel wird dabei die relative Position der Stelle bestimmt, an welcher der Mateπalabtrag erfolgt, hier z.B. der Winkel α am Außenumfang der Verdichterradschraubenmutter .
Als Referenzposition zum Bestimmen des Winkels α wird dabei eine Position auf der Verdichterradschraubenmutter bestimmt, die als Winkel von z.B. 0° definiert wird und von der aus der Winkel α bestimmt bzw. berechnet wird. Im vorliegenden Fall wird bestimmt, dass der Winkel α beispielsweise 90° betragt. Des Weiteren wird bestimmt, dass zum Beseitigen der Unwucht des Turboladers eine Gesamtmasse von 50mg am Außenumfang der Verdichterradschraubenmutter entfernt werden muss und zwar, wie zuvor beschrieben, bei dem Winkel α = 90°.
Die Masse von 50mg entspricht dabei einem Volumen von unge- fahr 6,4mm3 das abgetragen werden muss. 6,4mm3 kann dabei aufgeteilt werden in beispielsweise ca. 2,5mm x 2,5mm x lmm = 6,25mm3, was einer abzutragenden Masse von 6,4mm3 ziemlich nahe kommt. Es ist jedoch auch jede andere Aufteilung möglich, die Erfindung ist nicht auf dieses spezielle Beispiel beschrankt, es dient lediglich zur Erläuterung der Erfindung.
Die Lasereinrichtung kann also beispielsweise bei dem Winkel α = 90° einen Bereich von lmm in der Breite, 2,5mm in der Lange und 2,5mm in der Tiefe am Außenumfang der Verdichter- radschraubenmutter abtragen. In dem vorliegenden Fall ist ein Mateπalabtrag in nur einer Ebene an der Verdichterradschraubenmutter bestimmt.
Der Mateπalabtrag erfolgt hierbei bei der Drehzahl n = 230.000 U/mm, das entspricht ungefähr 3,8kHz bzw. ca. 3.833 U/sec. Dabei wird die Lasereinrichtung so gepulst, dass die Lasereinrichtung bei der mit der Drehzahl n = 230.000 U/mm drehenden Verdichterradschraubenmutter an der Position bzw. dem Winkel α = 90° Material abtragt, bis am Ende die ge- wünschte Materialmenge von 50mg abgetragen ist. In einem nächsten Schritt S5 wird dann, wie zuvor beschrieben, geprüft, ob der Mateπalabtrag ausreichend ist zum Beseitigen der Unwucht des Turboladers oder nicht. Aus der Turboladerdrehzahl von 230.000 U/mm bzw. 3,8 kHz und einem Außendurchmesser von 6,5mm der Verdichterradschraubenmutter ergibt sich eine Bahngeschwindigkeit bzw. track speed von 78,27m/s für die Lasereinrichtung der Auswuchtemπch- tung.
In einer erfmdungsgemaßen Ausfuhrungsform (Alternative B - "Synchronisation") betragt der Durchmesser des Focus des La¬ sers der Lasereinrichtung ca. lOOμm. Des Weiteren soll 50mg Material abgetragen werden bei einem Winkel α = 90° (5mm) . Die maximale Laserpulsdauer die sich hieraus ergibt betragt ca. 64μs. Dabei kann die Lasereinrichtung einen μs-Laser mit 5kHz, LASAG 25W und 70k€ (Faserlaser) verwenden oder alternativ einen ns-Laser mit 10OkHz, IPG 100W (kann auf 25W redu- ziert werden) , 35k€ (Faserlaser) . Die Erfindung ist aber nicht auf diese speziellen Beispiele beschrankt es können auch jede andere Art von Lasern eingesetzt werden, mit denen ein zuvor beschriebener Mateπalabtrag möglich ist.
Die Laserpulswiederholungsfreguenz (Laser Pulse Repetition
Rate) kann hierbei auf ca. 3,8 kHz beschrankt werden und/oder der Laserarbeitszyklus kann beschrankt werden beispielsweise in dem vorliegenden Beispiel auf 25%. In beiden Fallen kann die Lasereinrichtung einen μs-Laser mit 5kHz, LASAG 25W und 70k€ (Faserlaser) verwenden oder alternativ einen ns-Laser mit 10OkHz, IPG 100W (kann auf 25W reduziert werden), 35k€ (Faserlaser) .
In einer weiteren erfmdungsgemaßen Ausfuhrungsform (Alterna- tive A - "on the fly") zum Abtragen des Materials von 50mg an dem Außenumfang der Verdichterradschraubenmutter stellt sich nun heraus, dass die Geschwindigkeit bzw. Bahngeschwindigkeit (Track Speed) von 78,27 m/s zu schnell ist für ein Galvoscan- nen (Galvo Scannmg) . Es muss daher eine spezielle optische Einrichtung 52 bereitgestellt werden, hier beispielsweise we¬ nigstens eine rotierende, keilförmige Linse 54, wie sie in Fig. 6 beispielhaft dargestellt ist. Bei der Verwendung einer solchen rotierenden, keilförmigen Linse besteht im Wesentli- chen keine Begrenzung der Laserpulsdauer.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschrankt, sondern auf vielfaltige Art und Weise modi- fizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausfuhrungsformen sind dabei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon .
Wie zuvor beschrieben erfolgt der Mateπalabtrag beispiels- weise bei einem sich drehenden Turbolader. Dabei kann der
Turbolader beispielsweise über die Turbinenseite angetrieben werden, z.B. mittels Druckluft oder einem anderen geeigneten Medium. Dies hat den Vorteil, dass wenn das Abtragen von Material zum Auswuchten des Turboladers beispielsweise am Ver- dichter erfolgt, das abgetragene Material über den Verdichter nach außen automatisch heraus befordert werden kann. Dabei kann das Material beispielsweise an der Verdichterradschraubenmutter, dem Verdichterrad usw. abgetragen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Auswuchteinrichtung (38) zum Auswuchten eines Turboladers (10) : wobei die Auswuchteinrichtung (38) wenigstens eine La¬ sereinrichtung (12) aufweist zum Abtragen von Material mittels Laser, um eine Unwucht des Turboladers (10) zumindest zu reduzieren oder im Wesentlichen zu beseiti¬ gen .
2. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader (10) zum Auswuchten in einem teilweise zusammengebautem Zustand ist, wobei der Turbolader (10) beispielsweise eine Welle (18) mit einem Turbinenrad (16) und einem Verdichterrad (22) aufweist und wobei die Welle (18) in einem Lagerge¬ häuse (24) gelagert ist.
3. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet dass der Turbolader (10) zum Auswuchten in einem im Wesentlichen vollständig zusammengebautem Zustand ist, wobei der Turbolader (10) beispielsweise eine Welle (18) mit einem Turbinenrad (16) und einem Verdichterrad (22) aufweist, wobei die Welle (16) in einem Lagergehäu- se (24) gelagert ist und wobei das Turbinenrad (16) in einem Turbinengehäuse (14) und/oder das Verdichterrad (22) in einem Verdichtergehäuse (20) angeordnet ist.
4. Auswuchteinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Auswuchteinrichtung (38) eine Aufspanneinrichtung (40) aufweist zum Aufspannen des Turboladers (10) .
5. Auswuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass die Auswuchteinrichtung (38) eine Messeinrichtung (42) aufweist, welcher derart ausgebildet ist, dass sie die Unwucht des Turboladers (10) bestimmt bzw. erfasst, die Mateπalmenge die abzutragen ist, um die Unwucht zu reduzieren oder im Wesentlichen zu beseitigen, und ein oder mehrere Positionen (α) bestimmt bzw. erfasst, wo die Mateπalmenge am Turbolader (10) abzutragen ist.
6. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass die Messeinrichtung (42) eine relative Po¬ sition oder Positionen zum Mateπalabtrag an dem Turbolader (10) bestimmt, wobei die Messeinrichtung (42) hierbei jeweils eine Referenzposition bestimmt und entsprechend zu der Referenzposition, die relative Position (α) an welcher der Mateπalabtrag erfolgen soll, wobei die Position beispielsweise ein Positionswmkel (α) ist und die Referenzposition ein Referenzwinkel.
7. Auswuchteinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass die Auswuchteinrichtung (38) eine Betatigungsemπchtung (46) aufweist zum Fahren bzw. Antreiben des Turboladers (10), wobei der Turbolader (10) beispielsweise von der Turbinenseite und/oder der Verdichterseite antreibbar ist, beispielsweise durch Zufuhren eines geeigneten Mediums, wie z.B. Druckluft .
8. Auswuchteinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass der Turbolader (10) wahrend des Abtragens von Material an einer oder mehreren Positionen (α) des Turboladers (10) zum Auswuchten des Turboladers (10) mit einer vorbestimmten Drehzahl gefahren wird, wobei die Drehzahl vorzugsweise eine kon¬ stante bzw. im Wesentlichen konstante Drehzahl ist oder alternativ eine variable Drehzahl.
9. Auswuchteinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet dass der Turbolader (10) zum Feststellen einer Unwucht auf eine vorbestimmte Drehzahl mittels der Betatigungsemπchtung (46) hoch¬ fahrbar ist, wobei die Drehzahl beispielsweise gleich oder großer als eine biegekritische Drehzahl ist.
10. Auswuchteinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass der Turbolader (10) im Anschluss an den vollständig durchgeführten Mateπal- abtrag auf eine niedrigere Drehzahl, beispielsweise eine Leerlaufdrehzahl oder eine Drehzahl von Null, mittels der Betatigungsemπchtung (46) herunterfahrbar ist, wobei wahrend des Herunterfahrens mittels der Messeinrichtung (42) prufbar ist, ob die Unwucht des Turboladers (10) ausreichend reduziert oder im Wesentlichen besei¬ tigt wurde.
11. Auswuchteinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass die Messemπch- tung (10) die jeweilige Lasereinrichtung (44) derart pulst, so dass die Lasereinrichtung (44) immer genau dann Material an einer vorbestimmten Position (α) abtragt, wenn das entsprechende Teil (30) des Turboladers (10) diese Position erreicht, beispielsweise einen vor- bestimmten Positionswmkel (α) , wobei die Lasereinrichtung (44) beispielsweise derart gepulst ist bzw. eine vorbestimmte Verzögerung aufweist, so dass wenn eine Referenzposition erfasst wird, die Verzögerung ausreichend lang ist, so dass die Laserein- richtung (44) Material abtragt, wenn die vorbestimmte Position bzw. der Positionswmkel (α) erreicht ist.
12. Auswuchteinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet dass die Messeinrich¬ tung (42) wenigstens ein, zwei oder mehr Sensoreinrichtungen aufweist, beispielsweise zum Bestimmen einer Absolutposition, einer Referenzposition und/oder einer re¬ lativen Position (α) , wobei eine jeweilige Sensorein- richtung beispielsweise wenigstens einen oder mehrere Induktionssensoren und/oder Lasersensoren aufweist.
13. Auswuchteinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet dass die Laseremπch- tung (44) wenigstens eine μs-Laser und/oder ns-Laser aufweist .
14. Auswuchteinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet dass die Laseremπch- tung (44) wenigstens eine optische Einrichtung (52, 54) aufweist zum Abtragen von Material an einer vorbestimmten Position, wobei die optische Einrichtung (52) beispielsweise eine rotierende, keilförmige Linseneinrich¬ tung (54) ist, durch welche ein Laserstrahl der Laser- emπchtung (44) leitbar ist.
15. Verfahren zum Auswuchten eines Turboladers (10), wobei das Verfahren den Schritt aufweist:
Abtragen von Material an dem Turbolader (10) mittels ei- nes Lasers einer Lasereinrichtung (44), um eine Unwucht des Turboladers (10) zumindest zu reduzieren oder im We¬ sentlichen zu beseitigen (Schritte Sl bis S4) .
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet dass der Turbolader (10) auf eine vorbestimmte Drehzahl hochgefahren wird, wobei beispielsweise wahrend des Hochfah- rens auf die vorbestimmte Drehzahl mittel der Messein- πchtung (42) bestimmt wird, ob der Turbolader (10) eine Unwucht aufweist (Schritt S2) .
17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet dass bei dem Feststellen einer Unwucht des Turboladers (10) in wenigstens einer, zwei, drei, vier oder mehr Ebenen eine vorbestimmte Mateπal- menge abgetragen wird, die ausreicht um eine Unwucht des Turboladers (10) zu reduzieren oder im Wesentlichen zu beseitigen, wobei eine Ebene beispielsweise ein Laufrad- Schraubenbefestigungselement (30), ein Laufradrucken o- der eine Laufradstromungskontur ist (Schritte S2-S4).
18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet dass bei dem Feststellen einer Unwucht des Turboladers (10) die Mateπalmenge bestimmt wird, die abzutragen ist um die Unwucht zu reduzieren oder im Wesentlichen zu beseitigen, und eine oder mehrere Positionen (α) , wo an der vorgegebenen Ebene oder E- benen die Materialmenge am Turbolader (10) abzutragen ist (Schritt S2, S3) .
19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet dass die abzutragende Material- menge und die Position oder Positionen, wo die Mateπal- menge abzutragen ist, beispielsweise wahrend des Hoch- fahrens des Turboladers (10) auf eine vorbestimmte Dreh¬ zahl bestimmt werden (Schritt S2, S3) .
20. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet dass die jeweilige Position, an welcher das Material zum Auswuchten abzutragen ist, als absolute Position bestimmbar ist oder als relative Posi- tion (α) bzw. Position die abhangig von einer Referenzposition ist, bestimmbar ist (Schritte S2, S3).
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet dass die relative Position beispielsweise ein Positionswinkel (ex) ist und die Referenzposition ein Referenzwinkel m einer zugeordneten Ebene bzw. Stelle des Turboladers (Schritte S2, S3) .
22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet dass der Laser der Lasereinrichtung (44) zum Abtragen des Materials triggerbar ist, wobei beispielsweise die Zeitverzogerung zwischen der Amplitude der Unwucht an einer bestimmten Stelle bzw. Position bei einer vorbestimmten Drehzahl bestimmt wird, wo- bei daraus die Verzögerung bzw. der Delay für die Ansteuerung des Laserpulse des Lasers der Lasereinrichtung (44) bestimmt wird bzw. bestimmbar ist (Schritt S3) .
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet dass die vorbestimmte Drehzahl die Drehzahl ist, bei welcher der Mateπalabtrag mittels der Lasereinrichtung (44) erfolgt (Schritt S4) .
24. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet dass die Drehzahl bei welcher der
Mateπalabtrag erfolgt gleich, großer oder kleiner als die Drehzahl ist auf welche der Turbolader (10) hochgefahren wird, zum Feststellen einer Unwucht (Schritt S4).
25. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet dass die Drehzahl auf die der Turbolader (10) hochgefahren wird, zum Bestimmen einer Unwucht des Turboladers (10), beispielsweise eine Dreh¬ zahl ist, die gleich oder großer als eine kritische Biegedrehzahl ist (Schritt S2) .
26. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet dass der Turbolader (10) nach dem vollständigen, vorbestimmten Mateπalabtrag zum Auswuchten des Turboladers (10) auf eine geringere Drehzahl herunter fahrbar ist, wobei die geringere Drehzahl beispielsweise eine Leelaufdrehzahl oder eine Drehzahl von Null ist (Schritt S5) .
27. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet dass der Turbolader (10) auf das Vorhandensein einer Unwucht geprüft wird, wahrend des Herunterfahrens des Turboladers auf die vorbestimmte
Drehzahl, wobei der Turbolader (10) beispielsweise einem erneuten Auswuchten unterzogen wird, wenn die Unwucht außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt (Schritt S5) .
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