DE102012002285B4 - Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors (1) eines Abgasturboladers, wobei der Turbinenrotor (1) aus einem Turbinenrad (2) mit einer Nabe (4) und mit von der Nabe (4) ausgehenden Turbinenschaufeln (5) sowie einer Welle (3) besteht, mit den Schritten:- Bereitstellen des Turbinenrads (2) sowie der Welle (3);- Verbinden der Welle (3) mit der Nabe (4) des Turbinenrads (2);- Ausbilden einer Schutzschicht durch Aufbringen eines Halogens auf oder Einbringen des Halogens in die Oberfläche des Turbinenrads (2) sowie anschließendes Wärmebehandeln des Turbinenrads (2) bei gleichzeitigem Kühlen wenigstens eines Bereichs der Welle (3);- Endbearbeitung und Wuchten des Turbinenrotors (1), wozu Material im Bereich der Nabenstirnseite (7) und von der Schaufelstirnseite (17) des Turbinenrads (2) abgetragen und so in diesen Bereichen die Schutzschicht wieder entfernt wird, wobei das Entfernen der Schutzschicht von der Schaufelstirnseite (17) derart erfolgt, dass die Bearbeitungstiefe geringer ist als die Eindringtiefe des Halogens in das Material des Turbinenrads (2); und- erneutes Wärmebehandeln der Schaufelstirnseite (17) des Turbinenrads (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors eines Abgasturboladers, wobei der Turbinenrotor aus einem Turbinenrad mit einer Nabe und mit von der Nabe ausgehenden Turbinenschaufeln sowie einer Welle besteht.
  • Das Ansprechverhalten beziehungsweise der Drehmomentaufbau einer mithilfe eines Abgasturboladers aufgeladenen Brennkraftmaschine hängt maßgeblich von dem Massenträgheitsmoment des Laufzeugs des Abgasturboladers, insbesondere von dessen Turbinenrotor, ab. Der Großteil des Massenträgheitsmoments entsteht durch die Masse des Turbinenrads, welche Bestandteil des Turbinenrotors ist. Je geringer sie ist, umso schneller kann der Drehmomentaufbau erfolgen. Entsprechend kann durch Verringerung der Masse des Turbinenrads das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden. Eine Möglichkeit, die Masse des Turbinenrads zu reduzieren, ist der Ersatz der üblicherweise verwendeten Nickel-Basislegierung, welche eine Dichte von etwa 8 g/cm3 aufweist, durch ein anderes Material mit einer geringeren Dichte. Das für das Turbinenrad verwendete Material verfügt idealerweise über vergleichbare Hochtemperatureigenschaften, insbesondere bei Temperaturen von mehr als 800°C, wie die Nickel-Basislegierungen. Materialien, welche über die genannten Eigenschaften verfügen, also insbesondere eine geringe Dichte und gute Hochtemperatureigenschaften aufweisen, sind jedoch üblicherweise bei den in dem Abgasturbolader bedingt durch die Durchströmung mit heißem Abgas der Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturen von mehr als 800°C nicht oxidationsbeständig. Das bedeutet, dass sie während des Betriebs des Abgasturboladers einem Oxidationsprozess ausgesetzt sind, welcher die Oberfläche des Turbinenrads negativ beeinflusst. Dies gilt insbesondere für die Turbinenschaufeln, welche unmittelbar mit dem heißen Abgas beaufschlagt sind, jedoch grundsätzlich auch für die Nabe, an der die Turbinenschaufeln angeordnet sind.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2009 034 420 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Vorrichtung zum Fügen eines Turbinenrades mit einer Welle eines Abgasturboladers, wobei das Turbinenrad aus einer Keramiklegierung und die Welle aus Stahl besteht und die beiden Bauteile durch Löten stoffschlüssig verbunden sind und wobei die beiden Bauteile beim Fügen über in radialer Richtung koaxial ausgerichtete, formschlüssig ineinander greifende Mittel zueinander zentriert sind. Dabei sind die Mittel durch einen in Bohrungen des Turbinenrades und der Welle eingesetzten, metallischen Zentrierstift gebildet, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient im Wesentlichen dem des keramischen Turbinenrades entspricht.
  • Weiterhin offenbart die Druckschrift DE 103 51 946 A1 , dass die Aufbringung von organischen Halogen-Kohlenstoffen auf die Werkstoffoberfläche die Oxidationsbeständigkeit von TiAI-Legierungen im Temperaturbereich von 700 bis 1100°C an Luft gegenüber unbehandelten TiAI-Legierungen deutlich erhöhen kann. Die Halogenverbindungen können durch verschiedene Verfahren, zum Beispiel Eintauchen oder Besprühen, auf die Werkstoffe aufgebracht werden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors eines Abgasturboladers vorzuschlagen, das zum einen kostengünstig durchführbar ist und zum anderen das Herstellen eines Turbinenrotors ermöglicht, welcher auch bei hohen Temperaturen, wie sie in dem Abgasturbolader auftreten, oxidationsbeständig ist. Dabei soll der Turbinenrotor beispielsweise aus einem Material bestehen, welches im Vergleich mit der üblicherweise verwendeten Nickel-Basislegierung eine geringere Dichte aufweist.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dieses umfasst die Schritte: Bereitstellen des Turbinenrads sowie der Welle; Verbinden der Welle mit der Nabe des Turbinenrads; Ausbilden einer Schutzschicht durch Aufbringen eines Halogens auf oder Einbringen des Halogens in die Oberfläche des Turbinenrads, bevorzugt die gesamte Oberfläche, sowie anschließendes Wärmebehandeln des Turbinenrads bei gleichzeitigem Kühlen wenigstens eines Bereichs der Welle; Endbearbeitung und Wuchten des Turbinenrotors, wozu Material im Bereich der Nabenstirnseite und von der Schaufelstirnseite des Turbinenrads abgetragen und so in diesen Bereichen die Schutzschicht wieder entfernt wird, wobei das Entfernen der Schutzschicht von der Schaufelstirnseite derart erfolgt, dass die Bearbeitungstiefe geringer ist als die Eindringtiefe des Halogens in das Material des Turbinenrads; und erneutes Wärmebehandeln der Schaufelstirnseite des Turbinenrads. Das Turbinenrad liegt als gebauter Turbinenrotor vor. Das bedeutet, dass er sich aus dem Turbinenrad und der Welle zusammensetzt, welche getrennt voneinander ausgebildet beziehungsweise hergestellt werden. Bei dem Herstellen des Turbinenrotors erfolgt mithin ein Verbinden der Welle mit dem Turbinenrad, sodass diese nachfolgend als Einheit in Form des Turbinenrotors vorliegen. Dazu werden zunächst das Turbinenrad sowie die Welle bereitgestellt. Dieses Bereitstellen kann auch ein Herstellen umfassen, wobei das Turbinenrad insbesondere durch Gießen hergestellt wird.
  • Nach dem Bereitstellen des Turbinenrads sowie der Welle werden diese miteinander verbunden, wobei die Verbindung über die Nabe des Turbinenrads hergestellt wird. Insbesondere wird also die Welle mit der Nabe des Turbinenrads verbunden. Anschließend wird auf dem Turbinenrad die Schutzschicht ausgebildet. Dies erfolgt durch das Aufbringen beziehungsweise Einbringen des Halogens, wobei die Oberfläche des Turbinenrads, insbesondere die gesamte Oberfläche, mit dem Halogen behandelt wird. Das Aufbringen des Halogens kann auf beliebige Art und Weise erfolgen. Beispielsweise ist dazu ein lonenimplantationsverfahren, ein Tauchverfahren, ein Sprühverfahren oder ein Aufstreichverfahren vorgesehen. Als lonenimplantationsverfahren kommt zur Ionenimplantation beispielsweise ein Plasma-Immersionslonenimplantationsverfahren beziehungsweise ein Beamlinelonenimplantationsverfahren oder dergleichen zum Einsatz. Als Halogen kann insbesondere Fluor, Chlor, Brom, Jod oder eine Mischung aus diesen Elementen verwendet werden. Das Aufbringen beziehungsweise Einbringen des Halogens soll, wie bereits vorstehend festgehalten, auf beziehungsweise in die (vorzugsweise gesamte) Oberfläche des Turbinenrads, bevorzugt nicht jedoch der Welle, erfolgen.
  • Nach dem Aufbringen beziehungsweise Einbringen wird das Turbinenrad einer Wärmebehandlung unterzogen. Diese Wärmebehandlung, welche auch als thermische Aktivierung beziehungsweise Voroxidation bezeichnet werden kann, erfolgt bei mindestens 500°C bis 900°C. Während der Wärmebehandlung erfolgt die Ausbildung einer thermisch beständigen Schutzschicht. Diese schützt das Turbinenrad vor einer unzulässigen Oxidation während des Betriebs des Abgasturboladers. Wird während der Wärmebehandlung des Turbinenrads auch die Welle temperaturbeaufschlagt, so kann es zu einer ungewünschten Oxidation der Welle und/oder zu einer Auflösung einer eventuell vorgesehenen Vergütung der Welle kommen. Auch wird die Verbindung zwischen der Welle und dem Turbinenrad über die Nabe des Turbinenrads unter Umständen durch die Wärmebehandlung beeinträchtigt. Es ist daher vorgesehen, dass die Welle wenigstens bereichsweise während der Wärmebehandlung des Turbinenrads gekühlt wird. Das Kühlen erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die Temperatur an einem beliebigen Punkt der Welle während der Wärmebehandlung des Turbinenrads eine bestimmte Maximaltemperatur nicht überschreitet. Diese Maximaltemperatur kann beispielsweise die Oxidationstemperatur der Welle sein oder eine Temperatur, bei deren Überschreiten die Vergütung der Welle beeinträchtigt wird, insbesondere also eine homologe Temperatur des Materials der Welle. Besonders bevorzugt wird ebenso der Verbindungsbereich, in welchem die Verbindung zwischen der Welle und dem Turbinenrad hergestellt ist, auf einer Temperatur gehalten, bei welcher die Verbindung zwischen dem Turbinenrad und der Welle nicht beeinträchtigt wird. Sind das Turbinenrad und die Welle durch Löten miteinander verbunden, so soll die Temperatur insbesondere unter der Schmelztemperatur des dabei verwendeten Lots liegen.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Turbinenrad aus einer Titan-Aluminiumlegierung, insbesondere einem Titanaluminid, hergestellt wird. In der bekannten Ausführungsform besteht das Turbinenrad aus einer Nickel-Basislegierung, welche eine Dichte von etwa 8 g/cm3 aufweist. Wie eingangs erläutert, ist es sinnvoll, die Masse des Turbinenrotors, insbesondere des Turbinenrads, soweit als möglich zu reduzieren, um die Massenträgheit zu verringern. Zu diesem Zweck eignet sich insbesondere die Titan-Aluminiumlegierung, weil diese eine deutlich geringere Dichte aufweist. Besonders bevorzugt besteht das Turbinenrad aus Titanaluminid (TiAI). Die Titan-Aluminiumlegierung weist eine Dichte von etwa 4 g/cm3 auf. Durch die Aufbringung des Halogens auf die Oberfläche des Turbinenrads aus der Titan-Aluminiumlegierung kommt es bei dem anschließenden Wärmebehandeln zu einer Ausbildung einer thermisch beständigen Al2O3-Schutzschicht. Diese schützt die Titan-Aluminiumlegierung, insbesondere also das Titanaluminid, vor einer unzulässigen Oxidation während des Betriebs des Abgasturboladers.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Welle aus Stahl hergestellt wird. Die Welle besteht insbesondere aus einem von dem Material des Turbinenrads verschiedenen Material. Beispielsweise wird zum Erlangen einer guten Dauerlauffestigkeit des Turbinenrotors Stahl verwendet. Dieser ist vorzugsweise gehärtet beziehungsweise vergütet. Um die Welle vor einer ungewollten Temperaturbeaufschlagung und entsprechend einer Auflösung der Vergütung zu schützen, wird die Welle während der Wärmebehandlung des Turbinenrads wenigstens bereichsweise gekühlt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmebehandeln bei einer Temperatur von mindestens 500°C bis 900°C erfolgt. Bevorzugt erfolgt das Wärmebehandeln mit einer Temperatur, welche der während des Betriebs des Abgasturboladers erwarteten maximalen Temperatur entspricht oder diese überschreitet. Auf diese Weise wird eine weitere, wenn auch geringfügige Oxidation unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Abgasturboladers vermieden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Welle vor dem Verbinden mit der Nabe wenigstens bereichsweise gehärtet wird. Das Härten erfolgt beispielsweise durch Wärmebehandeln der Welle mit anschließendem schnellem Abkühlen. Auf diese Weise wird gezielt das Gefüge des Materials der Welle geändert, sodass sich seine mechanische Widerstandsfähigkeit erhöht. Besonders bevorzugt erfolgt das Härten der Welle zumindest an einer auf der Welle ausgebildeten Lagerstelle, an welcher während des Betriebs des Abgasturboladers eine hohe Belastung der Welle vorliegt. Weil die Welle während des Wärmebehandelns des Turbinenrads gekühlt wird, ist es problemlos möglich, das Härten bereits vor dem Verbinden mit der Nabe und dem nachfolgenden Wärmebehandeln des Turbinenrads durchzuführen. Die gehärteten Bereiche der Welle werden bedingt durch das Kühlen während der Wärmebehandlung nicht beeinträchtigt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Turbinenrad während dem Wärmebehandeln in einer ersten Kammer und die Welle wenigstens bereichsweise in einer von der ersten Kammer thermisch getrennten zweiten Kammer angeordnet wird. Die erste Kammer und die zweite Kammer sind beispielsweise Bestandteil einer Wärmebehandlungsvorrichtung, beispielsweise eines Ofens, mit welcher die Wärmebehandlung des Turbinenrads durchgeführt wird. Zur Durchführung der Wärmebehandlung wird lediglich die erste Kammer beziehungsweise das darin (bevorzugt vollständig) angeordnete Turbinenrad beheizt. Die zweite Kammer ist dagegen in thermischer Hinsicht durch die thermische Trennung von der ersten Kammer entkoppelt, beispielsweise durch eine zwischen der ersten und der zweiten Kammer angeordnete Isolierung. Insoweit liegt während dem Wärmebehandeln in der zweiten Kammer eine niedrigere Temperatur als in der ersten Kammer vor, wodurch die Welle thermisch weniger stark beansprucht wird als das Turbinenrad. Zusätzlich oder alternativ zu der thermischen Isolierung zwischen der ersten und der zweiten Kammer kann selbstverständlich auch eine aktive Kühlung in der zweiten Kammer durchgeführt werden. Dabei wird zum Kühlen der Welle ein Kühlmedium über wenigstens einen Bereich der Welle geführt. Dieses Kühlmedium weist eine ausreichend niedrige Temperatur auf, um eine unzulässig hohe Temperatur der Welle zu verhindern. Das Kühlmedium kann beispielsweise Luft, Öl oder ein Salz sein. Vorzugsweise ist die in der zweiten Kammer vorliegende Temperatur geringer als die in der ersten Kammer vorliegende und gleichzeitig kleiner als die homologe Temperatur des Materials der Welle. Vorzugsweise gilt dies für jeden Bereich der Welle, welcher in der zweiten Kammer angeordnet ist. Besonders bevorzugt liegt selbstverständlich die Welle vollständig in der zweiten Kammer vor.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Turbinenrotors eines Abgasturboladers, welcher ein Turbinenrad mit einer Nabe und mit von der Nabe ausgehenden Turbinenschaufeln sowie eine Welle aufweist,
    • 2 einen Längsschnitt durch den Turbinenrotor, und
    • 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung einer Wärmebehandlung des Turbinenrotors.
  • Die 1 zeigt einen Turbinenrotor 1 eines nicht näher dargestellten Abgasturboladers. Der Turbinenrotor 1 besteht aus einem Turbinenrad 2 und einer Welle 3. Der Turbinenrotor 1 ist Bestandteil des Abgasturboladers, welcher einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Der Turbinenrotor 1 ist üblicherweise drehbar in einem Turbinengehäuse gelagert, wobei über die Welle 3 ein Verdichterrad eines Verdichters mit dem Turbinenrad 2 wirkverbunden ist. Das Turbinenrad 2 setzt sich aus einer Nabe 4 und mehreren Turbinenschaufeln 5 zusammen, von welchen lediglich einige beispielhaft mit Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Turbinenschaufeln 5 erstrecken sich - bezogen auf eine Drehachse 6 des Turbinenrotors 1 - ausgehend von der Nabe 4 in radialer Richtung nach außen. Das Turbinenrad 2 besteht beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einem Titanaluminid. Die Welle 3 besteht dagegen aus Stahl, beispielsweise niedrig legiertem Stahl, insbesondere 34CrMo4. Die Welle 3 ist mit der Nabe 4 des Turbinenrads 2 fest verbunden. Die Nabe 4 ist im Bereich einer Nabenstirnseite 7, welche einem hier nicht erkennbaren Radrücken 8 des Turbinenrads 2 in axialer Richtung gegenüberliegt, als Vielkant- beziehungsweise Mehrkant 9 ausgebildet. Dieser Vielkant 9 dient insbesondere dem Halten des Turbinenrads 2 beziehungsweise des Turbinenrads 2 während einer Montage des Abgasturboladers.
  • Die 2 zeigt einen Längsschnitt des Turbinenrotors 1. Erkennbar sind wiederum das Turbinenrad 2 und die Welle 3. Es wird deutlich, dass das Turbinenrad 2 und die Welle 3 mithilfe eines als Zentrierstift 10 vorliegenden Befestigungsmittels miteinander verbunden sind, wobei der Zentrierstift 10 in eine Ausnehmung 11 des Turbinenrads 2 und eine Ausnehmung 12 der Welle 3 in axialer Richtung eingreift. Die Ausnehmung 11 liegt wenigstens bereichsweise in einem Befestigungsvorsprung 13 des Turbinenrads 2 vor, welcher sich in axialer Richtung (bezüglich der Drehachse 6) ausgehend von dem Radrücken 8 in Richtung der Welle 3 erstreckt. Der Befestigungsvorsprung 13 weist eine Stirnseite 14 auf, welche im Wesentlichen parallel auf einer der dem Turbinenrad 2 zugewandten Seite der Welle 3 vorliegenden Stirnseite 15 liegt. Im Bereich der Stirnseiten 14 und 15 weisen der Befestigungsvorsprung 13 des Turbinenrads 2 und die Welle 3 im Wesentlichen identische oder zumindest ähnliche Durchmesser auf. Zwischen den Stirnseiten 14 und 15 kann eine Lötfolie 16 vorgesehen sein, mittels welcher eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Turbinenrad 2 und der Welle 3 hergestellt ist. Selbstverständlich können auch andere Befestigungsarten Anwendung finden.
  • Bei einem Herstellen des Turbinenrotors 1 werden üblicherweise das Turbinenrad 2 und die Welle 3 separat voneinander hergestellt. Insbesondere wird das Turbinenrad 2 durch Gießen gefertigt. Beispielsweise werden bei dem Herstellen des Turbinenrotors 1 nach dem Gießen des Turbinenrads 2 eine Fügestelle des Turbinenrads 2, an welcher nachfolgend die Verbindung zu der Welle 3 hergestellt wird, sowie der Radrücken 8 mechanisch bearbeitet. Anschließend wird das Turbinenrad 2 mit der Welle 3, welche insbesondere vergütet wurde, zu dem Turbinenrotor 1 zusammengefügt, wobei die Welle 3 mit dem Turbinenrad 2 verbunden wird. Nachfolgend kann wenigstens eine hier nicht dargestellte Lagerstelle der Welle 3 gehärtet werden. Dies ist jedoch optional. Anschließend wird der Turbinenrotor 1 endbearbeitet und gewuchtet. Für das Endbearbeiten und Wuchten wird mechanisch Material von dem Turbinenrotor 1 abgetragen, beispielsweise durch Schleifen oder dergleichen. Insbesondere erfolgt dabei ein Überschleifen des Vielkants 9 sowie einer Schaufelstirnseite 17 wenigstens eines der Turbinenschaufeln 5. Die Schaufelstirnseite 17 ist an einem freien Ende der Turbinenschaufel 5 ausgebildet, welches auf der der Nabe 4 abgewandten Seite der Turbinenschaufel 5 vorliegt.
  • Weil der Turbinenrotor 1 während des Betriebs des Abgasturboladers mit einer hohen Temperatur beaufschlagt ist, also einer hohen Temperaturbelastung unterworfen ist, soll das Turbinenrad 2 mit einer hier nicht näher dargestellten Schutzschicht versehen werden. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn das Turbinenrad 2 aus der Aluminiumlegierung, beispielsweise dem Titanaluminid, besteht. In diesem Fall ist es von besonderer Bedeutung, dass das Turbinenrad 2 vor unerwünschter Oxidation geschützt wird, welche durch die hohe Temperaturbelastung verursacht wird. Zur Herstellung der Beschichtung soll zunächst ein Halogen auf beziehungsweise in die Oberfläche des Turbinenrads 2 aufgebracht beziehungsweise eingebracht werden. Dies erfolgt für zumindest einen Bereich der Oberfläche, bevorzugt jedoch für die gesamte Oberfläche. Anschließend wird das Turbinenrad 2 wärmebehandelt, um die Schutzschicht auszubilden.
  • Wird diese Wärmebehandlung durchgeführt, nachdem die Welle 3 mit dem Turbinenrad 2 verbunden wurde, so wird die Welle 3 einer ungewünschten Temperaturbelastung ausgesetzt, durch welche es beispielsweise zu einer Auflösung einer eventuell vorgesehenen Vergütung der Welle 3 kommt. Aus diesem Grund soll bei dem Herstellen des Turbinenrotors 1 wie folgt vorgegangen werden: Zunächst werden das Turbinenrad 2 und die Welle 3 bereitgestellt, wobei diese separat voneinander ausgebildet beziehungsweise hergestellt werden. Anschließend wird die Welle 3 mit der Nabe 4 des Turbinenrads 2 verbunden. Anschließend wird das Halogen auf beziehungsweise in die gesamte Oberfläche des Turbinenrads 2 eingebracht. Anschließend wird das Turbinenrad 2 wärmebehandelt, während gleichzeitig wenigstens ein Bereich der Welle 3 gekühlt wird. Auf diese Weise wird eine ungewünschte Temperaturbeaufschlagung vermieden beziehungsweise die Temperatur der Welle 3 unterhalb einer Maximaltemperatur gehalten. Diese Maximaltemperatur ist beispielsweise die homologe Temperatur des Materials, insbesondere des vergüteten Materials, aus welchem die Welle 3 besteht.
  • Nach dem Ausbilden der Schutzschicht kann - soweit gewünscht - ein weiteres Härten der Welle 3 beziehungsweise wenigstens einer Lagerstelle der Welle 3 erfolgen. Anschließend wird die Endbearbeitung beziehungsweise das Wuchten des Turbinenrotors 1 durchgeführt. Zu diesem Zweck wird Material von dem fertigen Turbinenrotor 1 abgetragen, insbesondere im Bereich der Nabenstirnseite 7 beziehungsweise des Vielkants 9. Auch von der Schaufelstirnseite 17 wird üblicherweise Material abgetragen. Entsprechend wird in diesem Bereichen die Schutzschicht wieder entfernt. Daher ist es vorgesehen, die Schutzschicht an der Schaufelstirnseite 17 durch erneutes Wärmebehandeln wieder auszubilden. Dieses erneute Wärmebehandeln kann insbesondere durch einen Betrieb des Abgasturboladers erfolgen. Bei diesem wird durch noch in dem Turbinenrad 2 enthaltenes Halogen die Schutzschicht, insbesondere in Form der Al2O3-Schutzschicht, hergestellt. Entsprechend ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Entfernen der Schutzschicht von der Schaufelstirnseite 17 derart erfolgt, dass die Bearbeitungstiefe geringer ist als die Eindringtiefe des Halogens in das Material des Turbinenrads 2. Das Halogen kann prinzipiell beliebig gewählt sein. Besonders bevorzugt wird jedoch Fluor, Chlor, Brom, Jod oder eine Mischung aus diesen Elementen verwendet. Das Aufbringen beziehungsweise Einbringen des Halogens kann durch ein lonenimplantationsverfahren, ein Tauchverfahren, ein Sprühverfahren, ein Aufstreichverfahren oder dergleichen erfolgen.
  • Die 3 zeigt eine Vorrichtung 18 zum Wärmebehandeln des Turbinenrotors 1, also zum Durchführen des Herstellens beziehungsweise des Wärmebehandelns. Die Vorrichtung 18 verfügt über eine erste Kammer 19 und eine zweite Kammer 20. In der ersten Kammer 19 ist vorzugsweise das Turbinenrad 2, insbesondere vollständig, angeordnet. In der zweiten Kammer 20 liegt dagegen wenigstens bereichsweise die Welle 3 vor. Zwischen der ersten Kammer 19 und der zweiten Kammer 20, welche von einem Gehäuse 21 eingefasst sind, liegt vorzugsweise eine Isolierung 22 vor. Diese trennt die erste Kammer 19 thermisch von der zweiten Kammer 20, erlaubt jedoch ein Durchtreten eines Bereichs des Turbinenrotors 1, sodass die in der 3 dargestellte Anordnung vorliegt. In der ersten Kammer 19 ist eine Heizvorrichtung 23 vorgesehen. Mithilfe der Vorrichtung 18 kann nun die Wärmebehandlung des Turbinenrads 2 durchgeführt werden, während gleichzeitig wenigstens ein Bereich der Welle 3, nämlich der in der zweiten Kammer 20 angeordnete Bereich, gekühlt wird. Das Kühlen kann dabei allein durch die thermische Trennung der zweiten Kammer 20 von der ersten Kammer 19 mittels der Isolierung 22, also passiv, vorgesehen sein. Vorzugsweise ist jedoch eine aktive Kühlung in der zweiten Kammer 20 realisiert. Dazu wird ein Kühlmittel durch die zweite Kammer 20 geleitet. Das Kühlmittel kann beispielsweise Luft, Öl, Salz oder dergleichen sein. Das Wärmebehandeln des Turbinenrads 2 erfolgt mithilfe der Heizvorrichtung 23. Diese ermöglicht das Erreichen einer geeigneten Temperatur in der ersten Kammer 19, beispielsweise mindestens 500°C bis mindestens 900°C.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Turbinenrotor
    2
    Turbinenrad
    3
    Welle
    4
    Nabe
    5
    Turbinenschaufel
    6
    Drehachse
    7
    Nabenstirnseite
    8
    Radrücken
    9
    Vielkant
    10
    Zentrierstift
    11
    Ausnehmung
    12
    Ausnehmung
    13
    Befestigungsvorsprung
    14
    Stirnseite
    15
    Stirnseite
    16
    Lötfolie
    17
    Schaufelstirnseite
    18
    Vorrichtung
    19
    1. Kammer
    20
    2. Kammer
    21
    Gehäuse
    22
    Isolierung
    23
    Heizvorrichtung

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors (1) eines Abgasturboladers, wobei der Turbinenrotor (1) aus einem Turbinenrad (2) mit einer Nabe (4) und mit von der Nabe (4) ausgehenden Turbinenschaufeln (5) sowie einer Welle (3) besteht, mit den Schritten: - Bereitstellen des Turbinenrads (2) sowie der Welle (3); - Verbinden der Welle (3) mit der Nabe (4) des Turbinenrads (2); - Ausbilden einer Schutzschicht durch Aufbringen eines Halogens auf oder Einbringen des Halogens in die Oberfläche des Turbinenrads (2) sowie anschließendes Wärmebehandeln des Turbinenrads (2) bei gleichzeitigem Kühlen wenigstens eines Bereichs der Welle (3); - Endbearbeitung und Wuchten des Turbinenrotors (1), wozu Material im Bereich der Nabenstirnseite (7) und von der Schaufelstirnseite (17) des Turbinenrads (2) abgetragen und so in diesen Bereichen die Schutzschicht wieder entfernt wird, wobei das Entfernen der Schutzschicht von der Schaufelstirnseite (17) derart erfolgt, dass die Bearbeitungstiefe geringer ist als die Eindringtiefe des Halogens in das Material des Turbinenrads (2); und - erneutes Wärmebehandeln der Schaufelstirnseite (17) des Turbinenrads (2).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (2) aus einer Titan-Aluminiumlegierung hergestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) aus Stahl hergestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebehandeln bei einer Temperatur von mindestens 500°C bis 900°C erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) vor dem Verbinden mit der Nabe (4) wenigstens bereichsweise gehärtet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (2) während dem Wärmebehandeln in einer ersten Kammer (19) und die Welle (3) wenigstens bereichsweise in einer von der ersten Kammer (19) thermisch getrennten zweiten Kammer (20) angeordnet wird.
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