用于生成地制造具有罩带的涡轮的方法.pdf

本发明涉及一种用于生成地制造具有罩带的涡轮的方法，所述涡轮包括一轮毂本体、多个与轮毂本体整体地构成的涡轮叶片及环绕的罩带，该罩带将涡轮叶片在其相应的在径向上外部的边缘上彼此连接起来并且与涡轮叶片整体地构成，其中涡轮借助于当前的方法通过成形过程来一体地制成，所述方法具有以下步骤：a）提供粉末状的材料，该材料被设置用于一层一层地构造所述涡轮；b）将所述粉末状的材料的层尤其是借助于刮涂以预先给定的层厚度施加到制造平台上；c）按照所述涡轮的当前的层形状来有选择地使所述粉末状的材料的层得以熔化；d）使所述制造平台移动一种预先给定的量；并且e）在相应最上面的层上重复前述步骤，直至形成所述涡轮的最后一层。

权利要求书
1.   用于生成地制造具有罩带（130）的涡轮（100）的方法，所述涡轮包括一轮毂本体（110）、多个与所述轮毂本体（110）整体地构成的涡轮叶片（120）以及环绕的罩带（130），该罩带将所述涡轮叶片（120）在其相应的在径向上外部的边缘上彼此连接起来，并且与所述涡轮叶片（120）整体地构成，其中所述涡轮（100）借助于当前的方法通过成形过程来一体地制成，所述方法具有以下步骤：
a）提供粉末状的材料（160），所述材料被设置用于一层一层地构造所述涡轮（100）；
b）将所述粉末状的材料（160）的层尤其是借助于刮涂以预先给定的层厚度施加到制造平台（140）上；
c）按照所述涡轮（100）的当前的层形状来有选择地使所述粉末状的材料（160）的层熔化；
d）使所述制造平台（140）移动预先给定的量；并且
e）在相应最上面的层上重复前述步骤，直至形成所述涡轮（100）的最后一层。

2.   按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有选择地使所述层熔化的步骤局部地借助于有选择的激光熔化或者借助于电子束熔化来进行。

3.   按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所施加的、粉末状的材料（160）的层具有处于50μm到500μm之间的厚度。

4.   按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在有选择地使所述粉末状的材料（160）的层熔化的过程中按照所述涡轮（100）的当前的层形状来使所述被熔化的材料与前一层融合。

5.   按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述方法在所述制造平台（140）上同时制造大量的涡轮。

6.   按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为使所述制造平台（140）下沉预先确定的量这种形式来实现使所述制造平台（140）移动所述预先确定的量这个步骤。

7.   按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粉末状的材料（160）具有镍基合金、铝化钛和/或金属的材料。

8.   按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述轮毂本体（110）至少局部地具有空心结构（150）。

9.   按权利要求8所述的方法，其特征在于，所述空心结构（150）构造在所述轮毂本体（110）的内部。

10.   按权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述空心结构（150）具有栅格状的或者蜂窝状的形态。

说明书用于生成地制造具有罩带的涡轮的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生成地制造具有罩带的涡轮的方法。
背景技术
与轴向式涡轮机和缓慢运行的径向机相比，对于在客车或者货车的废气涡轮增压器中的应用情况而言，使用快速运行的、在径向上敞开的涡轮。通过所述在径向上敞开的构造，在涡轮叶片的、朝向固定的壳体的外侧面上产生一种从压力侧到吸入侧的间隙流。
原则上，来自废气涡轮增压器的径向式涡轮机的效率主要通过在所述涡轮与相应的邻接的壳体之间的径向缝隙的尺寸来确定。在此，所述径向式涡轮机的效率随着所述径向缝隙的百分比份额的上升而降低，其中这方面的原因可以在叶尖的区域中的溢流损失中并且在整个涡轮机壳体范围内的压力损失中找到。作为对此的补充，可以注意到，所述压力损失随着所述效率的所属的减小程度而越大，则所述废气涡轮增压器就构造得越小，因为所述涡轮越小，在所述涡轮与所述壳体之间的径向缝隙的、相对的缝隙宽度就越大。
使用所谓的“罩带”来将通向所述壳体的径向的开口封闭，这代表着一项有效的、用于防止所述效率的前面所描述的不受欢迎的降低现象的措施，所述罩带可以完全阻止所述间隙流，并且由此拥有较大的、用于为废气涡轮增压器提高效率的潜力。
迄今为止，一般借助于精密铸造来制造具有罩带或者不带罩带的、用于废气涡轮增压器的涡轮，作为替代方案，对于相应能够加工的材料来说也可以对这些涡轮进行铣削。
因此，DE 20 2012 009 739 U1公开了一种整体地铸造的、具有大量工作叶片的涡轮，所述工作叶片在其自由的端部上具有罩带，所述罩带尤其被设置用于在用于增压的内燃机的废气涡轮增压器的区域中使用。在此在铸造所述涡轮时实现所述罩带。
此外，由DE 10 2009 031 787 A1公开了一种具有径向式涡轮机和罩带的废气涡轮增压器，对于所述废气涡轮增压器来说所述罩带构造为由耐高温的钢板构成的深冲件，其中所述罩带借助于焊接、尤其是激光焊、点焊、摩擦焊、等离子弧焊或者电弧焊被固定在所述涡轮叶片上。作为补充，在其中公开了，所述涡轮和所述罩带可以构造为一体的铸件、尤其是构造为压铸件或者离心铸造件。用于将所述罩带连接到涡轮机的涡轮叶片上的焊接方法的不利之处是，通过接合过程产生的开销以及在接合区域中的、由此引起的、比如由于刻槽而产生的薄弱环节。由对于具有罩带的径向式涡轮机的铸造看来，此外在设计涡轮叶片并且通常在设计薄壁的结构时存在着限制。
发明内容
在权利要求1中所定义的、用于生成地制造具有罩带的涡轮的方法具有以下优点：现在由于生成地制造具有一罩带的所述涡轮，不仅可以取消以往必需的、用于将所述罩带连接到所述涡轮叶片上的接合过程，可以取消而且在接合区域中的、由此引起的、比如由于刻槽而产生的薄弱环节。从中又产生所述涡轮或者废气涡轮增压器的、提高了的可靠性以及延长的使用寿命。
此外，与借助于以往通常所使用的制造方法-精密铸造或者铣削-所进行的制造过程相比，用当前的制造方法以有利的方式取消了以往在实现用于涡轮叶片的、流动优化的几何形状的方面的限制。由此，此外不仅在涡轮叶片的设计方面、而且在所述涡轮叶片与罩带的连接区域的设计方面或者所述涡轮叶片与轮毂本体的连接区域的设计方面都可以实现较高的自由度。
除此以外，用当前的方法，可以以有利的方式通过由于所述具有罩带的涡轮的、所选择的设计而提高所述涡轮的刚度这项措施来改进所述涡轮叶片的、在涡轮的运行中的振动特性，由此提高了所述涡轮的运转平稳性，这在对所述涡轮进行支承的轴中引起较小的材料疲劳并且引起较小的运行噪声。此外，由于将所述涡轮叶片的径向的端部接纳在所述罩带中而对所述涡轮叶片进行了加固，这种方案可以以有利的方式允许较小的、用于所述涡轮叶片的厚度，这由于所获得的重量节省效果而实现了所述涡轮的动态的性能的改进。
本发明的核心是，通过一种生成的制造方法或者添加的制造方法来有利地制造具有所集成的罩带的、金属的涡轮，所述制造方法构造了大量的、用于制造所述具有罩带的涡轮的层。由此能够在唯一的构件中制造所述具有罩带的涡轮，并且因此这一点能够在没有接下来的麻烦的接合过程的情况下得到实现。关于一层一层地制造当前的、具有罩带的涡轮的信息从所述涡轮的、所属的CAD数据记录、尤其是三维的模型中推导出来，并且该信息是用于所述当前的生成的制造方法的基础。
按照所述当前的方法的另一种设计方案，有选择地使所述层熔化的步骤可以局部地借助于有选择的激光熔化或者借助于电子束熔化来进行。优选由于其用于对金属的材料进行加工的合适性，所谓的有选择的激光熔化（英语：Selective Laser Melting（SLM））以及所述电子束熔化（英语：Electron Beam Melting（EBM））是用于构造所述具有罩带的、金属的涡轮的选择的方法。在此，在执行所述有选择的、使所述层熔化的步骤的过程中，使所述粉末状的材料相应地在所述有选择的激光熔化的作用下或者在所述电子束熔化的作用下局部地进行熔化。从中以有利的方式，在所述用当前的方法制造的、具有罩带的涡轮中产生一种非常精细的、均匀的组织，所述组织几乎没有气孔或者缩孔，这相对于那些借助于精密铸造来制造的涡轮实现了在（运行）强度方面的优点。
对于所述当前的方法来说，所施加的粉末状的材料的层可以具有处于50μm与500μm之间的厚度。此外，所施加的、粉末状的材料的层可以具有处于80μm与400μm之间的厚度，尤其所施加的、粉末状的材料的层可以具有处于100μm与300μm之间的厚度。这样的厚度一方面用于由于尽可能少地需要的层而尽快地制造所述具有罩带的涡轮，并且另一方面用于在制造所述涡轮的当前的层时可靠地使所述粉末状的材料熔化。
按照所述当前的方法的另一种设计方案，在按照所述涡轮的当前的层形状有选择地使所述粉末状的材料的层熔化的过程中，使所述被熔化的材料与前面的层融合。从中以有利的方式在所述用当前的方法制造的、具有罩带的涡轮中产生非常精细的、均匀的组织，该组织几乎没有气孔或者缩孔，这又相对于那些借助于精密铸造来制造的涡轮实现了前面所描述的优点。
按照所述当前的方法的另一种设计方案，借助于所述方法可以在所述制造平台上同时制造大量的涡轮。这以有利的方式由于在一个构件层面上平行地构造多个具有罩带的涡轮而实现了经济的制造过程，从而在一台唯一的制造设备上可以同时制造多个具有罩带的涡轮。
按照所述当前的方法的另一种设计方案，作为使所述制造平台下沉预先确定的量这种形式来实现使所述制造平台移动所述预先确定的量这个步骤。在这种情况下，所述预先确定的量可以等于所述预先给定的层厚度。
按照所述当前的方法的另一种设计方案，所述粉末状的材料可以是镍基合金、铝化钛和/或金属的材料。作为镍基合金，比如可以使用Inconel?。原则上在所述当前的方法中可以使用所有可以借助于局部的熔化从最初的粉末形状转化为随后固态的形状的、金属的材料。
按照所述当前的方法的另一种设计方案，所述轮毂本体至少可以局部地具有一种空心结构。由此，可以以有利的方式，借助于在所述轮毂本体中的空心结构，来对于由于附加的罩带而引起的重量缺点进行补偿。空心结构在此首要用于：在预先确定的空间中，相对于完全填满的空间可以节省材料，由此实现一种轻构造结构。
按照所述当前的方法的另一种设计方案，所述空心结构可以构造在所述轮毂本体的内部。作为补充方案或者替代方案，所述空心结构也可以构造在所述轮毂本体的表面的区域中，只要所述轮毂本体的表面对于所述涡轮叶片的连接来说不需要。
按照所述当前的方法的另一种设计方案，所述空心结构可以具有栅格状的或者蜂窝状的形态。原则上，所述空心结构应该以尽可能小的重量实现所述轮毂本体的尽可能大的刚度。换句话说，所述空心结构应该以尽可能小的重量实现所述轮毂本体的强化结构。原则上可以设置所有有规律的或者无规律的、用于所述空心结构的造型。在此所述空心结构比如可以以多个对角地布置的、平行的层面的形式来构成。
附图说明
借助于附图对本发明进行解释。在这里附图示出：
图1是本发明的方法原理的视图；
图2是用于客车的废气涡轮增压器的、具有罩带的涡轮的透视图；
图3是多个按照图2的、具有罩带的涡轮的、在一个构件层面中的透视图；并且
图4是从一种涡轮的一侧看的剖视图，该涡轮具有一罩带，该罩带拥有处于里面的空心结构，所述涡轮按照本发明来制成。
具体实施方式
在现在接下来对按照本发明的、用于生成地制造具有罩带的涡轮的方法进行描述之前，要首先对于具有罩带的涡轮的基础的配置进行解释。
参照图2，描绘了一种用于客车（未示出）的废气涡轮增压器的、具有罩带130的涡轮100的透视图，所述涡轮100包括一轮毂本体110、多个与所述轮毂本体110整体地构成的涡轮叶片120以及所述环绕的、将所述涡轮叶片120在其相应的在径向上外部的边缘上彼此连接起来的、与所述涡轮叶片120整体地构成的罩带130。换句话说，所述罩带130至少局部地沿着所述涡轮叶片120的高度将所述涡轮叶片120的径向的端部包围住。
图3示出了多个按照图2的、具有罩带的涡轮100的、处于一个构件层面中的透视图，所述涡轮在制造平台140上构成。这以有利的方式由于在一个构件层面中平行地构造多个具有罩带的涡轮而实现经济的制造过程，从而在一台唯一的、用于当前的方法的制造设备上可以同时制造多个具有罩带的涡轮。
图1示出了本发明的方法原理的视图。在此，当前的、用于生成地制造具有罩带（未示出）的涡轮100（仅仅示意性地示出）的方法—其中借助于当前的方法通过成形过程来一体地制造所述涡轮—，具有以下步骤：
首先提供粉末状的材料160，该粉末状的材料被设置用于一层一层地构造所述涡轮100。将所述粉末状的材料160存放在容器170中，其中在所述容器170中设置了升降机构180，该升降机构在遍历完整的制造步骤之后以预先确定的量来提升所述粉末状的材料160。所述粉末状的材料160可以是镍基合金、铝化钛和/或金属的材料。作为镍基合金，比如可以使用Inconel?。原则上在所述当前的方法中可以使用所有的、可以借助于局部的熔化从最初的粉末形状转化为随后固态的形状的、金属的材料。
而后借助于刮辊190将所述粉末状的材料160的层以预先给定的层厚度施加到制造平台（未示出）上。在结束施加所述粉末状的材料160之后，所述刮辊190又回到所述容器170的区域里的原始位置中（参见箭头）。
现在按照所述涡轮100的当前的层形状来有选择地使所述粉末状的材料160的层熔化。在此，借助于有选择的激光熔化或者借助于电子束熔化来进行有选择地使所述层熔化的步骤。由此，在执行有选择地使所述层熔化的步骤的过程中，相应局部地在所述有选择的激光熔化或者电子束熔化的作用下使所述粉末状的材料160熔化。为此，由能源200将能量束（为此参见箭头）发送给扫描仪210，该扫描仪又将能量束朝所述粉末状的材料160的层的方向引导，用于有针对性地局部地使所述粉末状的材料160熔化。在移开所述能量束之后，所述被熔化的材料很快凝固。
然后借助于一种移动装置190使所述制造平台以预先确定的量移动，这里尤其是以层厚度为幅度下降。
最后，在相应最上面的层上重复前述步骤，直至形成所述涡轮100的最后一层。接着可以将所述涡轮100从所述制造设备中取出，并且又将所述涡轮100与所述制造平台分开。
图4示出了从涡轮100的一侧看的剖视图，该涡轮具有一罩带130，该罩带拥有处于里面的空心结构150的，其中所述涡轮100按照本发明来制成。由此，可以以有利的方式借助于在所述轮毂本体110中的空心结构150来对由于所述罩带130引起的重量缺点进行补偿。原则上，所述空心结构应该以尽可能小的重量实现所述轮毂本体的尽可能大的刚度。在此，所述空心结构150构造在用于所述涡轮100的轮毂本体110的内部中。所述空心结构150具有栅格状的形状，其中原则上可以设置所有有规律的或者无规律的、用于所述空心结构的造型。除此以外，所述空心结构比如可以以多个对角地布置的、平行的层面的形式来构成。作为替代方案，所述空心结构也可以具有蜂窝状的形状（未示出）。