用于生成地制造具有罩帶的渦輪的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于生成地制造具有罩帶的渦輪的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與軸向式渦輪機和緩慢運行的徑向機相比，對于在客車或者貨車的廢氣渦輪增壓器中的應(yīng)用情況而言，使用快速運行的、在徑向上敞開的渦輪。通過所述在徑向上敞開的構(gòu)造，在渦輪葉片的、朝向固定的殼體的外側(cè)面上產(chǎn)生一種從壓力側(cè)到吸入側(cè)的間隙流。
[0003]原則上，來自廢氣渦輪增壓器的徑向式渦輪機的效率主要通過在所述渦輪與相應(yīng)的鄰接的殼體之間的徑向縫隙的尺寸來確定。在此，所述徑向式渦輪機的效率隨著所述徑向縫隙的百分比份額的上升而降低，其中這方面的原因可以在葉尖的區(qū)域中的溢流損失中并且在整個渦輪機殼體范圍內(nèi)的壓力損失中找到。作為對此的補充，可以注意到，所述壓力損失隨著所述效率的所屬的減小程度而越大，則所述廢氣渦輪增壓器就構(gòu)造得越小，因為所述渦輪越小，在所述渦輪與所述殼體之間的徑向縫隙的、相對的縫隙寬度就越大。
[0004]使用所謂的“罩帶”來將通向所述殼體的徑向的開口封閉，這代表著一項有效的、用于防止所述效率的前面所描述的不受歡迎的降低現(xiàn)象的措施，所述罩帶可以完全阻止所述間隙流，并且由此擁有較大的、用于為廢氣渦輪增壓器提高效率的潛力。
[0005]迄今為止，一般借助于精密鑄造來制造具有罩帶或者不帶罩帶的、用于廢氣渦輪增壓器的渦輪，作為替代方案，對于相應(yīng)能夠加工的材料來說也可以對這些渦輪進行銑削。
[0006]因此，DE 20 2012 009 739 Ul公開了一種整體地鑄造的、具有大量工作葉片的渦輪，所述工作葉片在其自由的端部上具有罩帶，所述罩帶尤其被設(shè)置用于在用于增壓的內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器的區(qū)域中使用。在此在鑄造所述渦輪時實現(xiàn)所述罩帶。
[0007]此外，由DE 10 2009 031 787 Al公開了一種具有徑向式渦輪機和罩帶的廢氣渦輪增壓器，對于所述廢氣渦輪增壓器來說所述罩帶構(gòu)造為由耐高溫的鋼板構(gòu)成的深沖件，其中所述罩帶借助于焊接、尤其是激光焊、點焊、摩擦焊、等離子弧焊或者電弧焊被固定在所述渦輪葉片上。作為補充，在其中公開了，所述渦輪和所述罩帶可以構(gòu)造為一體的鑄件、尤其是構(gòu)造為壓鑄件或者離心鑄造件。用于將所述罩帶連接到渦輪機的渦輪葉片上的焊接方法的不利之處是，通過接合過程產(chǎn)生的開銷以及在接合區(qū)域中的、由此引起的、比如由于刻槽而產(chǎn)生的薄弱環(huán)節(jié)。由對于具有罩帶的徑向式渦輪機的鑄造看來，此外在設(shè)計渦輪葉片并且通常在設(shè)計薄壁的結(jié)構(gòu)時存在著限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在權(quán)利要求1中所定義的、用于生成地制造具有罩帶的渦輪的方法具有以下優(yōu)點:現(xiàn)在由于生成地制造具有一罩帶的所述渦輪，不僅可以取消以往必需的、用于將所述罩帶連接到所述渦輪葉片上的接合過程，可以取消而且在接合區(qū)域中的、由此引起的、比如由于刻槽而產(chǎn)生的薄弱環(huán)節(jié)。從中又產(chǎn)生所述渦輪或者廢氣渦輪增壓器的、提高了的可靠性以及延長的使用壽命。
[0009]此外，與借助于以往通常所使用的制造方法-精密鑄造或者銑削-所進行的制造過程相比，用當(dāng)前的制造方法以有利的方式取消了以往在實現(xiàn)用于渦輪葉片的、流動優(yōu)化的幾何形狀的方面的限制。由此，此外不僅在渦輪葉片的設(shè)計方面、而且在所述渦輪葉片與罩帶的連接區(qū)域的設(shè)計方面或者所述渦輪葉片與輪轂本體的連接區(qū)域的設(shè)計方面都可以實現(xiàn)較高的自由度。
[0010]除此以外，用當(dāng)前的方法，可以以有利的方式通過由于所述具有罩帶的渦輪的、所選擇的設(shè)計而提高所述渦輪的剛度這項措施來改進所述渦輪葉片的、在渦輪的運行中的振動特性，由此提高了所述渦輪的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，這在對所述渦輪進行支承的軸中引起較小的材料疲勞并且引起較小的運行噪聲。此外，由于將所述渦輪葉片的徑向的端部接納在所述罩帶中而對所述渦輪葉片進行了加固，這種方案可以以有利的方式允許較小的、用于所述渦輪葉片的厚度，這由于所獲得的重量節(jié)省效果而實現(xiàn)了所述渦輪的動態(tài)的性能的改進。
[0011]本發(fā)明的核心是，通過一種生成的制造方法或者添加的制造方法來有利地制造具有所集成的罩帶的、金屬的渦輪，所述制造方法構(gòu)造了大量的、用于制造所述具有罩帶的渦輪的層。由此能夠在唯一的構(gòu)件中制造所述具有罩帶的渦輪，并且因此這一點能夠在沒有接下來的麻煩的接合過程的情況下得到實現(xiàn)。關(guān)于一層一層地制造當(dāng)前的、具有罩帶的渦輪的信息從所述渦輪的、所屬的CAD數(shù)據(jù)記錄、尤其是三維的模型中推導(dǎo)出來，并且該信息是用于所述當(dāng)前的生成的制造方法的基礎(chǔ)。
[0012]按照所述當(dāng)前的方法的另一種設(shè)計方案，有選擇地使所述層熔化的步驟可以局部地借助于有選擇的激光熔化或者借助于電子束熔化來進行。優(yōu)選由于其用于對金屬的材料進行加工的合適性，所謂的有選擇的激光恪化(英語:Selective Laser Melting (SLM))以及所述電子束恪化(英語:Electron Beam Melting (EBM))是用于構(gòu)造所述具有罩帶的、金屬的渦輪的選擇的方法。在此，在執(zhí)行所述有選擇的、使所述層熔化的步驟的過程中，使所述粉末狀的材料相應(yīng)地在所述有選擇的激光熔化的作用下或者在所述電子束熔化的作用下局部地進行熔化。從中以有利的方式，在所述用當(dāng)前的方法制造的、具有罩帶的渦輪中產(chǎn)生一種非常精細(xì)的、均勻的組織，所述組織幾乎沒有氣孔或者縮孔，這相對于那些借助于精密鑄造來制造的渦輪實現(xiàn)了在(運行)強度方面的優(yōu)點。
[0013]對于所述當(dāng)前的方法來說，所施加的粉末狀的材料的層可以具有處于50 μπι與500 μ??之間的厚度。此外，所施加的、粉末狀的材料的層可以具有處于80μπ?與400 μπ?之間的厚度，尤其所施加的、粉末狀的材料的層可以具有處于ΙΟΟμπ?與300 μπ?之間的厚度。這樣的厚度一方面用于由于盡可能少地需要的層而盡快地制造所述具有罩帶的渦輪，并且另一方面用于在制造所述渦輪的當(dāng)前的層時可靠地使所述粉末狀的材料熔化。
[0014]按照所述當(dāng)前的方法的另一種設(shè)計方案，在按照所述渦輪的當(dāng)前的層形狀有選擇地使所述粉末狀的材料的層熔化的過程中，使所述被熔化的材料與前面的層融合。從中以有利的方式在所述用當(dāng)前的方法制造的、具有罩帶的渦輪中產(chǎn)生非常精細(xì)的、均勻的組織，該組織幾乎沒有氣孔或者縮孔，這又相對于那些借助于精密鑄造來制造的渦輪實現(xiàn)了前面所描述的優(yōu)點。
[0015]按照所述當(dāng)前的方法的另一種設(shè)計方案，借助于所述方法可以在所述制造平臺上同時制造大量的渦輪。這以有利的方式由于在一個構(gòu)件層面上平行地構(gòu)造多個具有罩帶的渦輪而實現(xiàn)了經(jīng)濟的制造過程，從而在一臺唯一的制造設(shè)備上可以同時制造多個具有罩帶的渦輪。
[0016]按照所述當(dāng)前的方法的另一種設(shè)計方案，作為使所述制造平臺下沉預(yù)先確定的量這種形式來實現(xiàn)使所述制造平臺移動所述預(yù)先確定的量這個步驟。在這種情況下，所述預(yù)先確定的量可以等于所述預(yù)先給定的層厚度。
[0017]按照所述當(dāng)前的方法的另一種設(shè)計方案，所述粉末狀的材料可以是鎳基合金、鋁化鈦和/或金屬的材料。作為镲基合金，比如可以使用Inconel?。原則上在所述當(dāng)前的方法中可以使用所有可以借助于局部的熔化從最初的粉末形狀轉(zhuǎn)化為隨后固態(tài)的形狀的、金屬的材料。
[0018]按照所述當(dāng)前的方法的另一種設(shè)計方案，所述輪轂本體至少可以局部地具有一種空心結(jié)構(gòu)。由此，可以以有利的方式，借助于在所述輪轂本體中的空心結(jié)構(gòu)，來對于由于附加的罩帶而引起的重量缺點進行補償?？招慕Y(jié)構(gòu)在此首要用于:在預(yù)先確定的空間中，相對于完全填滿的空間可以節(jié)省材料，由此實現(xiàn)一種輕構(gòu)造結(jié)構(gòu)。
[0019]按照所述當(dāng)前的方法的另一種設(shè)計方案，所述空心結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造在所述輪轂本體的內(nèi)部。作為補充方案或者替代方案，所述空心結(jié)構(gòu)也可以構(gòu)造在所述輪轂本體的表面的區(qū)域中，只要所述輪轂本體的表面對于所述渦輪葉片的連接來說不需要。
[0020]按照所述當(dāng)前的方法的另一種設(shè)計方案，所述空心結(jié)構(gòu)可以具有柵格狀的或者蜂窩狀的形態(tài)。原則上，所述空心結(jié)構(gòu)應(yīng)該以盡可能小的重量實現(xiàn)所述輪轂本體的盡可能大的剛度。換句話說，所述空心結(jié)構(gòu)應(yīng)該以盡可能小的重量實現(xiàn)所述輪轂本體的強化結(jié)構(gòu)。原則上可以設(shè)置所有有規(guī)律的或者無規(guī)律的、用于所述空心結(jié)構(gòu)