WO2018019401A1 - Laufrad für einen rotor eines abgasturboladers, sowie verfahren zum herstellen eines solchen laufrads - Google Patents

Laufrad für einen rotor eines abgasturboladers, sowie verfahren zum herstellen eines solchen laufrads Download PDF

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Andreas Volpert
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • 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
    • F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
    • F01D5/048—Form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the invention relates to an impeller, in particular a turbine wheel, for a rotor of an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 1 and to a method for producing such an impeller according to the preamble of patent claim 5.
  • Such an impeller for a rotor of an exhaust gas turbocharger and such a method for producing such an impeller are, for example, already
  • the impeller is designed, for example, as a turbine wheel, which can be driven by exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the impeller comprises a blading and a Rarise, which adjoins the blading in the axial direction of the impeller.
  • Object of the present invention is to develop an impeller and a method of the type mentioned in such a way that a particularly high robustness of the impeller can be realized.
  • the Rabit a first portion with a first thickness and in the radial direction has the second portion adjacent to the first portion of the second portion having a second thickness, wherein the quotient of the second thickness and first thickness is 0.85.
  • the quotient is also referred to as a ratio or as a thickness ratio, wherein a geometry of the impeller preferably designed as a turbine wheel can be realized by the described thickness ratio, so that a particularly high robustness and thus a particularly high
  • Thickness ratio realizable geometry excessive stress peaks, usually caused by centrifugal forces and bending moments, can be avoided.
  • the mentioned thickness ratio is realized for example by a mechanical processing of the second portion.
  • the second subregion is preferably machined on a rear side of the wheel back remote from the blading.
  • the second portion is annular, so that the second portion, in particular its mechanical processing, extends completely circumferentially in the circumferential direction of the impeller.
  • the impeller is made by investment casting.
  • the Rastructure especially in the second portion and preferably on the back, mechanically processed, whereby the second thickness and thus the
  • Thickness ratio can be produced.
  • the invention is particularly the
  • the Rarust is at least partially subjected to mechanical processing and prior to mechanical processing has a first thickness and after mechanical processing, a second thickness, wherein the quotient of the second thickness and first thickness , 85 is.
  • Advantages and advantageous embodiments of the impeller according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.
  • the mechanical machining represents an additionally implemented mechanical machining, which is geometrically described by the quotient.
  • the quotient of 0.85 results in a lifetime increase, in particular an LCF service life increase, of up to 80 percent compared to conventional wheels, in particular turbine wheels.
  • the Ramony especially on the back, machined in the second portion, wherein the second portion and thus the mechanical processing preferably in the circumferential direction of the impeller completely encircling, that extends over 360 degrees.
  • the implementation of the additional mechanical processing over 360 degrees and its geometric description in the form of the thickness ratio produces a significant increase in life.
  • the impeller is made, for example, by investment casting, the Ra47 can be poured off particularly thick, so that the impeller can be made in a simple and therefore time and cost-effective manner.
  • it is provided to perform the mechanical machining before balancing the rotor.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a turbine designed as a wheel
  • Impeller for an exhaust gas turbocharger with a blading and with an adjacent in the axial direction of the impeller to the blading Rabine, the Ra47 is machined and thereby has a thickness ratio, which is 0.85;
  • Fig. 2 is a schematic rear view of the turbine wheel
  • FIG. 3 a detail of a schematic side view of the turbine wheel before the mechanical processing
  • FIG. 4 shows a detail of a schematic side view of the turbine wheel after the mechanical processing.
  • FIG. 1 shows, in a schematic side view, an impeller designed as a turbine wheel 10 for a rotor of an exhaust-gas turbocharger.
  • the turbine 10 has a
  • the blading 2 comprises a plurality of circumferentially of the turbine wheel 10 successive and, for example, spaced apart impeller blades 14, which are also referred to as turbine blades.
  • the turbine wheel 10 further includes a subsequent in the axial direction of the blading 12 Rarack 16, which is formed for example in one piece with the blading 12.
  • the Raley 16 is formed as a raised Rastructure (Fullback).
  • the turbine wheel 10 has a hub 8, with which the impeller blades 14 are connected.
  • the impeller blades 14 are integrally formed with the hub 18.
  • the impeller blades 14 are at least substantially in the radial direction of the turbine wheel 10 from the hub 18 to the outside.
  • the turbine 10 is made by casting, in particular by investment casting, so that the turbine 10 is formed for example in one piece.
  • the exhaust gas turbocharger is, for example, part of a drive train for driving a motor vehicle, which in particular as a motor vehicle or
  • the drive train comprises a
  • Exhaust gas turbocharger has a turbine, which in one of the exhaust gas
  • the turbine includes a turbine housing and the turbine wheel 10 which is rotatably received in the turbine housing and thus rotatable about an axis of rotation 20 relative to the turbine housing.
  • the axis of rotation 20 coincides with the axial direction of the turbine wheel 10.
  • the exhaust gas turbocharger further comprises at least one in air
  • the permeable intake tract of the internal combustion engine arranged compressor which has a compressor housing and a rotatably mounted in the compressor housing compressor wheel.
  • the compressor wheel is rotatable about the axis of rotation 20 relative to the compressor housing.
  • the rotor comprises the turbine wheel 10, the
  • the compressor wheel can be driven by the turbine wheel 10 via the shaft.
  • the air flowing through the intake tract and to be supplied to at least one combustion chamber of the internal combustion engine can be compressed by means of the compressor wheel.
  • the turbine wheel 10 is driven by means of the exhaust gas, energy contained in the exhaust gas is used for compressing the air, so that a particularly efficient and thus fuel-efficient operation of the internal combustion engine or of the motor vehicle as a whole can be realized.
  • the wheel back 16 is at least partially subjected to mechanical machining after the investment casting, so that the wheel back 16 has a first thickness B (FIG. Fig. 1 and 4) and after the mechanical processing has a second thickness A.
  • the Raley 16 has a first portion 26 and after the investment casting on a rear side facing away from the blading 22 22 in a hatched in Fig. 2 second portion 24 of the mechanical processing, that is mechanically processed .
  • the second portion 24 has the first thickness B extending in the axial direction of the turbine wheel 10. Due to the mechanical processing, the first thickness B is reduced to the second thickness A.
  • the second partial region 24 is annular, so that the second partial region 24 and thus the mechanical machining in the circumferential direction of the turbine wheel 10 extend completely circumferentially, that is to say over 360 degrees.
  • the second partial region 24 adjoins the first partial region 26 in the radial direction to the outside.
  • the first portion 26 is at least substantially annular.
  • the first portion 26 has, for example, after the investment casting, before the mechanical processing and after the mechanical processing, the first thickness B, wherein, for example, a mechanical processing of the first portion 26 is omitted.
  • the finished turbine wheel 10 is thus characterized by the fact that the
  • Partial region 24 having the second thickness A smaller relative to the first thickness B.
  • the Raley 16 is machined on the back 22 in the second portion 24 mechanically.
  • the first partial region 26 has a first diameter D1, wherein the second partial region 24 has a second diameter D2, which is larger than the first diameter D1.
  • the second portion 24 extends in the radial direction between the diameters D1 and D2, that is, starting from the first diameter D1 in the radially outward direction to the second diameter D2.
  • the thicknesses A and B are also referred to as Ra presentdicken. In the turbine 10, it is thus provided that the ratio of the thickness A to the thickness B between the diameters D1 and D2 is 0.85.
  • the thickness B is present, for example the mechanical processing by a person performing the investment casting specified. Thus, by applying the quotient, the thickness A can be calculated after the mechanical processing, without any concrete
  • the thickness A results for the thickness A:
  • Turbine 10 simple and thus time and cost can be produced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad (10) für einen Rotor eines Abgasturboladers, mit einer Beschaufelung (12), und mit einem sich in axialer Richtung des Laufrads (10) an die Beschaufelung (12) anschließenden Radrücken (16), wobei der Radrücken (16) einen ersten Teilbereich (26) mit einer ersten Dicke (B) und einen sich in radialer Richtung nach außen an den ersten Teilbereich (26) anschließenden zweiten Teilbereich (24) mit einer zweiten Dicke (A) aufweist, wobei der Quotient aus zweiter Dicke (A) und erster Dicke (B) 0,85 beträgt.

Description

LAUFRAD FÜR EINEN ROTOR EINES ABGASTURBOLADERS, SOWIE
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES SOLCHEN LAUFRADS
Die Erfindung betrifft ein Laufrad, insbesondere ein Turbinenrad, für einen Rotor eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Laufrads gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
Ein solches Laufrad für einen Rotor eines Abgasturboladers sowie ein solches Verfahren zum Herstellen eines solchen Laufrads sind beispielsweise bereits der
DE 10 2015 012 259 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Laufrad ist beispielsweise als Turbinenrad ausgebildet, welches von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Dabei umfasst das Laufrad eine Beschaufelung sowie einen Radrücken, welcher sich in axialer Richtung des Laufrads an die Beschaufelung anschließt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Laufrad und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Robustheit des Laufrads realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Laufrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Laufrad der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Robustheit, insbesondere gegenüber mechanischer Belastung, realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Radrücken einen ersten Teilbereich mit einer ersten Dicke und einen sich in radialer Richtung nach außen an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten Teilbereich mit einer zweiten Dicke aufweist, wobei der Quotient aus zweiter Dicke und erster Dicke 0,85 beträgt. Der Quotient wird auch als Verhältnis beziehungsweise als Dickenverhältnis bezeichnet, wobei durch das beschriebene Dickenverhältnis eine Geometrie des vorzugsweise als Turbinenrad ausgebildeten Laufrads realisiert werden kann, sodass eine besonders hohe Robustheit und somit eine besonders hohe
Lebensdauer, insbesondere eine besonders hohe LCF-Lebensdauer (LCF - Low Cycle Fatigue) realisiert werden können. Es wurde gefunden, dass durch die durch das
Dickenverhältnis realisierbare Geometrie übermäßige Spannungsspitzen, üblicherweise hervorgerufen durch Fliehkräfte und Biegemomente, vermieden werden können.
Hierdurch ist es möglich, auch besonders hohe Anforderungen zu erfüllen. Solche hohen Anforderungen werden beispielsweise im Lastkraftwagen-Bereich vorgegeben, wobei üblicherweise gefordert wird, dass der Abgasturbolader und somit das Laufrad eine Laufleistung von mindestens 1 ,2 Millionen Kilometern zumindest im Wesentlichen schadfrei, das heißt ohne Ausfälle, ertragen müssen.
Das genannte Dickenverhältnis ist beispielsweise durch eine mechanische Bearbeitung des zweiten Teilbereichs realisiert. Dabei ist der zweite Teilbereich vorzugsweise auf einer der Beschaufelung abgewandten Rückseite des Radrückens mechanisch bearbeitet. Beispielsweise ist der zweite Teilbereich ringförmig ausgebildet, sodass sich der zweite Teilbereich, insbesondere dessen mechanische Bearbeitung, in Umfangsrichtung des Laufrads vollständig umlaufend erstreckt.
Beispielsweise ist das Laufrad durch Feingießen hergestellt. Nach dem Feingießen wird der Radrücken, insbesondere in dem zweiten Teilbereich und vorzugsweise auf der Rückseite, mechanisch bearbeitet, wodurch die zweite Dicke und somit das
Dickenverhältnis hergestellt werden. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die
Erkenntnis zugrunde, dass Turbinenräder mit hochgezogenen Radrücken, welche auch als Fullback bezeichnet werden, üblicherweise durch Feingießen, das heißt in einem Feingussverfahren, hergestellt werden, wobei eine zusätzliche mechanische Bearbeitung des Radrückens üblicherweise unterbleibt. Aus fertigungstechnischen Gründen muss der hochgezogene Radrücken üblicherweise aufgedickt werden. Dies hat den Nachteil, dass die Robustheit und somit die Lebensdauer des Laufrads stark reduziert werden. Grund für diese Robustheits- und somit Lebensdauerreduzierung ist eine aus der Aufdickung resultierende Masseerhöhung, insbesondere in einem äußeren Bereich des Laufrads am Radrücken und eine daraus resultierende Fliehkraftbelastung. Diese Nachteile können bei dem erfindungsgemäßen Laufrad vermieden werden. Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 5 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Robustheit und somit eine hohe
Lebensdauer des Laufrads realisiert werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Radrücken zumindest teilweise einer mechanischen Bearbeitung unterzogen wird und vor der mechanischen Bearbeitung eine erste Dicke und nach der mechanischen Bearbeitung eine zweite Dicke aufweist, wobei der Quotient aus zweiter Dicke und erster Dicke 0,85 beträgt. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Laufrads sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Im Vergleich zu herkömmlichen Laufrädern stellt die mechanische Bearbeitung eine zusätzlich implementierte mechanische Bearbeitung dar, welche durch den Quotienten geometrisch beschrieben ist. Der Quotient von 0,85 bewirkt eine Lebensdauererhöhung, insbesondere eine LCF-Lebensdauererhöhung, von bis zu 80 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Laufrädern, insbesondere Turbinenrädern.
Vorzugsweise wird der Radrücken, insbesondere auf der Rückseite, in dem zweiten Teilbereich mechanisch bearbeitet, wobei sich der zweite Teilbereich und somit die mechanische Bearbeitung vorzugsweise in Umfangsrichtung des Laufrads vollständig umlaufend, das heißt über 360 Grad erstreckt. Die Implementierung der zusätzlichen mechanischen Bearbeitung über 360 Grad und ihre geometrische Beschreibung in Form des Dickenverhältnisses erzeugt eine signifikante Lebenssteigerung. Wird das Laufrad beispielsweise durch Feingießen hergestellt, so kann der Radrücken besonders dick abgegossen werden, sodass das Laufrad auf einfache und somit zeit- und kostengünstige Weise hergestellt werden kann. Vorzugsweise ist es vorgesehen, die mechanische Bearbeitung vor einem Wuchten des Rotors durchzuführen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines als Turbinenrad ausgebildeten
Laufrads für einen Abgasturbolader, mit einer Beschaufelung und mit einem sich in axialer Richtung des Laufrads an die Beschaufelung anschließenden Radrücken, wobei der Radrücken mechanisch bearbeitet ist und dadurch ein Dickenverhältnis aufweist, welches 0,85 beträgt;
Fig. 2 eine schematische Rückansicht des Turbinenrads;
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Turbinenrads vor der mechanischen Bearbeitung; und
Fig. 4 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Turbinenrads nach der mechanischen Bearbeitung.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein als Turbinenrad 10 ausgebildetes Laufrad für einen Rotor eines Abgasturboladers. Das Turbinenrad 10 weist eine
Beschaufelung 12 auf, welche auch als Turbinenbeschaufelung bezeichnet wird. Die Beschaufelung 2 umfasst eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 aufeinanderfolgenden und beispielsweise voneinander beabstandeten Laufradschaufeln 14, welche auch als Turbinenschaufeln bezeichnet werden. Das Turbinenrad 10 weist ferner einen sich in axialer Richtung an die Beschaufelung 12 anschließenden Radrücken 16 auf, welcher beispielsweise einstückig mit der Beschaufelung 12 ausgebildet ist.
Insbesondere ist der Radrücken 16 als hochgezogener Radrücken (Fullback) ausgebildet. Ferner weist das Turbinenrad 10 eine Nabe 8 auf, mit welcher die Laufradschaufeln 14 verbunden sind. Insbesondere sind die Laufradschaufeln 14 einstückig mit der Nabe 18 ausgebildet. Beispielsweise stehen die Laufradschaufeln 14 zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung des Turbinenrads 10 von der Nabe 18 nach außen hin ab.
Vorzugsweise wird das Turbinenrad 10 durch Gießen, insbesondere durch Feingießen, hergestellt, sodass das Turbinenrad 10 beispielsweise einstückig ausgebildet ist. Der Abgasturbolader ist beispielsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, welches insbesondere als Kraftwagen beziehungsweise
Nutzfahrzeug ausgebildet sein kann. Der Antriebsstrang umfasst dabei eine
Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, wobei die
Verbrennungskraftmaschine in ihrem gefeuerten Betrieb Abgas bereitstellt. Der
Abgasturbolader weist eine Turbine auf, welche in einem von dem Abgas
durchströmbaren Abgastrakt angeordnet ist. Die Turbine umfasst ein Turbinengehäuse und das Turbinenrad 10, welches drehbar in dem Turbinengehäuse aufgenommen und somit um eine Drehachse 20 relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar ist. Dabei fällt die Drehachse 20 mit der axialen Richtung des Turbinenrads 10 zusammen.
Während des gefeuerten Betriebs kann zumindest ein Teil des Abgases das Turbinenrad 10, insbesondere die Beschaufelung 12, anströmen, wodurch das Turbinenrad 10 angetrieben, das heißt um die Drehachse 20 relativ zu dem Turbinengehäuse gedreht wird. Der Abgasturbolader umfasst ferner wenigstens einen in einem von Luft
durchströmbaren Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Verdichter, welcher ein Verdichtergehäuse und ein drehbar in dem Verdichtergehäuse angeordnetes Verdichterrad aufweist. Dabei ist das Verdichterrad um die Drehachse 20 relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar. Der Rotor umfasst dabei das Turbinenrad 10, das
Verdichterrad und eine Welle, welche drehfest mit dem Verdichterrad und mit dem Turbinenrad 10 verbunden ist. Dadurch ist das Verdichterrad über die Welle von dem Turbinenrad 10 antreibbar. Durch Antreiben des Verdichterrads kann die den Ansaugtrakt durchströmende und wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft mittels des Verdichterrads verdichtet werden. Da das Turbinenrad 10 mittels des Abgases angetrieben wird, wird im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt, sodass ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Kraftfahrzeugs insgesamt realisiert werden kann.
Um nun eine besonders hohe Robustheit des Turbinenrads 10, insbesondere gegenüber mechanischen Belastungen, zu realisieren, ist es vorgesehen, dass der Radrücken 16 nach dem Feingießen zumindest teilweise einer mechanischen Bearbeitung unterzogen wird, sodass der Radrücken 16 vor der mechanischen Bearbeitung eine erste Dicke B (Fig. 1 und 4) und nach der mechanischen Bearbeitung eine zweite Dicke A aufweist. Dabei beträgt der Quotient aus zweiter Dicke A und erster Dicke B 0,85. Mit anderen Worten gilt: Έ = °·85·
Aus Fig. 2 bis 4 ist erkennbar, dass der Radrücken 16 einen ersten Teilbereich 26 aufweist und nach dem Feingießen auf einer der Beschaufelung 12 abgewandten Rückseite 22 in einem in Fig. 2 schraffierten zweiten Teilbereich 24 der mechanischen Bearbeitung unterzogen, das heißt mechanisch bearbeitet wird. Nach der mechanischen Bearbeitung weist der zweite Teilbereich 24 die in axialer Richtung des Turbinenrads 10 verlaufende erste Dicke B auf. Durch die mechanische Bearbeitung wird die erste Dicke B auf die zweite Dicke A reduziert. Ferner ist besonders gut aus Fig. 2 erkennbar, dass der zweite Teilbereich 24 ringförmig ausgebildet ist, sodass sich der zweite Teilbereich 24 und somit die mechanische Bearbeitung in Umfangsrichtung des Turbinenrads 10 vollständig umlaufend, das heißt über 360 Grad erstrecken.
In radialer Richtung des Turbinenrads 10 nach innen hin schließt sich an den zweiten Teilbereich 24 der erste Teilbereich 26 des Radrückens 16, insbesondere der Rückseite 22, an. Mit anderen Worten schließt sich der zweite Teilbereich 24 in radialer Richtung nach außen hin an den ersten Teilbereich 26 an. Dabei ist beispielsweise auch der erste Teilbereich 26 zumindest im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Der erste Teilbereich 26 weist beispielsweise nach dem Feingießen, vor der mechanischen Bearbeitung und nach der mechanischen Bearbeitung die erste Dicke B auf, wobei beispielsweise ein mechanisches Bearbeiten des ersten Teilbereichs 26 unterbleibt.
Das fertig hergestellte Turbinenrad 10 zeichnet sich somit dadurch aus, dass der
Radrücken 16 den ersten Teilbereich 26 mit der ersten Dicke B und den sich in radialer Richtung nach außen hin an den ersten Teilbereich 26 anschließenden zweiten
Teilbereich 24 mit der gegenüber der ersten Dicke B kleineren zweiten Dicke A aufweist. Dabei ist der Radrücken 16 auf der Rückseite 22 in dem zweiten Teilbereich 24 mechanisch bearbeitet.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass der erste Teilbereich 26 einen ersten Durchmesser D1 aufweist, wobei der zweite Teilbereich 24 einen gegenüber dem ersten Durchmesser D1 größeren, zweiten Durchmesser D2 aufweist. Dabei erstreckt sich der zweite Teilbereich 24 in radialer Richtung zwischen den Durchmessern D1 und D2, das heißt ausgehend von dem ersten Durchmesser D1 in radialer Richtung nach außen bis zu dem zweiten Durchmesser D2. Die Dicken A und B werden auch als Radrückendicken bezeichnet. Bei dem Turbinenrad 10 ist es somit vorgesehen, dass das Verhältnis der Dicke A zur Dicke B zwischen den Durchmessern D1 und D2 0,85 beträgt. Die Dicke B wird beispielsweise vor der mechanischen Bearbeitung durch eine das Feingießen durchführende Person vorgegeben. Damit kann durch die Anwendung des Quotienten die Dicke A nach der mechanischen Bearbeitung berechnet werden, ohne schon konkrete
Lebensdauerberechnungen durchführen zu müssen. Im Folgenden werden
Beispielrechnungen für das Turbinenrad 10 angegeben:
Beträgt die Dicke B beispielsweise 1 ,2 Millimeter, so ergibt sich für die Dicke A:
A = 1 ,2 Millimeter · 0,85 = 1 ,0 Millimeter
Beträgt die Dicke B beispielsweise 1 ,4 Millimeter, so ergibt sich für die Dicke A: A = 1 ,4 Millimeter · 0,85 = 1 ,2 Millimeter
Beträgt die Dicke B beispielsweise 1 ,6 Millimeter, so ergibt sich für die Dicke A: A = 1,6 Millimeter · 0,85 = 1,36 Millimeter.
Es wurde gefunden, dass durch die Implementierung der zusätzlichen mechanischen Bearbeitung über 360 Grad und durch die geometrische Beschreibung der mechanischen Bearbeitung durch das Verhältnis zur Dicke B zur Dicke A eine signifikante
Lebenssteigerung, insbesondere LCF-Lebensdauersteigerung, realisiert werden kann (LCF - Low Cycle Fatigue). Zusätzlich ist es möglich, dass die das Feingießen durchführende Person den Radrücken 16 besonders dick abgießt, sodass das
Turbinenrad 10 einfach und somit zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
Bezugszeichenliste
10 Turbinenrad
12 Beschaufelung
14 Laufradschaufel
16 Radrücken
18 Nabe
20 Drehachse
22 Rückseite
24 zweiter Teilbereich
26 erster Teilbereich
A zweite Dicke
B erste Dicke
D1 erster Durchmesser
D2 zweiter Durchmesser

Claims

Patentansprüche
Laufrad (10) für einen Rotor eines Abgasturboladers, mit einer Beschaufelung (12), und mit einem sich in axialer Richtung des Laufrads (10) an die Beschaufelung (12) anschließenden Radrücken (16),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Radrücken (16) einen ersten Teilbereich (26) mit einer ersten Dicke (B) und einen sich in radialer Richtung nach außen an den ersten Teilbereich (26) anschließenden zweiten Teilbereich (24) mit einer zweiten Dicke (A) aufweist, wobei der Quotient aus zweiter Dicke (A) und erster Dicke (B) 0,85 beträgt.
Laufrad (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der zweite Teilbereich (24) mit der zweiten Dicke (A) in Umfangsrichtung des Laufrads (10) vollständig umlaufend erstreckt.
Laufrad (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Teilbereich (24) auf einer der Beschaufelung (12) abgewandten
Rückseite (22) mechanisch bearbeitet ist.
Laufrad (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Teilbereich (24) auf der Rückseite (22) in Umfangsrichtung des Laufrads (10) vollständig umlaufend mechanisch bearbeitet ist. Verfahren zum Herstellen eines Laufrads (10) für einen Rotor eines
Abgasturboladers, wobei das Laufrad eine Beschaufelung (12) und einen sich in axialer Richtung des Laufrads (10) an die Beschaufelung (12) anschließenden Radrücken (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Radrücken (16) zumindest teilweise einer mechanischen Bearbeitung unterzogen wird und vor der mechanischen Bearbeitung eine erste Dicke (B) und nach der mechanischen Bearbeitung eine zweite Dicke (A) aufweist, wobei der Quotient aus zweiter Dicke (A) und erster Dicke (B) 0,85 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Radrücken (16) in einem zweiten Teilbereich (24) bearbeitet wird, an welchen sich in radialer Richtung nach innen ein erster Teilbereich (26) des Radrückens (16) anschließt, wobei eine mechanische Bearbeitung des ersten Teilbereichs (26) unterbleibt.
Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Teilbereich (26) die erste Dicke (B) vor und nach dem mechanischen Bearbeiten aufweist.
PCT/EP2017/000779 2016-07-26 2017-06-30 Laufrad für einen rotor eines abgasturboladers, sowie verfahren zum herstellen eines solchen laufrads Ceased WO2018019401A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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