DE102009049695A1 - Method for producing a rotor of a turbocharger - Google Patents

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Ralf Böning
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellung eines Läufers, welcher wenigstens ein Turbolader-Laufrad und eine Turbolader-Welle aufweist, wobei das Turbolader-Laufrad und/oder die Turbolader-Welle mittels Metallpulverspritzgießen (MIM) hergestellt ist.The invention relates to a method for producing a rotor, which has at least one turbocharger impeller and a turbocharger shaft, wherein the turbocharger impeller and / or the turbocharger shaft is produced by means of metal powder injection molding (MIM).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Läufers eines Turboladers, wobei der Läufer wenigstens ein Laufrad aufweist, das an einer Welle befestigt ist.The The invention relates to a method for producing a rotor of a Turbocharger, the runner at least an impeller attached to a shaft.

Turbolader weisen im Allgemeinen eine Turbine auf, die in einem Abgasstrom angeordnet ist und über eine Welle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt verbunden ist. Auf der Welle sind dabei normalerweise ein Turbinenrad und ein Verdichterrad angeordnet. Das Turbinenrad der Turbine wird durch den Abgasstrom eines angeschlossenen Motors angetrieben und treibt hierbei wiederum das Verdichterrad des Verdichters an. Hierdurch erhöht der Verdichter den Druck im Ansaugtrakt des Motors, so dass während des Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in den Zylinder gelangt. Dies hat zur Folge, dass mehr Sauerstoff zur Verfügung steht und eine entsprechend größere Kraftstoffmenge verbrannt werden kann.turbocharger generally have a turbine in an exhaust stream is arranged and over a Shaft is connected to a compressor in the intake system. On the Shaft are usually a turbine wheel and a compressor wheel arranged. The turbine wheel of the turbine is controlled by the exhaust gas flow driven by a connected motor and drives this again the compressor wheel of the compressor. This increases the compressor the pressure in the intake tract of the engine, so that during the intake stroke a larger amount Air enters the cylinder. This results in more oxygen to disposal stands and a correspondingly larger amount of fuel can be burned.

Turbinenräder von Turboladern bestehen in der Regel aus einer hochwarmfesten Nickellegierung, die im Vakuum erschmolzen und vergossen wird, wie beispielsweise in dem Buch mit dem Titel „Abgasturbolader”, des Verlags Moderne Industrie auf den Seiten 56 bis 58 beschrieben ist. Die dazu benötigten keramischen Schalenformen werden nach dem Wachsausschmelzverfahren hergestellt. Für jedes fertige Turbinenrad ist daher ein 1:1 Wachsmodell erforderlich. Mehrere solcher Modelle werden zu sog. Gießtrauben zusammengeklebt. Durch mehrmaliges Tauchen in einen Keramikschlicker mit anschließendem Besanden entsteht um die Gießtrauben eine 6 bis 10 mm dicke feuerfeste Keramikschale. Nach dem Trocknen und Abbinden der Keramikschale werden die Wachsmodelle ausgeschmolzen und die Formen gebrannt. Der Abguss erfolgt durch Gießen in die heißen Formen. Nach dem Erkalten werden die Gussstücke abgetrennt und bearbeitet. Das Turbinenrad wird durch Reibschweißen mit der Welle verbunden. Nach dem Reibschweißen erfolgen das Spannungsfreiglühen und die Bearbeitung der Welle. Nach dem Härten der Lagerstellen wird der Turbinenrotor nochmals einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Bearbeitung der Welle auf die endgültigen Abmessungen erfolgt durch Schleifen.Turbine wheels from Turbochargers are usually made of a high-temperature nickel alloy, which is melted and potted in a vacuum, such as in the book titled "Turbocharger", the publisher Modern industry is described on pages 56-58. The needed ceramic shell molds are made by the lost-wax process produced. For every finished turbine wheel requires a 1: 1 wax model. Several such models are glued together into so-called casting screws. By repeated dipping into a ceramic slip followed by sanding arises around the pours a 6 to 10 mm thick refractory ceramic shell. After drying and setting the ceramic shell, the wax models are melted out and the shapes burned. The casting is done by pouring into the be called To shape. After cooling, the castings are separated and processed. The turbine wheel is friction welded to the shaft. After friction welding the stress relief annealing takes place and the machining of the shaft. After hardening the bearings will the turbine rotor again subjected to a heat treatment. The Machining of the shaft takes place on the final dimensions by grinding.

Das auf diese Weise im Feinguss hergestellte Turbinenrad des Turboladers besitzt jedoch nur eine grobe Gefügeausbildung mit teilweise sehr großen Körnern. Die Korngröße an einem Teil kann dabei zwischen dem 1 bis 30-fachen liegen. Die mechanischen Eigenschaften und die Schaufeleigenfrequenzen zeigen dadurch eine hohe Streubreite. Durch Gussfehler, wie beispielsweise Lunker oder Keramik- und Oxideinschlüsse, kommt es zu Schäden in der Feldanwendung.The turbine wheel of the turbocharger made in this way in investment casting but has only a rough structure education with partial very big Grains. The grain size at one Part can be between 1 to 30 times. The mechanical Characteristics and the blade natural frequencies thereby show a high spread. Due to casting defects, such as blowholes or Ceramic and oxide inclusions, it comes to damage in the field application.

Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Läufer eines Turboladers bereitzustellen, wobei der Läufer wenigstens ein Laufrad und eine Welle aufweist, an welcher das Laufrad befestigt ist.Therefore It is the object of the present invention to provide an improved runner a turbocharger, wherein the rotor at least one impeller and a shaft to which the impeller is attached.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Turbolader-Läufers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Turbolader-Läufer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.These Task is by a method for producing a turbocharger rotor with the features of claim 1 and a turbocharger rotor with the features of claim 11 solved.

Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellung eines Läufers bereitgestellt, welcher wenigstens ein Turbolader-Laufrad und eine Turbolader-Welle aufweist, wobei das Turbolader-Laufrad und/oder die Turbolader-Welle mittels Metallpulverspritzgießen (MIM) hergestellt ist.Accordingly, a method according to the invention for making a runner provided, which at least one turbocharger impeller and a Turbocharger shaft, wherein the turbocharger impeller and / or the turbocharger shaft by means of metal powder injection molding (MIM) is made.

Das Verfahren hat dabei den Vorteil, dass ein Läufer mit einem feineren Gefüge hergestellt werden kann als die bisher bekannten Läufer aus Feinguss. Die metallpulverspritzgegossene Komponente, d. h. das Laufrad und/oder die Welle, weist aufgrund des feineren Gefüges auch eine wesentlich geringere Neigung zu Rissen und Mikrorissen auf als herkömmliche Teile aus Feinguss.The The advantage of this method is that a runner is produced with a finer structure can be as the previously known runner from investment casting. The metal powder injection molded Component, d. H. the impeller and / or the shaft, points due of the finer texture also a much lower tendency to cracks and microcracks on as conventional Casting parts.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims and the description with reference to the drawings.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind das Laufrad und die Welle als zwei separate Teile ausgebildet. Eines oder beide Teile sind dabei vorzugsweise mittels Metallpulverspritzgießens hergestellt und werden mittels Sintern miteinander verbunden. Das Verbinden der beiden Teile mittels Sintern hat den Vorteil, dass auf das bisher aufwendige Verbinden mittels Schweißen verzichtet werden kann.In an embodiment The invention relates to the impeller and the shaft as two separate parts educated. One or both parts are preferably by means of Metal powder injection molding made and are joined together by sintering. The Connecting the two parts by means of sintering has the advantage that on the previously complex connection can be dispensed by welding.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Laufrad und/oder die Welle außerdem mittels heißisostatischem Pressen (HIP) bzw. hot isostatic pressing nachbehandelt. Dies hat den Vorteil, dass vorhandene Poren in dem Laufrad bzw. der Welle zugedrückt werden und die Struktur bzw. das Gefüge des Laufrads bzw. der Welle zusätzlich verbessert werden kann. Dadurch, dass die Poren des Laufrads bzw. der Welle zugedrückt werden können keine Mikrorisse entstehen. Dadurch kann das Laufrad auch mittels Elektronenstrahlschweißen an der Turboladerwelle befestigt werden und auf das aufwendigere Reibschweißen verzichtet werden. Noch günstiger ist allerdings das Befestigen des Laufrads an der Welle mittels Sintern, wie zuvor beschrieben.In one embodiment of the invention, the impeller and / or the shaft is also post-treated by hot isostatic pressing (HIP) or hot isostatic pressing. This has the advantage that existing pores in the impeller or the shaft are pressed and the structure or the structure of the impeller or the shaft can be additionally improved. The fact that the pores of the impeller or the shaft to be pressed can not cause microcracks. As a result, the impeller can also be fastened to the turbocharger shaft by means of electron beam welding and the costly friction welding can be dispensed with. However, even more advantageous is the attachment of the impeller to the shaft by means of sintering, as described above.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Metallpulverspritzgießen des Laufrads und/oder der Welle die Verfahrensschritte auf, wonach eine Spritzgussform für das Laufrad und/oder die Welle bereitgestellt wird, welche beispielsweise aus Stahl oder einem anderen Metall besteht. Des Weiteren wird als Spritzgussausgangsmaterial bzw. als sog. Feedstock ein Gemisch aus wenigstens einem Metallpulver und wenigstens einem Bindemittel bereitgestellt. Dieses Gemisch wird anschließend über eine entsprechende Spritzgussmaschine in die Spritzgussform eingespritzt. Später wird das fertige Laufrad und/oder die Welle aus der Spritzgussform entformt. Das Verfahren ist dabei deutlich einfacher als das bisherige Feingussverfahren, bei welchem z. B. eine Laufradform sehr aufwendig mittels Wachs und Keramik hergestellt werden muss.In a further embodiment of the invention indicates the metal powder injection molding of the impeller and / or the shaft, the process steps, according to which an injection mold for the impeller and / or the shaft is provided, which for example made of steel or another metal. Furthermore, as Injection molding starting material or as a so-called. Feedstock a mixture of provided at least one metal powder and at least one binder. This mixture is then over a corresponding injection molding machine injected into the injection mold. Later becomes the finished impeller and / or the shaft of the injection mold removed from the mold. The process is much simpler than the previous one Precision casting process, in which z. B. a wheel shape very expensive must be made by wax and ceramics.

Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Laufrad und/oder die Welle im Anschluss an das Spritzgießen entbindert, um das Bindemittel aus dem Laufrad bzw. der Welle zu entfernen. Das Entbindern des Laufrads und/oder der Welle kann dabei mittels einer thermischen und/oder katalytischen und/oder Lösungsmittel-Entbinderung bzw. Extraktionsentbinderung erfolgen oder einem anderen geeigneten Entbinderungsverfahren.According to one other embodiment of the invention the impeller and / or the shaft is released following injection molding, to remove the binder from the impeller or shaft. The Debinding the impeller and / or the shaft can thereby by means of a thermal and / or catalytic and / or solvent debindering or Extraction debinding or another suitable debinding method.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird zum heißisostatische Pressen des Laufrads und/oder der Welle, das Laufrad und/oder die Welle in einer Druckkesseleinrichtung einer Druckbehältereinrichtung vorgesehen. Die Druckkesseleinrichtung bzw. die Druckbehältereinrichtung wird des Weiteren mit Schutzgas gespült und befüllt und dann aufgeheizt. Das Laufrad und/oder die Welle wird bei einer vorbestimmten Temperatur oder einem vorbestimmten Druck über eine vorbestimmte Zeitspanne gehalten, die ausreicht, so dass sich die Poren des Laufrads bzw. der Welle schließen. Anschließend wird das Laufrad und/oder die Welle abgekühlt. Auf diese Weise kann die Gefügestruktur des Laufrads und/oder der Welle weiter verbessert werden, so dass das Laufrad auch beispielsweise mittels Elektronenstrahlschweißen an einer Welle des Turboladers befestigt werden kann, ohne dass die Gefahr einer Rissbildung bzw. von Mikrorissen besteht.In a further embodiment of the invention becomes a hot isostatic Pressing the impeller and / or the shaft, the impeller and / or the Shaft in a pressure vessel device of a pressure vessel device intended. The pressure vessel device or the pressure vessel device is further rinsed with inert gas and filled and then heated. The Impeller and / or the shaft is at a predetermined temperature or a predetermined pressure over held a predetermined period of time, which is sufficient so that close the pores of the impeller or the shaft. Subsequently, will cooled down the impeller and / or the shaft. In this way, the microstructure of the impeller and / or the shaft are further improved, so that the impeller also, for example by means of electron beam welding at one Shaft of the turbocharger can be attached without the danger Cracking or microcracks exists.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Welle oder zumindest wenigstens ein Abschnitt der Welle mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen. Die Beschichtung ist dabei beispielsweise eine Metallbeschichtung, z. B. eine Chrombeschichtung. Die Beschichtung hat dabei den Vorteil, dass die Ölbenetzbarkeit und die Verschleißbeständigkeit verbessert werden kann.In another embodiment of the invention becomes the shaft or at least at least a portion of the shaft with an additional Coating provided. The coating is, for example, a Metal coating, z. B. a chrome coating. The coating has the advantage that the oil wettability and the wear resistance can be improved.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zwischen der Welle und dem Laufrad eine Wärmedrosseleinrichtung vorgesehen werden, beispielsweise wenigstens ein Keramikteil. Dies hat den Vorteil, dass der Wärmeübergang zwischen Laufrad und Welle reduziert werden kann.According to one another embodiment can be provided between the shaft and the impeller, a heat-throttling device be, for example, at least one ceramic part. This has the Advantage that the heat transfer between impeller and shaft can be reduced.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the schematic figures the drawings specified embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Turboladerläufers gemäß der Erfindung; 1 a sectional view of a first embodiment of a turbocharger rotor according to the invention;

2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Turboladerläufers gemäß der Erfindung; 2 a sectional view of a second embodiment of a turbocharger rotor according to the invention;

3 eine Schnittansicht eines Turboladerläufers gemäß dem Stand der Technik; 3 a sectional view of a turbocharger rotor according to the prior art;

4 eine Schnittansicht eines weiteren Turboladerläufers gemäß dem Stand der Technik; 4 a sectional view of another turbocharger rotor according to the prior art;

5 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines Turboladerläufers gemäß der Erfindung; 5 a sectional view of a third embodiment of a turbocharger rotor according to the invention;

6 eine Prinzipdarstellung zur Herstellung des sog. Feedstocks bzw. Ausgangsmaterials; 6 a schematic diagram of the production of the so-called. Feedstock or starting material;

7 eine Prinzipdarstellung zur Herstellung eines Grünlings; 7 a schematic diagram for the production of a green body;

8 eine Prinzipdarstellung zur Herstellung eines Bläulings bzw. Braunlings; 8th a schematic diagram for the preparation of a blueing or browning;

9 eine Prinzipdarstellung des Sinterprozesses; 9 a schematic representation of the sintering process;

10 eine schematische Darstellung des sog. Hot Isostatic Pressing-Verfahrens (HIP) bzw. Heißisostatische-Pressverfahrens; 10 a schematic representation of the so-called. Hot Isostatic Pressing process (HIP) or hot isostatic pressing process;

11 eine Ausschnitt eines Gefüges eines Teils, welches mittels dem sog. Metal-Injection Molding (MIM) bzw. Metallpulverspritzgussverfahren hergestellt worden ist, 11 a section of a structure of a part, which has been produced by means of the so-called. Metal Injection Molding (MIM) or metal injection molding process,

12 ein Ausschnitt eines Gefüges eines Teils, welches mittels dem Feingussverfahren hergestellt worden ist. 12 a section of a structure of a part, which has been produced by the investment casting process.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures are the same or functionally identical elements and devices - if nothing else is stated - with the same reference numerals have been provided.

Gemäß der Erfindung wird ein Laufrad eines Turboladers, beispielsweise ein Turbinenrad oder ein Verdichterrad, und/oder eine Welle mittels des sog. Metal Injection Molding-Verfahrens (MIM) oder Metalpulver-Spritzgussverfahrens hergestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Ausgangsmaterial ein Gemisch aus einem Metallpulver und einem Kunststoff als Bindemittel verwendet. Das Gemisch wird in eine Laufradform, beispielsweise aus Stahl, eingespritzt. Der Kunststoff als Bindemittel kann dabei anschließend beispielsweise thermisch oder katalytisch mit einer Säure aus dem Spritzgussteil wieder entfernt werden. Das Metallpulver-Spritzgussverfahren (MIM) hat den Vorteil gegenüber dem zuvor in Bezug auf den Stand der Technik beschriebenen Gussverfahren, dass das Laufrad bzw. die Welle eine deutlich feinere Körnung aufweist und entsprechend eine kleiner Korngrößenverteilung.According to the invention becomes an impeller of a turbocharger, for example a turbine wheel or a compressor wheel, and / or a shaft by means of the so-called. Metal Injection molding process (MIM) or metal powder injection molding process produced. In the method according to the invention is used as starting material a mixture of a metal powder and a plastic as a binder used. The mixture is in an impeller shape, for example made of steel, injected. The plastic as a binder can thereby then, for example thermally or catalytically with an acid from the injection molded part be removed again. The metal powder injection molding process (MIM) has the advantage over the casting method previously described in relation to the prior art, that the impeller or the shaft has a much finer grain size and correspondingly a small particle size distribution.

Wahlweise kann das so hergestellt Laufrad und/oder die Welle in einem weiteren Verfahrensschritt mittels dem sog. Hot Isostatic Pressing-Verfahren (HIP) oder Heißisostatischem Pressverfahren nachbehandelt werden. Hierbei wird das Laufrad und/oder die Welle in einem Druckkessel positioniert. Dieser wird mit einem Schutzgas bespült und entsprechend aufgeheizt. Mit steigender Temperatur steigt auch der Druck in dem Druckkessel bis ein vorbestimmter Sollwert oder Sollbereich für den Druck und die entsprechende Temperatur erreicht ist. Bei diesem weiteren Verfahrensschritt mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) werden in dem Laufrad bzw. der Welle vorhandenen Poren geschlossen. Dies hat den Vorteil, dass wenn beispielsweise nur das Laufrad mittels MIM und HIP hergestellt wurde, dieses anschließend an der Welle des Turboladers beispielsweise mittels Elektronenstrahlschweißen befestigt werden kann, ohne dass dabei Mikrorisse entstehen können. Alternativ kann das Laufrad auch beispielsweise mittels Reibschweißen an der Welle befestigt werden oder einem anderen geeigneten Verfahren, um einen Rotor zu bilden. Die Welle kann, wie zuvor beschrieben ebenfalls mittels des Metalpulver-Spritzgussverfahrens (MIM) hergestellt werden und wahlweise zusätzlich mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt werden. Dabei können das Laufrad und die Welle unabhängig voneinander gefertigt werden als zwei separate Teile die anschließend miteinander verbunden werden. Alternativ können aber auch wenigstens ein oder beide Laufräder, d. h. das Verdichterrad und das Turbinenrad, mit der Welle zusammen einteilig mittels des Metalpulver-Spritzgussverfahrens (MIM) hergestellt werden und wahlweise zusätzlich mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt werden.Optional The impeller and / or the shaft can be made in another way Process step by means of the so-called. Hot Isostatic Pressing process (HIP) or hot isostatic Pressing treated. Here, the impeller and / or the shaft is positioned in a pressure vessel. This is with a protective gas flushed and heated up accordingly. As the temperature rises, too the pressure in the pressure vessel to a predetermined setpoint or Target range for the pressure and the corresponding temperature is reached. In this Further process step by means of hot isostatic pressing (HIP) are closed in the impeller or the shaft existing pores. This has the advantage that if, for example, only the impeller means MIM and HIP was made, this subsequently to the shaft of the turbocharger can be fixed for example by means of electron beam welding, without causing microcracks. Alternatively, the impeller also attached to the shaft, for example by means of friction welding or any other suitable method to a rotor form. The wave can, as previously described also by means of the metal powder injection molding (MIM) are manufactured and optionally additionally by means of hot isostatic Pressing (HIP) to be aftertreated. This can be the impeller and the shaft independently are made of each other as two separate parts which then together get connected. Alternatively you can but also at least one or both wheels, d. H. the compressor wheel and the turbine wheel, with the shaft together in one piece by means of Metal powder injection molding (MIM) are manufactured and optionally additionally by means of hot isostatic Pressing (HIP) to be aftertreated.

Im Folgenden wird anhand der 6 bis 9 zunächst das Metall Spritzgussverfahren bzw. Metal Injection Molding (MIM) zur Herstellung beispielsweise eines Laufrads eines Turboladers näher beschrieben. Statt nachfolgend dem Laufrad kann entsprechend die Welle und/oder eine Kombination aus wenigstens einem Laufrad und einer Welle hergestellt werden.The following is based on the 6 to 9 First, the metal injection molding process or metal injection molding (MIM) for producing, for example, an impeller of a turbocharger described in more detail. Instead of following the impeller can be prepared according to the shaft and / or a combination of at least one impeller and a shaft.

In 1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Turboladerläufers 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Der Turboladerläufer 1 weist dabei eine Welle 2 auf, wobei an einem Ende 3 der Welle 2 ein erstes Laufrad 11 als separates Bauteil befestigt ist, beispielsweise ein Turbinenrad. An dem anderen Ende 4 der Welle 2 kann entsprechend ein zweites Laufrad befestigt werden, beispielsweise ein Verdichterrad (nicht dargestellt).In 1 is a sectional view of an embodiment of a turbocharger rotor 1 represented according to the invention. The turbocharger rotor 1 has a wave 2 on, being at one end 3 the wave 2 a first impeller 11 is attached as a separate component, such as a turbine wheel. At the other end 4 the wave 2 can be attached according to a second impeller, for example, a compressor wheel (not shown).

Das erste Laufrad bzw. Turbinenrad 11 in 1 kann z. B. aus einer Nickelbasislegierung bestehen oder diese aufweisen. Des Weiteren kann die Welle 2 beispielsweise aus einem Vergütungsstahl hergestellt sein.The first impeller or turbine wheel 11 in 1 can z. B. consist of or have a nickel-based alloy. Furthermore, the wave 2 For example, be made of a tempered steel.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Laufrad 11 mittels des Metallpulver-Spritzgussverfahrens (MIM) hergestellt und kann wahlweise zusätzlich mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt werden. Ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für ein Laufrad 11 ist dabei im Nachfolgenden anhand der 5 bis 10 detaillierter beschrieben.In a first embodiment of the invention, the first impeller 11 by means of the metal powder spray casting process (MIM) and can optionally be further treated by means of hot isostatic pressing (HIP). An example of a manufacturing method for an impeller 11 is below in the basis of the 5 to 10 described in more detail.

Neben dem Laufrad 11 kann auch die Welle 2 als separates Teil ausgebildet sein und später mit dem Laufrad 11 verbunden werden, beispielsweise durch Sintern. Die Welle 2 kann dabei wie das Laufrad 11 ebenfalls mittels des Metallpulver-Spritzgussverfahrens (MIM) hergestellt und wahlweise zusätzlich mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt werden. Die Welle 2 kann dabei z. B. wie das Laufrad 22 mit Bezug auf die 5 bis 10 hergestellt werden. Grundsätzlich kann die Welle 2 auch auf herkömmliche Art hergestellt und mit einem Laufrad 11 verbunden werden, das mittels des Metallpulver-Spritzgussverfahrens (MIM) hergestellt und wahlweise zusätzlich mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt wird. Ebenso kann das Laufrad 11 auch herkömmlich als Feingussteil hergestellt sein und mit einer Welle 2 verbunden werden die mittels des Metallpulver-Spritzgussverfahrens (MIM) hergestellt und wahlweise zusätzlich mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt wird.Next to the wheel 11 can also do the wave 2 be formed as a separate part and later with the impeller 11 be connected, for example by sintering. The wave 2 can do it like the impeller 11 also produced by the metal powder injection molding process (MIM) and optionally additionally treated by means of hot isostatic pressing (HIP). The wave 2 can be z. B. as the impeller 22 with reference to the 5 to 10 getting produced. Basically, the wave 2 also manufactured in a conventional way and with an impeller 11 which is produced by means of the metal powder injection molding process (MIM) and optionally additionally treated by means of hot isostatic pressing (HIP). Likewise, the impeller can 11 also conventionally manufactured as a precision casting and with a shaft 2 which are produced by means of metal powder injection molding (MIM) and optionally additionally treated by means of hot isostatic pressing (HIP).

Die Verbindung der Welle 2 und des Laufrads 11 erfolgt beispielsweise durch ein nachträgliches Sintern oder ein anderes Verfahren, welches geeignet ist, das Laufrad 11 und die Welle 2 miteinander zu verbinden. Die Erfindung ist auf ein Verbinden von Laufrad 11 und Welle 2 mittels Sintern nicht beschränkt, es ist aber zu bevorzugen, da es Vorteile gegenüber den bisherigen Schweißverfahren aufweist. Ist beispielsweise das Laufrad mittels Metallpulverspritzgießens (MIM) hergestellt, so wird der Schritt des Sinterns des Laufrads beispielsweise erst dann ausgeführt, wenn das Laufrad mit der Welle verbunden wird bzw. um das Laufrad mit der Welle gleichzeitig zu verbinden. Die Welle kann dabei ebenfalls mittels Metallpulverspritzgießens (MIM) hergestellt sein oder beispielsweise aus Feinguss. Ist die Welle mittels Metallpulverspritzgießens (MIM) hergestellt, so wird auch hier der Schritt des Sinterns der Welle beispielsweise erst dann ausgeführt, wenn die Welle mit dem Laufrad verbunden wird bzw. um die Welle mit dem Laufrad zu verbinden. Wahlweise zusätzlich kann das jeweilige metallpulverspritzgegossene Teil, d. h. die Welle und/oder das Laufrad, durch heißisostatisches Pressen (HIP) nachbehandelt werden.The connection of the shaft 2 and the impeller 11 For example, by a subsequent sintering or another method which is suitable, the impeller 11 and the wave 2 to connect with each other. The invention is for connecting impeller 11 and wave 2 not limited by sintering, but it is preferable because it has advantages over the previous welding methods. For example, if the impeller is made by metal powder injection molding (MIM), the step of sintering the impeller is performed, for example, only when the impeller is connected to the shaft or to simultaneously connect the impeller to the shaft. The shaft can also be made by means of metal powder injection molding (MIM) or, for example, from investment casting. If the shaft is produced by means of metal powder injection molding (MIM), then the step of sintering the shaft is carried out, for example, only when the shaft is connected to the impeller or to connect the shaft with the impeller. Optionally, in addition, the respective metal powder injection-molded part, ie the shaft and / or the impeller can be aftertreated by hot isostatic pressing (HIP).

Grundsätzlich kann die Welle 2 mit dem Laufrad 11 auch beispielsweise mittels Reibschweißen oder Elektronenstrahlschweißen verbunden werden, um nur zwei Beispielen für ein Verfahren zum Verbinden von Welle und Laufrad zu nennen.Basically, the wave 2 with the wheel 11 Also, for example, be joined by means of friction welding or electron beam welding, to name just two examples of a method for connecting shaft and impeller.

Wie in 2 gezeigt ist, können die Welle 2 und ein oder beide Laufräder 11, d. h. das Turbinerad 11 und das Verdichterrad, des Läufers 1 alternativ auch miteinander einteilig bzw. einstückig ausgebildet werden, statt als zwei separate Teile verbunden zu werden, wie in 1.As in 2 Shown can be the shaft 2 and one or both wheels 11 ie the turbine wheel 11 and the compressor wheel, the rotor 1 Alternatively, be formed integrally with each other or one piece, instead of being connected as two separate parts, as in 1 ,

Dabei können die Welle 2 und wenigstens ein Laufrad 11 mittels des Metallpulver-Spritzgussverfahrens (MIM) hergestellt werden. Hierzu wird beispielsweise eine gemeinsame Form bereitgestellt, welche das Turbinelaufrad 11 und die Welle 2 bildet und in welche das Ausgangsmaterial für die Welle 2 und das Laufrad 11, über eine Spritzgussmaschine eingespritzt wird. Das Ausgangsmaterial ist dabei ein Gemisch aus einem Metallpulver und einem Bindemittel, wie im Nachfolgenden noch detaillierter anhand des Beispiels für das Herstellen eines Laufrads 11 in den 5 bis 10 beschrieben wird. Dabei kann grundsätzlich für die Welle 2 und das Laufrad 11 das gleiche Ausgangsmaterial verwendet werden oder jeweils unterschiedliche Ausgangsmaterialien. Werden unterschiedliche Ausgangsmaterialien für das Laufrad und die Welle verwendet, so kann in der gemeinsamen Form zwischen Laufrad und Welle wahlweise zusätzlich ein Trennelement (nicht dargestellt) angeordnet werden. Das Trennelement ist dabei ein optionales Merkmal und kann auch weggelassen werden. Das Trennelement trennt den Bereich des Laufrads mit dem Laufrad-Ausgangsmaterial von dem Bereich der Welle mit dem Wellen-Ausgangsmaterial. Das Trennelement ist dabei als Grünling ausgebildet und kann jede beliebige Form aufweisen. Es kann den Bereich zwischen Welle und Laufrad vollständig oder teilweise trennen und z. B. als ebene Platte ausgebildet sein, und wahlweise zusätzlich beispielsweise wenigstens einen Vorsprung und/oder eine Vertiefung aufweisen, wobei der Vorsprung und/oder die Vertiefung zusätzlich z. B. mit einer Hinterschneidung versehen werden kann.This can be the wave 2 and at least one impeller 11 produced by the metal powder injection molding process (MIM). For this purpose, for example, a common shape is provided, which is the turbine impeller 11 and the wave 2 forms and in which the starting material for the shaft 2 and the impeller 11 , is injected via an injection molding machine. The starting material is a mixture of a metal powder and a binder, as will be described in more detail below with reference to the example for producing an impeller 11 in the 5 to 10 is described. It is basically possible for the shaft 2 and the impeller 11 the same starting material can be used or different starting materials. If different starting materials for the impeller and the shaft is used, then in the common form between the impeller and shaft optionally additionally a separating element (not shown) can be arranged. The separating element is an optional feature and can also be omitted. The separator separates the area of the impeller with the impeller starting material from the area of the shaft with the wave source material. The separating element is designed as a green body and may have any desired shape. It can completely or partially separate the area between the shaft and impeller and z. B. be formed as a flat plate, and optionally additionally, for example, at least one projection and / or recess, wherein the projection and / or the recess in addition z. B. can be provided with an undercut.

Später wird der Turboladerläufer 1 aus der Form wieder entformt und einem Entbinderungsprozess unterzogen. Im Anschluss an den Entbinderungsprozess kann wahlweise zusätzlich ein Sintern des Turboladerläufers 1 erfolgen. Des Weiteren kann der Turboladerläufer 1 zusätzlich mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt werden.Later, the turbocharger rotor 1 demolded from the mold and subjected to a binder removal process. Subsequent to the debindering process, sintering of the turbocharger rotor can optionally additionally take place 1 respectively. Furthermore, the turbocharger rotor 1 additionally treated by means of hot isostatic pressing (HIP).

Sowohl das Metallpulver-Spritzgussverfahren (MIM), wie das Sintern und das Heißisostatische Pressen (HIP) werden im Folgenden anhand eines Herstellungsbeispiels eines Laufrads 11 nochmals im Detail beschrieben, so dass auf eine entsprechend detaillierte Beschreibung hierzu mit Bezug auf die 1 bis 5 verzichtet wird, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.Both metal powder injection molding (MIM), sintering and hot isostatic pressing (HIP) will be described below with reference to an example of an impeller 11 again in detail be so that a correspondingly detailed description of this with respect to the 1 to 5 is omitted to avoid unnecessary repetition.

Im Anschluss an das Metallpulverspritzgießen (MIM) oder das Heißisostatische Pressen (HIP), können die Oberfläche wenigstens einer oder aller Lagerstellen auf dem Turboladerläufer 1 oder der Welle 2 wahlweise zusätzlich nachbearbeitet werden, beispielsweise um eine bessere Ölbenetzbarkeit und/oder Verschleißfestigkeit zu erhalten. Die jeweilige Lagerstelle auf der Welle 2 kann dabei beschichtet werden, beispielsweise verchromt werden oder mit einer anderen geeigneten Beschichtung versehen werden aus Metall bzw. einer Metalllegierung und/oder einem anderen geeigneten Material. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung.Following metal powder injection molding (MIM) or hot isostatic pressing (HIP), the surface of at least one or all of the bearing locations on the turbocharger rotor may 1 or the wave 2 optionally additionally post-processed, for example, to obtain a better oil wettability and / or wear resistance. The respective bearing point on the shaft 2 can be coated, for example, be chrome-plated or provided with another suitable coating of metal or a metal alloy and / or other suitable material. This applies to all embodiments of the invention.

In 3 ist weiter eine Schnittansicht eines Turboladerläufers 1 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Bei einem solchen Turboladerläufer 1 wird das Laufrad 11 als Feingussteil hergestellt, wie zuvor mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben wurde. Dann wird ein Anschlussabschnitt 5 zum Befestigen des Laufrads 11 an der Welle 2 entsprechend bearbeitet, um das Laufrad 11 mit dem Anschlussabschnitt 5 in einer Aufnahme 6 der Welle 2 aufzunehmen. Das Laufrad 11 wird dabei mit seinem Anschlussabschnitt 5 in 3 mittels Reibschweißen an der Welle 2 befestigt.In 3 is further a sectional view of a turbocharger rotor 1 shown in the prior art. In such a turbocharger rotor 1 becomes the wheel 11 manufactured as a precision casting, as previously described with reference to the prior art. Then a connection section 5 for attaching the impeller 11 on the shaft 2 machined accordingly to the impeller 11 with the connection section 5 in a recording 6 the wave 2 take. The impeller 11 is doing with its connection section 5 in 3 using friction welding on the shaft 2 attached.

4 stellt eine Schnittansicht eines weiteren Turboladerläufers 1 gemäß dem Stand der Technik dar. Das Laufrad 11 des Turboladerläufers 1 ist dabei ebenfalls als Feingussteil hergestellt und wird mittels Elektronenstrahlschweißen an der Welle 2 befestigt. Hierbei wird ebenfalls jeweils der Anschlussabschnitt des Laufrads 11 und der Welle 2 bearbeitet und anschließend das Laufrad 11 mit der Welle 2 an ihren Anschlussabschnitten mittels Elektronenstrahlschweißen miteinander verschweißt. 4 shows a sectional view of another turbocharger rotor 1 according to the prior art. The impeller 11 of the turbocharger rotor 1 is also manufactured as a precision casting and is by means of electron beam welding to the shaft 2 attached. In this case, too, in each case, the connection portion of the impeller 11 and the wave 2 edited and then the impeller 11 with the wave 2 welded at their connection sections by means of electron beam welding.

5 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Turboladerläufers 1 gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform weist der Turboladerläufer 1 z. B. wenigstens ein separates Laufrad 11 und eine Welle 2 auf, an welcher das Laufrad 11 befestigt ist. Das Laufrad 11 und/oder die Welle 2 sind hierbei, wie zuvor mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, mittels des Metallpulver-Spritzgussverfahrens (MIM) hergestellt und wahlweise zusätzlich mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt. Dabei weist der Turboladerläufer 1 zwischen dem Laufrad 11 und der Welle 2 wenigstens eine Wärmedrosseleinrichtung 7 auf. Die Wärmedrosseleinrichtung 7 reduziert dabei den Wärmeübergang zwischen dem Laufrad 11 und der Welle 2 und somit zu den Lagerstellen. Dabei kann eine Wärmedrosseleinrichtung 7 zwischen wenigstens einem Laufrad 11, d. h. dem Turbinenlaufrad oder dem Verdichterlaufrad, und der Welle 2 vorgesehen werden. Die Wärmedrosseleinrichtung 7 besteht dabei beispielsweise aus Keramik oder aus einem anderen geeigneten Material oder Materialkombination. 5 shows a sectional view of a second embodiment of a turbocharger rotor 1 according to the invention. In this embodiment, the turbocharger rotor 1 z. B. at least one separate impeller 11 and a wave 2 on, on which the impeller 11 is attached. The impeller 11 and / or the wave 2 are here, as before with reference to 1 was produced by means of metal powder injection molding (MIM) and optionally additionally treated by means of hot isostatic pressing (HIP). In this case, the turbocharger rotor 1 between the impeller 11 and the wave 2 at least one heat-throttling device 7 on. The heat-throttling device 7 reduces the heat transfer between the impeller 11 and the wave 2 and thus to the bearings. In this case, a heat-throttling device 7 between at least one impeller 11 ie the turbine runner or compressor runner, and the shaft 2 be provided. The heat-throttling device 7 consists for example of ceramic or other suitable material or combination of materials.

Bei der Herstellung des Laufrads 11 und der Welle 2 als ein Teil oder als zwei separate Teile, wobei ein oder beide Teile dabei mittels des Metallpulver-Spritzgussverfahrens (MIM) hergestellt und wahlweise zusätzlich mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt sind, kann die Wärmedrosseleinrichtung 7 dabei z. B. beim Metallpulver-Spritzgussverfahren eingebracht werden. Genauer gesagt, kann die Wärmedrosseleinrichtung 7 mit dem Laufrad 11 und der Welle 2 zusammen verspritzt werden im Metallpulver-Spritzgussverfahren und so ein einstückiger Turboladerläufer 1 mit Wärmedrosseleinrichtung 7 ausgebildet werden.In the production of the impeller 11 and the wave 2 as a part or as two separate parts, wherein one or both parts are produced by means of the metal powder injection molding (MIM) and optionally additionally treated by means of hot isostatic pressing (HIP), the heat-throttling device 7 while z. B. are introduced in the metal powder injection molding process. More specifically, the heat-throttling device 7 with the wheel 11 and the wave 2 be sprayed together in the metal powder injection molding process and so a one-piece turbocharger rotor 1 with heat-throttling device 7 be formed.

Des Weiteren kann die Wärmedrosseleinrichtung 7 teilweise oder vollständig in das Laufrad 11 oder die Welle 2 eingespitzt werden, wenn das Laufrad 11 oder die Welle 2 als separates Teil mittels dem Metallpulver-Spritzgussverfahren hergestellt wird. Wird die Wärmedrosseleinrichtung 7, wie in dem Beispiel in 5 gezeigt ist, z. B. nur teilweise in das Laufrad 11 eingespritzt beim Metallpulver-Spritzgießen, so wird an der Welle 2 eine entsprechende Aufnahme 8 vorgesehen, in welcher der aus dem Laufrad 11 herausragende Abschnitt der Wärmedrosseleinrichtung 7 aufgenommen werden kann. Anschließend werden die Welle 2 und das Laufrad 11 aneinander befestigt, vorzugsweise mittels Sintern.Furthermore, the heat-throttling device 7 partially or completely in the impeller 11 or the wave 2 be sharpened when the impeller 11 or the wave 2 is manufactured as a separate part by the metal powder injection molding process. Will the heat-throttling device 7 as in the example in 5 is shown, for. B. only partially in the wheel 11 injected at the metal powder injection molding, so will the shaft 2 a corresponding recording 8th provided in which of the impeller 11 outstanding section of the heat-throttling device 7 can be included. Subsequently, the wave 2 and the impeller 11 attached to each other, preferably by sintering.

Das Verbinden von Welle 2 und Laufrad 11 mittels Sintern, wie zuvor beschrieben wurde, insbesondere anhand der 1 und 5, hat den Vorteil, dass die aufwändigere Schweißtechnik, wie in den 3 und 4 dargestellt ist, entfallen kann. Die Verbindung erfolgt indem bei der Herstellung des Laufrads 11, z. B. des Turbinenrads, bereits notwendigen Sintern. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine Schweißfehler durch den Wegfall des Schweißprozesses auftreten können, wie Risse, Poren, Bindefehler usw. Hinzukommt die Energieeinsparung und der Wegfall der aufwendigen Wartung der Schweißanlagen und Vorrichtungen. Des Weiteren entfällt die mechanische Bearbeitung des Schweißanschlusses bzw. des jeweiligen Anschlussabschnitts, wie er in den 3 und 4 gezeigt ist.Connecting shaft 2 and impeller 11 by sintering, as described above, in particular with reference to 1 and 5 , has the advantage that the more elaborate welding technology, as in the 3 and 4 is shown, can be omitted. The connection is made by in the manufacture of the impeller 11 , z. As the turbine wheel, already necessary sintering. Another advantage is that no welding defects can occur due to the omission of the welding process, such as cracks, pores, binding defects, etc. Added to this is the energy saving and the elimination of the costly maintenance of the welding equipment and devices. Furthermore, the mechanical processing of the welding connection or the respective connection section, as it is in the 3 and 4 is shown.

In 6 ist das Prinzip der Herstellung des sog. Feedstocks bzw. Ausgangsmaterials 10 für das Metallpulver-Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Turbolader-Laufrads gezeigt. Die Darstellung in 6 ist dabei stark vereinfacht und rein schematisch. Dies gilt entsprechend für die nachfolgenden 6 bis 11.In 6 is the principle of the production of the so-called feedstock or starting material 10 for the metal powder injection molding process for making a turbocharger impeller. The representation in 6 is greatly simplified and purely schematic. This applies accordingly for the following 6 to 11 ,

Bei dem Ausgangsmaterial 10 für das Laufrad wird ein Metallpulver 12 oder eine Kombination aus zwei oder mehr Metallpulvern mit einem Bindemittel 14 oder eine Kombination aus zwei und mehr Bindemitteln gemischt. Das Bindemittel 14 besteht hierbei beispielsweise aus Kunststoff oder weist dieses auf und wird später wieder entfernt.For the starting material 10 for the impeller is a metal powder 12 or a combination of two or more metal powders with a binder 14 or a combination of two or more binders mixed. The binder 14 consists here, for example, of plastic or has this on and will be removed later.

Bei der Herstellung von Metallpulverspritzgießmassen 10 werden verschiedene Bindemittel 14 bzw. Bindersysteme verwendet. Durch die Verwendung eines entsprechenden Bindemittels 14 bzw. Bindersystems soll erreicht werden das Metallpulver 12 für die entsprechende Spritzgießmaschine zu homogenisieren. Ziel der Aufbereitung ist die Ummantelung der Pulverpartikel mit dem Bindemittel 14 bzw. Bindersystem, die Zerstörung von Agglomeraten und die Herstellung eines homogenen bzw. im Wesentlichen homogenen Granulats bzw. ”Feedstocks” 10. Als Ausgangsmaterialien 10 für das Spritzgießen von Metallpulvern können alle marktüblichen, sinterfähigen Pulver mit geeigneter Korngröße eingesetzt werden. Bei Metallpulvern 12 werden Metalle sowie Metalllegierungen verwendet. Bei der Herstellung von Laufrädern eines Turboladers, insbesondere Turbinenräder, werden beispielsweise Metalle bzw. Metalllegierungen als Metallpulver eingesetzt. Beispielsweise werden Turbinenräder von Turboladern aus Inco 713C, MAR M-246, IN-100, GMR 235 und/oder einer Nickelbasislegierung hergestellt und entsprechende Metallpulver hierfür verwendet. Die Erfindung ist aber auf die genannten Materialien für Turbinenräder nicht beschränkt. Es kann auch jedes andere Metall bzw. Metalllegierung verwendet werden. Bei einem Verdichterrad kann dieses aus demselben Material wie das Turbinenrad hergestellt werden oder aus einem anderen geeigneten Material bzw. Metall oder Metalllegierung was sich für den Einsatz bei einem Verdichter des Turboladers eignet.In the production of metal powder injection molding compounds 10 be different binders 14 or binder systems used. By using a suitable binder 14 or binder system is to be achieved, the metal powder 12 to homogenize for the corresponding injection molding machine. The aim of the treatment is the sheathing of the powder particles with the binder 14 or binder system, the destruction of agglomerates and the production of a homogeneous or substantially homogeneous granulate or "feedstock" 10 , As starting materials 10 For the injection molding of metal powders, it is possible to use all commercially customary, sinterable powders of suitable particle size. For metal powders 12 Metals and metal alloys are used. In the production of impellers of a turbocharger, in particular turbine wheels, for example, metals or metal alloys are used as metal powder. For example, turbine wheels are made from Inco 713C, MAR M-246, IN-100, GMR 235 turbochargers and / or a nickel-based alloy, and appropriate metal powders are used therefor. The invention is not limited to the materials mentioned for turbine wheels. Any other metal or metal alloy can also be used. In a compressor wheel, this may be made of the same material as the turbine wheel or of another suitable material or metal or metal alloy which is suitable for use in a compressor of the turbocharger.

Eine Art von Bindemittel 14 bzw. Bindersystem basiert beispielsweise auf Polyolefin-Wachsmischungen. Durch langsames Erwärmen wird das Wachs aus dem Grünling ausgeschmolzen, wobei als Grünlinge die Bauteile im Anschluss an den Spritzguss bezeichnet werden. Dieser Vorgang wird als Entbinderung und das dann vorliegende Formteil als Braunling oder auch Bläuling bezeichnet.A kind of binder 14 or binder system is based for example on polyolefin wax mixtures. By slow heating, the wax is melted out of the green body, where as green compacts the components are referred to after injection molding. This process is referred to as debindering and then present molding as Braunling or blue.

Eine weitere Art von Bindemittel 14 bzw. Bindersystem betreffen teillösliche Systeme. Hier kann ein Teil des Bindemittels z. B. in organischen Lösungsmitteln herausgelöst werden. Dabei werden beispielsweise Polyalkohole oder Polyvinylalkohole verwendet, welche wasserlöslich und biologisch abbaubar sind.Another type of binder 14 or binder system concern partially soluble systems. Here is a part of the binder z. B. are dissolved out in organic solvents. In this case, for example, polyalcohols or polyvinyl alcohols are used which are water-soluble and biodegradable.

Neben den zuvor genannten Bindemitteln 14 gibt es auch Bindemittel bzw. Bindersysteme, die auf dem katalytischen Abbau beispielsweise von Polyoxymethylen (POM) durch Säuren beruhen. Die Polymerketten werden z. B. von den Enden her depolymerisiert und zu Formaldehyd abgebaut. Es handelt sich um einen fest-gasförmig-Phasenübergang. Der Vorgang erfolgt dabei von außen nach innen, was eine beschädigungsfreie Entbinderung gewährleistet.In addition to the aforementioned binders 14 There are also binders or binder systems based on the catalytic degradation of, for example, polyoxymethylene (POM) by acids. The polymer chains are z. B. depolymerized from the ends and degraded to formaldehyde. It is a solid-gaseous phase transition. The process takes place from the outside in, which ensures a damage-free debindering.

Die zuvor genannten Bindemittel 14 stellen lediglich einige Beispiele dar für Arten von Bindemitteln 14 bzw. Bindersystemen, die bei der Herstellung eines Laufrads eines Turboladers mittels Metallpulverspritzgießen eingesetzt werden können. Die Erfindung ist auf diese Beispiele nicht beschränkt. Grundsätzlich kann jede Art von Bindemittel 14 bzw. Bindersystem eingesetzt werden, das geeignet ist mit dem entsprechenden Metallpulver 12 oder Metallpulvern ein Ausgangsmaterial bzw. ein sog. Feedstock 10 für das Metallpulverspritzgießen des Laufrads des Turboladers zu bilden.The aforementioned binders 14 are just a few examples of types of binders 14 Binder systems that can be used in the manufacture of a rotor of a turbocharger by means of metal powder injection molding. The invention is not limited to these examples. Basically any type of binder can be used 14 or binder system can be used, which is suitable with the corresponding metal powder 12 or metal powders, a starting material or a so-called feedstock 10 for metal powder injection molding of the impeller of the turbocharger.

In 7 ist des Weiteren eine Prinzipdarstellung gezeigt zur Herstellung eines Grünlings 16. Wie zuvor beschrieben, wird als Grünling 16 das Bauteil im Anschluss an den Spritzguss bezeichnet.In 7 Furthermore, a schematic representation is shown for the production of a green body 16 , As described above, is used as a green 16 designates the component following injection molding.

Wie in 7 dargestellt ist, wird das Ausgangsmaterial 10, d. h. das Gemisch aus dem Metallpulver 12 und dem Bindemittel 14, über eine Spritzgussmaschine 18 in eine entsprechende Form 20 für das Laufrad des Turboladers eingespritzt. Beim Metallpulverspritzgießen wird das Ausgangsmaterial dabei beispielsweise in temperierte Formen 20, beispielsweise mittels Wasser oder Öl flüssigkeitstemperierte Formen, eingespritzt. Eine solche Form 20 ist dabei z. B. aus Stahl. Die Erfindung ist aber auf solche temperierten Formen nicht beschränkt. Es kann jede Form eingesetzt werden, die zum Metallpulverspritzgießen von Turbolader-Laufrädern geeignet ist.As in 7 is shown, the starting material 10 ie the mixture of the metal powder 12 and the binder 14 , via an injection molding machine 18 in a corresponding form 20 injected for the impeller of the turbocharger. In metal powder injection molding, for example, the starting material is in tempered forms 20 , for example, by means of water or oil liquid-tempered forms, injected. Such a form 20 is z. B. steel. The invention is not limited to such tempered forms. Any shape suitable for metal powder injection molding of turbocharger impellers may be used.

Im vorliegenden Beispiel in 7 ist ein Teil der Spritzgussmaschine 18 und der Form 20 für das Laufrad in einer Schnittansicht dargestellt. Nach dem Spritzgussprozess wird 20 das Laufrad 11 bzw. der sog. Grünling 16 aus der Form 20 entformt.In this example in 7 is part of the injection molding machine 18 and the shape 20 for the impeller shown in a sectional view. After the injection molding process 20 becomes the impeller 11 or the so-called Greenfinch 16 out of form 20 removed from the mold.

Weiter ist in 8 eine Prinzipdarstellung gezeigt zur Herstellung eines Bläulings 22. Häufig wird statt dem Begriff Bläuling auch Braunling verwendet. Dabei wird zur Herstellung des Bläulings 22 das Laufradrohteil bzw. der Grünling 16 im Anschluss an das Spitzgießen und Entformen einem Entbinderungsprozess unterzogen. In dem Entbinderungsprozess wird das Bindemittel 14bzw. das Bindersystem aus dem Grünling 16 entfernt, um den Bläuling 22 zu bilden.Next is in 8th a schematic diagram shown to produce a Bläulings 22 , Often, instead of the term Bläuling also Braunling is used. It is used to produce the Bläulings 22 the Laufradrohteil or the green compact 16 subjected to a debinding process following the injection molding and demolding. In the debinding process, the binder becomes 14 or the binder system from the green body 16 removed to the blue 22 to build.

Wie zuvor beschrieben gibt es unterschiedliche Arten von Bindemitteln 14 bzw. unterschiedliche Bindersysteme. Diese unterschiedlichen Bindemittel 14 benötigen ebenso unterschiedliche Entbinderungsprozesse. Man spricht hier von der thermischen, katalytischen oder Lösungsmittel-Entbinderung bzw. Extraktionsentbinderung (z. B. mit Wasser oder Aceton). Nach der Entbinderung erhält man den sog. „Bläuling” 22 bzw. ”Braunling”.As described above, there are different types of binders 14 or different binder systems. These different binders 14 also require different debindering processes. This is referred to as thermal, catalytic or solvent debinding or extraction debinding (for example with water or acetone). After debindering you get the so-called "Bläuling" 22 or "Braunling".

In 8 ist einmal schematisch die thermische Entbinderung des Laufradrohteils bzw. Grünlings 16 gezeigt und einmal die sog. katalytische oder Lösungsmittel-Entbinderung bzw. flüssige Entbinderung.In 8th is once schematically the thermal debinding of Laufradrohteils or green 16 shown and once the so-called. Catalytic or solvent debinding or liquid debinding.

Bei der thermischen Entbinderung wird das Laufrad 11 bzw. das Laufradrohteil 16 bzw. der Grünling 16 einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der das Bindemittel durch Erwärmen des Grünlings 16 aus diesem entfernt wird. Am Ende der thermischen Entbinderung wird der sog. Braunling bzw. der sog. Bläuling 22 erhalten. Genauer gesagt wird bei dem thermischen Entbindern der Grünling 16 in einem Ofen 24 abgelegt und der Ofen 24 wird definiert erhitzt. Dadurch zersetzt sich beispielsweise das organische Bindemittel 14 des Grünlings 16 und das endbinderte Laufrad 11 bzw. der Bläuling 22 wird erhalten. Nach Beendigung des Endbinderungsprozesses folgt der darauf folgende Schritt des Sinterns. Der Sinterprozess wird im Folgenden in Bezug auf 9 näher beschrieben. Wie in 8 gezeigt, ist aus dem Gefüge 45 des Grünlings 16 während des Entbinderns das Bindemittel entfernt.During thermal debindering, the impeller becomes 11 or the Laufradrohteil 16 or the green body 16 subjected to a heat treatment, wherein the binder by heating the green body 16 is removed from this. At the end of the thermal debindering is the so-called. Braunling or the so-called. Bläuling 22 receive. More specifically, in thermal debinding, the green compact is used 16 in an oven 24 filed and the oven 24 is heated in a defined way. As a result, for example, decomposes the organic binder 14 of the green body 16 and the end-wound impeller 11 or the blue 22 will be received. After completion of the final bonding process, the subsequent step of sintering follows. The sintering process is described below with reference to 9 described in more detail. As in 8th shown is out of the fabric 45 of the green body 16 removes the binder during debinding.

Bei der flüssigen Entbinderung wird das Laufradrohteil bzw. der Grünling 16 beispielsweise in ein Lösemittelbad 26 gegeben, wobei das Lösemittel das Bindemittel 14 aus dem Grünling 16 herauslöst. Am Ende der flüssigen Entbinderung wird ebenfalls der sog. Braunling bzw. Bläuling 22 bzw. das endbinderte Laufrad 11 erhalten.In the case of liquid debindering, the runner blank or green compact becomes 16 for example, in a solvent bath 26 given, wherein the solvent is the binder 14 from the green 16 dissolves. At the end of the liquid debindering is also the so-called. Braunling or Bläuling 22 or the end-wound impeller 11 receive.

In 9 ist des Weiteren eine Prinzipdarstellung des Sinterprozesses des Laufrads 11 gezeigt. Nach der Entbinderung werden die Braunlinge bzw. Bläulinge 22 einem weiteren thermischen Prozess unterzogen, welcher als Sintern bezeichnet wird. Wie in 9 gezeigt ist, wird das Laufrad 11 bzw. der Bläuling 22 in einem entsprechenden Ofen 28 auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt und im Anschluss an eine vorbestimmte Verweildauer bei Sintertemperatur abgekühlt.In 9 is further a schematic diagram of the sintering process of the impeller 11 shown. After debindering, the brownlings or blue-eyes become 22 subjected to another thermal process, which is referred to as sintering. As in 9 shown is the impeller 11 or the blue 22 in a suitable oven 28 heated to a predetermined temperature and cooled at a sintering temperature after a predetermined residence time.

Beim Sintern werden über ein Wärmebehandlungsverfahren lose gebundene Pulveransammlungen in einen festen Verbund überführt. Die allgemeine Form des Sinterprozesses besteht aus einer nicht-isothermen Aufheizphase und einer anschließenden isothermen Verweildauer bei Sintertemperatur. Anschließend wird das mehr oder weniger dicht gesinterte Bauteil kontrolliert bei langsamer Abkühlrate auf Raumtemperatur gebracht. Für Wärmebehandlungseffekte kann es dabei auch sinnvoll sein das Bauteil schnell oder schneller Abkühlen zu lassen.At the Sintering will be over a heat treatment process loosely bound powder accumulations are converted into a solid composite. The general form of the sintering process consists of a non-isothermal heating phase and a subsequent one isothermal residence time at sintering temperature. Subsequently, the more or less densely sintered component controlled at slower cooling brought to room temperature. For Heat treatment effects It can also make sense the component faster or faster cooling down allow.

Der Schritt des Sinterns kann nun gemäß der Erfindung dazu genutzt werden, das Laufrad 11 gleichzeitig mit einer Turboladerwelle zu verbinden. In diesem Fall werden das Laufrad 11 und die Turboladerwelle miteinander verbunden und gemeinsam gesintert. Dabei wird das Laufrad auf die Welle gesteckt und anschließend beide gesintert. Die Turboladerwelle kann dabei ebenfalls als separates Teil beispielsweise mittels Metallpulverspritzgießen oder z. B. als Feinguss hergestellt und beim Schritt des Sinterns des Laufrads mit dem Laufrad gleichzeitig verbunden werden. Grundsätzlich können ein oder beide Laufräder auch mit der Turboladerwelle einstückig ausgebildet werden, beispielsweise mittels Metallpulverspritzgießens und dabei einem gemeinsamen Sintern unterzogen werden.The step of sintering can now be used according to the invention, the impeller 11 to connect simultaneously with a turbocharger shaft. In this case, the impeller 11 and the turbocharger shaft connected together and sintered together. The impeller is then placed on the shaft and then both sintered. The turbocharger shaft can also be used as a separate part, for example by means of metal powder injection molding or z. B. manufactured as investment casting and connected simultaneously in the step of sintering the impeller with the impeller. In principle, one or both wheels can also be integrally formed with the turbocharger shaft, for example by means of metal powder injection molding and thereby subjected to a common sintering.

Im Anschluss an das Metallpulverspritzgießen (MIM) kann das Laufrad 11 des Turboladers einer weiteren Behandlung mittels Heißisostatischem Pressen (HIP) unterzogen werden.Following the metal powder injection molding (MIM), the impeller 11 Turbocharger be subjected to a further treatment by means of hot isostatic pressing (HIP).

In 10 ist eine schematische Darstellung des sog. Hot Isostatic Pressing-Verfahrens (HIP) bzw. Heißisostatische-Pressverfahrens gezeigt.In 10 is a schematic representation of the so-called. Hot Isostatic Pressing (HIP) or hot isostatic pressing method shown.

Dabei ist in 10 rein schematisch und stark vereinfacht eine Druckbehältereinrichtung 30 in einer Teilschnittansicht gezeigt. Die Druckbehältereinrichtung 30 weist dabei eine Druckkesseleinrichtung 32 auf und eine Bestückungseinrichtung 33 bzw. einen Bestückungscontainer 33 zum Aufnehmen eines oder mehrerer zu behandelnder Bauteile, hier Turbolader-Laufräder 11. Die Turbolader-Laufräder 11 bestehen dabei beispielsweise aus dem Werkstoff Inco 713C.It is in 10 purely schematically and greatly simplifies a pressure vessel device 30 shown in a partial sectional view. The pressure vessel device 30 has a pressure vessel device 32 on and a placement device 33 or a loading container 33 for receiving one or more components to be treated, here turbocharger wheels 11 , The turbocharger wheels 11 consist for example of the material Inco 713C.

Des Weiteren ist eine Heizeinrichtung 34, hier eine Ofeneinrichtung, vorgesehen zum späteren Aufheizen der Druckkesseleinrichtung 32 mit dem Laufrad 11. Die Druckbehältereinrichtung 32 weist dabei einen Verschlussdeckel 47 auf zum Verschließen der Druckbehältereinrichtung 32 nach dem Bestücken mit dem zu behandelnden Laufrad 11. Des Weiteren weist die Druckkesseleinrichtung 32 ein Hitzeschild 49 auf.Furthermore, a heating device 34 , Here a furnace device, provided for later heating of the pressure vessel device 32 with the wheel 11 , The pressure vessel device 32 has a closure lid 47 to close the pressure vessel device 32 after loading with the impeller to be treated 11 , Furthermore, the pressure vessel device 32 a heat shield 49 on.

Die Druckbehältereinrichtung 30 ist des Weiteren mit einer Gaszuführungseinrichtung 36 verbunden über die Schutzgas der Druckbehältereinrichtung zugeführt werden kann. Des Weiteren ist ein Kompressor 38 und eine Filtereinrichtung 40 vorgesehen, wobei der Kompressor 38 die Druckkesseleinrichtung 32 bzw. die Druckkammer mit Schutzgas spült und befüllt. Die Filtereinrichtung 40 reinigt wiederum das einströmende Schutzgas. Am Außenumfang der Druckbehältereinrichtung 30 ist des Weiteren ein Kühlmantel 42 vorgesehen, in dem Kühlwasser aus einer angeschlossenen Kühlwassertankeinrichtung 44 zirkuliert.The pressure vessel device 30 is further provided with a gas supply device 36 connected via the protective gas of the pressure vessel device can be supplied. Furthermore, a compressor 38 and a filter device 40 provided, the compressor 38 the pressure vessel device 32 or the pressure chamber is flushed with protective gas and filled. The filter device 40 in turn cleans the incoming protective gas. On the outer circumference of the pressure vessel device 30 is also a cooling jacket 42 provided in the cooling water from a connected Kühlwassertankeinrichtung 44 circulated.

Zum heißisostatischen Pressen (HIP) des Laufrads 11 des Turboladers z. B. aus dem Werkstoff Inco 713C wird dieses zunächst in der Druckkesseleinrichtung 32 aufgenommen bzw. in dem Bestückungscontainer 33. Anschließend wird die Druckkesseleinrichtung 32 mit Schutzgas, beispielsweise Argon, über die Gaszuführungseinrichtung 36 und den Kompressor 38gespült und befüllt. Dann wird die Druckkesseleinrichtung 32 über die Heizeinrichtung 34 z. B. auf eine vorbestimmte Temperatur hochgeheizt, wodurch ein sehr hoher Druck in dem Inneren der Druckkesseleinrichtung 32 entsteht. Bei einer hohen Temperatur von beispielsweise bis zu 1200°C oder höher und einem entsprechend hohen Druck von beispielsweise bis zu 1030 bar oder höher werden die Poren in dem Laufrad 11 aus Inco 713C zusammengedrückt. Das Laufrad 11 wird hierbei beispielsweise für bis zu 4 Stunden oder länger in der Druckbehältereinrichtung 34 bei einer vorbestimmten Temperatur bzw. einem vorbestimmten Druck gehalten.For hot isostatic pressing (HIP) of the impeller 11 the turbocharger z. B. from the material Inco 713C this is first in the pressure vessel device 32 recorded or in the placement container 33 , Subsequently, the pressure vessel device 32 with protective gas, for example argon, via the gas supply device 36 and the compressor 38 rinsed and filled. Then the pressure vessel device 32 over the heater 34 z. B. heated to a predetermined temperature, whereby a very high pressure in the interior of the pressure vessel device 32 arises. At a high temperature of, for example, up to 1200 ° C or higher and a correspondingly high pressure of, for example, up to 1030 bar or higher, the pores in the impeller become 11 compressed from Inco 713C. The impeller 11 This is for example up to 4 hours or longer in the pressure vessel device 34 held at a predetermined temperature or a predetermined pressure.

In 11 ist ein Ausschnitt eines Gefüges 45 eines Bauteils aus dem Werkstoff IN-713C gezeigt, welches erfindungsgemäß mittels Metallpulverspritzgießen (MIM) hergestellt worden ist und anschließend mittels heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt wurde. Je nach Werkstoff aus welchem das Laufrad hergestellt ist, kann auch eine andere Temperatur und ein anderer Druck in der Druckbehältereinrichtung gewählt werden. Entsprechendes gilt für die Verweildauer in der Druckbehältereinrichtung. Die Angaben sind lediglich beispielhaft zum Erläutern des Prinzips der Erfindung. Die Erfindung ist auf diese Angaben nicht beschränkt.In 11 is a section of a structure 45 of a component made of the material IN-713C, which has been produced according to the invention by means of metal powder injection molding (MIM) and subsequently aftertreated by means of hot isostatic pressing (HIP). Depending on the material from which the impeller is made, a different temperature and a different pressure in the pressure vessel device can be selected. The same applies to the residence time in the pressure vessel device. The details are merely exemplary for explaining the principle of the invention. The invention is not limited to these details.

Das Gefüge 45 des Bauteils, beispielsweise eines Turbolader-Laufrads, in 11 weist dabei keinerlei Gussfehler auf, wie beispielsweise Oxidhäute, Lunker (auch Mikrolunker), Keramikeinschlüsse, Gasporen oder Löcher. Darüber hinaus ist das Gefüge ein homogenes feinkörniges Gefüge das nur wenige Ausscheidungen 46, d. h. intermetallischen Phasen, auf den Korngrenzen 48 aufweist.The structure 45 of the component, for example a turbocharger impeller, in 11 has no casting defects, such as oxide skins, blowholes (including micropipes), ceramic inclusions, gas pores or holes. In addition, the microstructure is a homogeneous fine-grained structure that only a few excretions 46 , ie intermetallic phases, on the grain boundaries 48 having.

Des Weiteren ist in 12 ein Ausschnitt eines Gefüges 45 eines Bauteils aus dem Werkstoff GMR 235 gezeigt, welches konventionell mittels dem Feingussverfahren hergestellt worden ist.Furthermore, in 12 a section of a structure 45 a component made of the material GMR 235 shown, which has been produced conventionally by the investment casting process.

Das Gefüge 45 in 12 weist Gussfehler, wie Lunker 50 bzw. Mikrolunker auf. Des Weiteren ist das Gefüge 45 deutlich grobkörniger als das Gefüge 45 in 11. Es weist außerdem erhebliche Ausscheidungen 46 in Form von intermetallischen Phasen an den Korngrenzen 48 auf.The structure 45 in 12 has casting defects, such as blowholes 50 or micro-shrink on. Furthermore, the structure 45 much coarse-grained than the structure 45 in 11 , It also shows significant excretions 46 in the form of intermetallic phases at the grain boundaries 48 on.

In nachfolgender Tabelle 1 sind die Vorteile der Herstellung eines Turbolader-Laufrads 11 mittels Metallpulverspritzgießen (MIM) und heißisostatischem Pressen (HIP) der konventionellen Herstellung eines Turbolader-Laufrads mittels Feinguss gegenübergestellt. Tabelle 1: Feinguss (Stand der Technik) MIM + HIP (Erfindung) Wachse spritzen Grünling durch Metallpulverspritzgießen Wachse montieren Entbindern Keramikform herstellen Sintern Wachse ausschmelzen Heißisostatisches Pressen (HIP) Form brennen und trocken lagern Form vorheizen Gießen Ausformen Teile abtrennen, putzen + strahlen Entsorgung von Keramik und Wachs Table 1 below shows the advantages of making a turbocharger impeller 11 by means of metal powder injection molding (MIM) and hot isostatic pressing (HIP) of the conventional production of a turbocharger impeller by means of investment casting faced. Table 1: Precision casting (state of the art) MIM + HIP (invention) Inject waxes Green compact by metal powder injection molding Mount waxes debindering Produce ceramic mold sintering Melt waxes Hot isostatic pressing (HIP) Burn the mold and store in a dry place Preheat the mold to water forming Separate parts, clean and blast Disposal of ceramics and wax

Ein Laufrad 11 eines Turboladers, insbesondere ein Turbinenrad, welches erfindungsgemäß mittels Metallpulverspritzgießen (MIM) und heißistostatischem Pressen (HIP) hergestellt ist hat den Vorteil, dass es deutlich weniger zu Heißrissen neigt als ein konventionelles Feinguss-Laufrad. Das erfindungsgemäße Laufrad 11 weist ein wesentlich feinkörnigeres Gefüge auf mit weniger Ausscheidungen auf den Korngrenzen. Des Weiteren weist es eine höhere Duktilität auf. So weist ein Laufrad aus Feinguss eine Duktilität von 8% auf während ein erfindungsgemäßes Laufrad eine Duktilität von beispielsweise 25% aufweist.An impeller 11 A turbocharger, in particular a turbine wheel, which according to the invention is produced by means of metal powder injection molding (MIM) and hot isostatic pressing (HIP) has the advantage that it is much less prone to hot cracks than a conventional investment casting wheel. The impeller according to the invention 11 has a much finer grain structure with fewer precipitates on the grain boundaries. Furthermore, it has a higher ductility. Thus, an impeller made of precision casting has a ductility of 8% while an impeller according to the invention has a ductility of, for example, 25%.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Laufrads 11 sind seine geringeren Herstellungskosten, da die Anzahl der Bearbeitungsschritte wesentlich geringer ist als bei einem Laufrad aus Feinguss, wie aus Tabelle 1 entnommen werden kann.Another advantage of the impeller according to the invention 11 are its lower production costs, since the number of processing steps is much lower than an impeller made of precision casting, as can be seen from Table 1.

In folgender Tabelle 2 sind die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen aufgelistet, die mittels dem Metallspritzgussverfahren hergestellt sind und mittels dem konventionellen Feingussverfahren. Tabelle 2: Legierung Verfahren Wärmebehandlung Dichte (g/cm3) Härte HV10 VS (MPa) UTS (MPa) Elastizität (Elongation) (%) E-Modul (GPa) IN-713C MIM - 7.78 335 916 1082 12 201 IN-713C MIM + HIP - 7.93 363 959 1375 25 199 IN-713C Feinguss - 7.91 38HRC 740 850 8 206 IN-713C Feinguss - - - > 690 > 760 > 3 -

  • (Quelle: BASF Euro PM2003 – Alle Werte basieren auf BASF Catamold® Binder und einer katalytischen Entbinderung)
The following Table 2 lists the mechanical properties of components produced by means of the metal injection molding method and by means of the conventional investment casting method. Table 2: alloy method heat treatment Density (g / cm 3 ) Hardness HV10 VS (MPa) UTS (MPa) Elongation (%) Modulus of elasticity (GPa) IN-713C MIM - 7.78 335 916 1082 12 201 IN-713C MIM + HIP - 7.93 363 959 1375 25 199 IN-713C Investment casting - 7.91 38HRC 740 850 8th 206 IN-713C Investment casting - - - > 690 > 760 > 3 -
  • (Source: BASF Euro PM2003 - All figures are based on BASF Catamold ® binder and catalytic debinding)

Wie aus Tabelle 2 entnommen werden kann, weist insbesondere ein Bauteil, welches nicht nur Metallpulverspritzgegossen (MIM) ist, sondern zusätzlich noch heißisostatische gepresst (HIP) ist, besonderes günstige mechanische Eigenschaften auf, insbesondere gegenüber konventionellen Bauteilen aus Feinguss. Ein erfindungsgemäßes Bauteil weist dabei eine höhere Dichte, sowie eine größere Härte auf und ein geringeres E-Modul im Vergleich zu den konventionellen Feingussbauteilen.As from Table 2, has in particular a component, which is not only metal powder injection molded (MIM), but additionally still hot isostatic pressed (HIP) is, special cheap mechanical properties, especially over conventional ones Casting components. An inventive component has a higher Density, as well as a greater hardness and a lower modulus of elasticity compared to conventional investment casting components.

Mittels des erfindungsgemäßen Herstellens des Turbolader-Laufrads durch Metallpulverspritzgießen (MIM) und einer bei Bedarf zusätzlichen Nachbehandlung mittels heißisostatischem Pressen (HIP) erfolgt eine komplette Änderung des bisher bekannten Herstellungsverfahrens mittels Feinguss für Laufräder, insbesondere Turbinenräder. Die mechanischen Eigenschaften werden durch ein besseres homogeneres Gefüge erhöht und des Weiteren die Lebensdauer erhöht. Außerdem wird die Streubreite verringert. Hierdurch ist eine bessere Abschätzung der Lebensdauer möglich. Die brucheinleitende Kerbwirkung durch Gussfehler ist nicht mehr vorhanden oder kann erheblich reduziert werden. Des Weiteren wird die Streubreite der Schaufeleigenfrequenzen verringert. Dadurch ist eine bessere Abschätzung der maximalen Drehzahl möglich, wobei der Betrieb in Resonanzen ausgeschlossen wird.By means of the inventive production of the turbocharger impeller by metal powder injection molding (MIM) and an additional after-treatment if necessary by means of hot isostatic pressing (HIP) is a complete change of the previously known manufacturing method by precision casting for wheels, especially turbine wheels. The mechanical properties are improved by a better homogeneous structure increases and further increases the life. In addition, the spread is reduced. This allows a better life estimation. The fracture-inducing notch effect due to casting defects no longer exists or can be considerably reduced. Furthermore, the spread of the blade natural frequencies is reduced. As a result, a better estimate of the maximum speed is possible, the operation is excluded in resonances.

Ein weiterer Vorteil ist, dass das im Metallpulverspritzgießen (MIM) hergestellte Laufrad, das außerdem mittels heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt ist, wie zuvor beschrieben, ein besonders feinkörniges Gefüge aufweist, bei dem die Korngrenzen und Ausscheidungen nicht so stark ausgeprägt sind. Hierdurch wird die Rissneigung vermindert oder tritt nicht mehr auf. Dadurch kann die Welle eines Turboladers mit einem so hergestellten Laufrad mittels Elektronenstrahlschweißen verbunden werden, wobei eine rissfreie Elektronenstrahlschweißung möglich ist, im Gegensatz zum Stand der Technik.One Another advantage is that in metal powder injection molding (MIM) manufactured impeller, as well by means of hot isostatic Post-processing (HIP) is a special one, as described above fine-grained structure in which the grain boundaries and precipitates are not so strong pronounced are. As a result, the tendency to crack is reduced or does not occur more on. This allows the shaft of a turbocharger with a so produced impeller connected by electron beam welding whereby crack-free electron beam welding is possible, in contrast to the prior art.

Wie zuvor beschrieben, wird im Stand der Technik das Turbinenrad mit der Welle mittels Reibschweißen verbunden. Dies liegt daran, dass das im Feinguss hergestellte Turbinenrad eines Turboladers eine grobe Gefügeausbildung besitzt mit teilweise sehr großen Körnern. Die Korngröße kann, wie zuvor beschrieben, beispielsweise zwischen dem 1- bis 30-fachen liegen. Das Gefüge zeigt Korngrenzen mit niedrig schmelzenden Ausscheidungen (Mischkristalle). Diese neigen bei dem Elektronenstrahlschweißen zu Mikrorissen in der Wärmeeinflusszone. Bei hochbelasteten Anwendungen, wie dies bei Turboladern der Fall ist, kann es daher zu Schäden kommen, da die Mikrorisse Dauerbrüche einleiten. Deshalb wird teilweise auf die teurere Variante des Reibschweißens zurückgegriffen. Gemäß der Erfindung werden daher das Laufrad und die Welle mittels Sintern miteinander verbunden. Das Verbinden von Laufrad und Welle mittels Sintern hat den Vorteil, dass auf das sehr aufwendige und teure Schweißen verzichtet werden kann.As previously described, in the prior art, the turbine wheel with the shaft by means of friction welding connected. This is because the turbine wheel made in investment casting a turbocharger a rough structure education owns sometimes very large Grains. The grain size can, as previously described, for example, between 1 to 30 times lie. The structure shows grain boundaries with low-melting precipitates (mixed crystals). These tend to microcracks in the heat affected zone during electron beam welding. For heavily loaded applications, as is the case with turbochargers is, it can therefore cause damage come because the microcracks initiate fatigue fractures. That's why partly resorting to the more expensive variant of friction welding. According to the invention Therefore, the impeller and the shaft are sintered together connected. The connection of impeller and shaft by means of sintering has the advantage that dispenses with the very expensive and expensive welding can be.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind dabei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.Even though the present invention above based on the preferred embodiments It is not limited to this, but in many ways and modifiable. The embodiments described above are combined with each other, in particular individual features thereof.

Wie zuvor beschrieben, kann der Turbolader-Läufer im Metallpulver-Spritzgussverfahren (MIM) aus wenigstens zwei Komponenten, wie z. B. in 1 und 5 gezeigt ist, hergestellt werden, wobei eine Komponente das Laufrad und die andere Komponente die Welle ist. Die beiden Komponenten können dabei beispielsweise im Metallpulver-Spritzgussverfahren in z. B. eine gemeinsame Form gespritzt werden, wobei sie das gleiche oder unterschiedliche Ausgangsmaterialien aufweisen können, oder getrennt in einem entsprechenden Metallpulver-Spritzgussprozess gespritzt werden in eine jeweils eigene Form und anschließend montiert werden. Die Verbindung der beiden Komponenten erfolgt dann vorzugsweise durch Sintern.As described above, the turbocharger rotor in the metal powder injection molding (MIM) of at least two components, such as. In 1 and 5 1, wherein one component is the impeller and the other component is the shaft. The two components can, for example, in the metal powder injection molding process in z. For example, a common mold may be injected, wherein they may have the same or different starting materials, or be sprayed separately in a corresponding metal powder injection molding process into a respective separate mold and then assembled. The connection of the two components is then preferably by sintering.

Ein wahlweise zusätzliches, nachgeschaltetes heißisostatisches Pressen (HIP) verdichtet die durch den Metallpulver-Spritzgussprozess (MIM) entstehenden inneren Poren in der jeweiligen Komponente. Danach kann der Läufer wahlweise zusätzlich beispielsweise vergütet und fertig bearbeitet werden.One optionally additional, downstream hot isostatic Pressing (HIP) densifies through the metal powder injection molding process (MIM) resulting inner pores in the respective component. After that can the runner optionally in addition for example, remunerated and finished.

Eine Wärmedrosseleinrichtung kann bei Bedarf bei einem oder beiden Laufrädern bzw. an einer oder beiden Enden der Welle zusätzlich vorgesehen werden, z. B. in Form eines Keramikteils bzw. Keramikplättchens.A Heat throttle device If necessary, one or both impellers or one or both Ends of the shaft in addition be provided, for. B. in the form of a ceramic part or ceramic plate.

Eine weitere Möglichkeit ist es, den Turboladerläufer bzw. die Welle mit wenigstens einem oder beiden Laufrädern im Metallpulver-Spritzgussverfahren aus einem Teil bzw. einstückig herzustellen und die Oberfläche der Lagerstellen des Turboladerläufers zusätzlich mit einer Beschichtung, z. B. einer Metallbeschichtung aus Chrom oder einem anderen Metall oder Metalllegierung, zu versehen, um die Ölbenetzbarkeit und die Verschleißfestigkeit weiter zu verbessern, wie zuvor beschrieben. Dabei kann, wie zuvor beschrieben, eine Wärmedrosseleinrichtung an einem oder beiden Enden der Welle vorgesehen werden.A another possibility it is the turbocharger rotor or the shaft with at least one or both impellers in Metal powder injection molding of a piece or to produce one piece and the surface the bearings of the turbocharger rotor additionally with a coating, for. B. a metal coating of chromium or another metal or metal alloy to provide the oil wettability and the wear resistance continue to improve, as described above. It can, as before described, a heat-throttling device be provided at one or both ends of the shaft.

Außerdem kann ein Laufrad, das erfindungsgemäß mittels Metallpulverspritzgießen hergestellt ist und wahlweise zusätzlich mittels heißisostatischem Pressen nachbehandelt ist, auf jede geeignete Art mit einer Turboladerwelle verbunden werden. Die Beispiele des Elektronenstrahlschweißens und Reibschweißens zum Verbindung des Laufrads mit der Welle sind lediglich beispielhaft und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.In addition, can an impeller according to the invention by means of Metal injection molding is manufactured and optionally additionally by means of hot isostatic Pressing is treated in any suitable way with a turbocharger shaft get connected. The examples of electron beam welding and friction welding for connecting the impeller to the shaft are merely exemplary and the invention is not limited thereto.

Des Weiteren kann statt Inco 713C jedes andere Material bzw. Metall oder Metalllegierung eingesetzt werden, welche zur Herstellung eines Turbolader-Laufrads geeignet ist. Der Werkstoff Inco 713C ist lediglich beispielhaft und die Erfindung ist darauf nicht beschränkt.Of Furthermore, instead of Inco 713C any other material or metal or metal alloy used to produce a Turbocharger impeller is suitable. The material Inco 713C is just an example and the invention is not limited thereto.

Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf die spezifische Ausgestaltung der Druckbehältereinrichtung beschränkt, wie sie in 10 gezeigt und mit Bezug auf 10 beschrieben ist. Grundsätzlich kann jede Art von Druckbehältereinrichtung und daran angeschlossene Einrichtungen verwendet werden, die geeignet ist um ein Turbolader-Laufrad heißistostatisch zu pressen. Auch die in der Beschreibung genannten Bindemittel bzw. Bindersysteme sind lediglich beispielhaft entsprechendes gilt auch für die Entbinderungsverfahren. Die Erfindung ist nicht auf diese speziellen Beispiele beschränkt. Grundsätzlich kann jedes Bindemittel und jedes Entbinderungsverfahren eingesetzt werden, das zur Herstellung eines Turbolader-Laufrads geeignet ist.Furthermore, the invention is not limited to the specific embodiment of the pressure vessel device, as in 10 shown and related to 10 is described. In principle, any type of pressure vessel device and devices connected thereto can be used, which is suitable for hot-statically pressing a turbocharger impeller. The binders or binder systems mentioned in the description are merely exemplary by way of example and also apply to the binder removal processes. The invention is not limited to these specific examples. In principle, any binder and debinding method that is suitable for making a turbocharger impeller can be used.

Claims (15)

Verfahren zum Herstellung eines Läufers (1), welcher wenigstens ein Turbolader-Laufrad (11) und eine Turbolader-Welle (2) aufweist, wobei das Turbolader-Laufrad (11) und/oder die Turbolader-Welle (2) mittels Metallpulverspritzgießen (MIM) hergestellt ist.Method for producing a runner ( 1 ), which at least one turbocharger impeller ( 11 ) and a turbocharger shaft ( 2 ), wherein the turbocharger impeller ( 11 ) and / or the turbocharger shaft ( 2 ) is produced by means of metal powder injection molding (MIM). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbolader-Laufrad (11) und die Turbolader-Welle (2) als separate Teile ausgebildet sind und mittels Sintern miteinander verbunden werden.Method according to claim 1, characterized in that the turbocharger impeller ( 11 ) and the turbocharger shaft ( 2 ) are formed as separate parts and are interconnected by sintering. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbolader-Laufrad (11) und die Turbolader-Welle (2) einstückig ausgebildet sind und einem Sintern unterzogen werden.Method according to claim 1, characterized in that the turbocharger impeller ( 11 ) and the turbocharger shaft ( 2 ) are integrally formed and subjected to sintering. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbolader-Laufrad (11) und/oder die Turbolader-Welle (2) im Anschluss an das Metallpulverspritzgießen (MIM) und das Sintern mittels heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the turbocharger impeller ( 11 ) and / or the turbocharger shaft ( 2 ) after the metal powder injection molding (MIM) and the sintering by means of hot isostatic pressing (HIP) is aftertreated. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulverspritzgießen des Turbolader-Laufrads (11) und/oder der Turbolader-Welle (2) die Schritte aufweist: – Bereitstellen einer Spritzgussform (20) für das Turbolader-Laufrad (11) und/oder die Turbolader-Welle (2), – Bereitstellen wenigstens eines Gemisches bzw. Feedstocks (10) aus wenigstens einem Metallpulver (12) und wenigstens einem Bindemittel (14); – Einspritzen des wenigstens einen Gemisches (10) in die Spritzgussform (20); – Entformen des Laufrads (11, 16) und/oder der Welle (2) aus der Spritzgussform (20).Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the metal powder injection molding of the turbocharger impeller ( 11 ) and / or the turbocharger shaft ( 2 ) comprises the steps of: - providing an injection mold ( 20 ) for the turbocharger impeller ( 11 ) and / or the turbocharger shaft ( 2 ), - providing at least one mixture or feedstock ( 10 ) of at least one metal powder ( 12 ) and at least one binder ( 14 ); Injecting the at least one mixture ( 10 ) in the injection mold ( 20 ); Demolding the impeller ( 11 . 16 ) and / or the wave ( 2 ) from the injection mold ( 20 ). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulverspritzgießen des Turbolader-Laufrads (11) den Schritt aufweist: – Entbindern des aus der Spritzgussform entformten Laufrads (11, 16, 22) und/oder der Welle (2).A method according to claim 5, characterized in that the metal powder injection molding of the turbocharger impeller ( 11 ) comprises the step of: - debinding the impeller demolded from the injection mold ( 11 . 16 . 22 ) and / or the wave ( 2 ). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entbindern des Laufrads (11, 16, 22) und/oder der Welle (2) mittels einer thermischen und/oder katalytischen und/oder Lösungsmittel-Entbinderung bzw. Extraktionsentbinderung erfolgt.Method according to claim 6, characterized in that the debindering of the impeller ( 11 . 16 . 22 ) and / or the wave ( 2 ) takes place by means of a thermal and / or catalytic and / or solvent debinding or extraction debindering. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmedrosseleinrichtung (7) zwischen dem Laufrad (11) und der Welle (2) vorgesehen wird, wobei die Wärmedrosseleinrichtung (7) insbesondere ein Keramikteil ist.Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that a heat-throttling device ( 7 ) between the impeller ( 11 ) and the wave ( 2 ) is provided, wherein the heat-throttling device ( 7 ) is in particular a ceramic part. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das heißisostatische Pressen des Turbolader-Laufrads (11) und/oder der Turbolader-Welle (2) die Schritte aufweist: – Anordnen des metallpulverspritzgegossenen Laufrads (11) und/oder der Turbolader-Welle (2) in einer Druckkesseleinrichtung (32) einer Druckbehältereinrichtung (34); – Füllen der Druckkesseleinrichtung (32) mit Schutzgas; – Aufheizen der Druckkesseleinrichtung (32) auf eine vorbestimmte Temperatur oder einen vorbestimmten Druck bei einer entsprechenden Temperatur; – Halten des Laufrads (11) und/oder der Welle (2) in der Druckkesseleinrichtung (32) über eine vorbestimmte Zeitdauer bei einer vorbestimmten Temperatur oder einem vorbestimmten Druck; – Abkühlen des Laufrads (11) und/oder der Welle (2).Method according to at least one of claims 4 to 8, characterized in that the hot isostatic pressing of the turbocharger impeller ( 11 ) and / or the turbocharger shaft ( 2 ) comprises the steps of: - arranging the metal powder injection molded impeller ( 11 ) and / or the turbocharger shaft ( 2 ) in a pressure vessel device ( 32 ) a pressure vessel device ( 34 ); - filling the pressure vessel device ( 32 ) with inert gas; Heating the pressure vessel device ( 32 ) to a predetermined temperature or pressure at a corresponding temperature; - holding the impeller ( 11 ) and / or the wave ( 2 ) in the pressure vessel device ( 32 ) for a predetermined period of time at a predetermined temperature or pressure; Cooling the impeller ( 11 ) and / or the wave ( 2 ). Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Oberfläche wenigstens einer Lagerstelle des Turboladerläufers (1) zusätzlich mit einer Beschichtung versehen wird, insbesondere einer Metallbeschichtung, vorzugsweise einer Chromschicht.Method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that at least the surface of at least one bearing point of the turbocharger rotor ( 1 ) is additionally provided with a coating, in particular a metal coating, preferably a chromium layer. Turbolader-Läufer, wobei der Turbolader-Läufer (1) wenigstens ein Laufrad (11) und eine Welle (2) aufweist, an welcher das Laufrad (11) befestigt ist, wobei das Laufrad (11) und/oder die Welle (2) mittels Metallpulverspritzgießen (MIM) hergestellt ist.Turbocharger rotor, wherein the turbocharger rotor ( 1 ) at least one impeller ( 11 ) and a wave ( 2 ), on which the impeller ( 11 ), wherein the impeller ( 11 ) and / or the wave ( 2 ) is produced by means of metal powder injection molding (MIM). Turbolader-Läufer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbolader-Laufrad (11) und die Welle (2) als separate Teile ausgebildet sind und mittels Sintern miteinander verbunden sind.Turbocharger rotor according to claim 11, characterized in that the turbocharger impeller ( 11 ) and the wave ( 2 ) are formed as separate parts and are interconnected by sintering. Turbolader-Läufer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (11) und/oder die Welle (2), welche mittels Metallpulverspritzgießen (MIM) hergestellt sind, mittels heißisostatischem Pressen (HIP) nachbehandelt sind.Turbocharger rotor according to claim 11 or 12, characterized in that the impeller ( 11 ) and / or the wave ( 2 ), which are produced by means of metal powder injection molding (MIM), are aftertreated by means of hot isostatic pressing (HIP). Turbolader-Läufer nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (1) eine Wärmedrosseleinrichtung (7) zwischen dem Turbolader-Laufrad (11) und der Welle (2) aufweist, wobei die Wärmedrosseleinrichtung (7) insbesondere wenigstens ein Keramikteil aufweist.Turbocharger rotor according to one of claims 11 to 13, characterized in that the rotor ( 1 ) a heat-throttling device ( 7 ) between the turbocharger impeller ( 11 ) and the wave ( 2 ), wherein the heat-throttling device ( 7 ) in particular at least one ceramic part. Turbolader-Läufer nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lagerstelle der Welle (2) bzw. des Läufers (1) mit einer Beschichtung versehen ist, insbesondere einer Metallbeschichtung, vorzugsweise einer Chrombeschichtung.Turbocharger rotor according to at least one of claims 11 to 14, characterized in that at least one bearing point of the shaft ( 2 ) or of the runner ( 1 ) is provided with a coating, in particular a metal coating, preferably a chromium coating.
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