Wie wird eine Turboladerwelle und ein Turbinenrad hergestellt?
Wie werden Welle und Rad hergestellt?
Traditionellere Schweißtechniken hatten sich als weniger zufriedenstellend erwiesen, aber die intensive Entwicklung des Reibschweißens führte zu einem Prozess, der konsistent und zuverlässig ist.
Während des Prozesses werden die beiden Metalle durch Reibung zwischen einer rotierenden und einer stationären Komponente glühend heiß. In diesem Stadium wird Druck ausgeübt, um die Teile zusammenzuschmieden.
Typischerweise wird die Wellenlänge während des Prozesses um 3 mm reduziert.
Die Qualität wird durch sorgfältige Überwachung der Prozessparameter, insbesondere Geschwindigkeit und Druck, kontrolliert. Um eine effektive Prozesskontrolle zu gewährleisten, werden Stichproben der verbundenen Turbinen- / Wellenkomponente regelmäßig auf Zerstörung geprüft.
Überraschenderweise nimmt eine typische Reibschweißverbindung mit einer Oberfläche von nur 2 cm² vor dem Bruch eine Zugbelastung von über 10 Tonnen auf.
Darüber hinaus ist die Verbindung normalerweise stärker als das Grundmetall.
Nach dem Schweißen werden die Wellendurchmesser vor dem Präzisionsschleifen in einer Drehmaschine auf fertige Toleranzen gedreht.
Vor dem Schleifen wird der Lagerdurchmesser der Welle induktionsgehärtet, um die erforderliche dauerhafte Oberflächenanpassung für die Gleitlager bereitzustellen.
Das Induktionshärten erzeugt eine harte Oberfläche auf der Welle mit einer Tiefe von bis zu 2 mm, während ein weicherer innerer Kern in der Welle erhalten bleibt, um die Festigkeit gegen einen möglichen Stoß der Stoßbelastung aufrechtzuerhalten.
Das endgültige Schleifen der Wellendurchmesser erfolgt auf CNC-Schleifmaschinen (Computer Numerical Control), die in der Lage sind, bei allen Wellendurchmessern die erforderlichen Toleranzen für Größe, Geradheit und Rundheit zu erreichen.
Die Qualität wird durch die Verwendung von elektronischen Messgeräten mit mehreren Funktionen sichergestellt, mit denen alle wichtigen Abmessungen gleichzeitig gemessen werden können.
Gleichzeitig wird eine statistische Prozesssteuerung und Berechnung der laufenden Leistungsfähigkeit des Prozesses bereitgestellt.
Nachdem die Wellendurchmesser fertig geschliffen wurden, muss das Turbinenradprofil bearbeitet werden. ein weiterer spezialisierter Inconel-Bearbeitungsvorgang.
Die Härte des Materials bedeutet, dass das Profil geschliffen werden muss.
Größen- und Rundlauftoleranzen müssen während des Prozesses eingehalten werden, um eine genaue Übereinstimmung zwischen dem Turbinenrad und seinem Gehäuse zu gewährleisten und so einen konstant hohen Turbinenwirkungsgrad zu gewährleisten.
Dichtringnuten in der Nabe der Welle können gedreht oder geschliffen werden.
Auch hier sind enge Toleranzen für Abmessungen und Oberflächenqualität unerlässlich, da sie die Kontrolle der Ölleckage im fertigen Turbolader beeinflussen.
Die Gewinde werden dann auf das Laufradende der Welle gerollt. Ein starkes konzentrisches Gewinde ist erforderlich, um das Laufrad zu halten, insbesondere angesichts der Kundennachfrage nach einer erhöhten Turboladerleistung, die größere Laufräder mit kleinen Kompressorabständen erfordert.
Der letzte Herstellungsvorgang besteht darin, das Turbinenrad so auszugleichen, dass die Welle und die Radbaugruppe mit Betriebsgeschwindigkeiten ohne Vibration oder übermäßige Wellenbewegung im Lagersystem laufen können.
Die Welle ist in zwei Ebenen dynamisch ausgewuchtet; an der Nase und Rückseite des Turbinenrades.
Dies erfolgt an halb- oder vollautomatischen Maschinen, die das Gleichgewicht des Turbinenrads messen und gleichzeitig die genaue Materialmenge berechnen, die aus jeder Ebene des Turbinenrads geschliffen werden muss, um es ins Gleichgewicht zu bringen.
Nahezu jede Abmessung an Welle und Rad ist entscheidend für die Leistung und Haltbarkeit des Turboladers.
Die heute erreichten Fertigungstoleranzen sind nahezu die besten, die in einem Serienfertigungsprozess erreicht werden können.