(57)【要約】【課題】ターボ過給機の筐体を加工するための方法を提供する。【解決手段】ターボ過給機の筐体（１０）、すなわちターボ過給機の軸受筐体（１０）または圧縮機筐体もしくはタービン筐体を加工するための方法は、以下のステップを含んでいる。金属材料から製造された、加工される筐体（１０）を提供するステップ。加工される筐体（１０）の少なくとも１つの中空空間（１２）を、非圧縮性流体によって満たすステップ。非圧縮性流体によって満たされた個々の中空空間（１２）内の流体圧力を上昇させて、少なくとも部分的に筐体の個々の中空空間（１２）を限定した筐体の筐体部（１３）を、少なくとも局所的に塑性変形させるステップ。【選択図】図１
2020076405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機の筐体（１０、２０、３０）、すなわちターボ過給機の軸受筐体（１０）または圧縮機筐体（２０）もしくはタービン筐体（３０）を加工するための方法であって、
金属材料から製造された、加工される筐体（１０、２０、３０）を提供するステップと、
加工される前記筐体（１０、２０、３０）の少なくとも１つの中空空間（１２、２２、３２、３３）を、非圧縮性流体によって満たすステップと、
前記非圧縮性流体によって満たされた個々の前記中空空間（１２、２２、３２、３３）内の流体圧力を上昇させて、少なくとも部分的に、前記筐体（１０、２０、３０）の個々の前記中空空間（１２、２２、３２、３３）を限定した、前記筐体（１０、２０、３０）の少なくとも１つの筐体部（１３、２５、３４）を局所的に塑性変形させるステップと、
を含んでいる方法。
【請求項２】
少なくとも部分的に前記筐体（１０、２０、３０）の個々の前記中空空間（１２、２２、３２、３３）を限定した、前記筐体部（１３、２５、３４）を少なくとも局所的に塑性変形させるための流体圧力は、局所的に塑性変形させられる前記筐体部（１３、２５、３４）の幾何形状、および／または壁厚さ、および／または金属材料に応じて決定されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
塑性変形させられる前記筐体（１０、２０、３０）の個々の前記筐体部（１３、２５、３４）は、加工において個々の前記筐体部（１３、２５、３４）内に導入される内部応力が、運転の際に見込まれる、個々の前記筐体部（１３、２５、３４）の応力荷重の量に対応するように塑性変形させられている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
局所的に塑性変形させられる前記筐体（１０、２０、３０）の個々の前記筐体部（１３、２５、３４）は、加工において個々の前記筐体部（１３、２５、３４）内に導入される余剰の応力が、運転の際に見込まれる平均応力荷重に対して反対の符号を有するように塑性変形させられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記筐体（２０、３０）の中空空間（２２、３２）は非圧縮性流体によって満たされ、前記中空空間は、前記ターボ過給機の運転の際に、処理気体の導入に寄与する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記非圧縮性流体によって満たされる前記中空空間（２２、３２）は、前記タービン筐体（３０）のらせん状の処理気体流れ導入通路、または前記圧縮機筐体（２０）のらせん状の処理気体流れ導入通路であり、筐体部（２５、３４）として、前記ターボ過給機の運転の際に、処理気体を導入する壁の内側から生じる処理気体流れ導入通路を少なくとも部分的に限定した壁は、少なくとも局所的に塑性変形させられる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記筐体（１０、３０）の中空空間（１２、３３）は、非圧縮性流体によって満たされ、前記中空空間は、前記ターボ過給機の運転の際に、冷媒の導入に寄与する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記非圧縮性流体によって満たされる前記中空空間（３３）は、前記筐体の処理気体導入通路から壁によって隔離された、前記筐体の冷媒通路であり、筐体部（３４）として、前記ターボ過給機の運転の際に、処理気体を導入しない壁の外側から生じる前記冷媒通路を少なくとも部分的に限定し、且つ前記処理気体流れ導入通路と隣接した壁は、少なくとも局所的に塑性変形させられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
非圧縮性流体によって満たされる前記中空空間（１２）は、前記軸受筐体（１０）の冷媒通路である、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機の筐体を加工するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機は、圧縮機およびタービンを備えている。ターボ過給機のタービン内では、行程において第１処理気体が膨張され、且つエネルギが抽出される。タービン内で抽出されたエネルギは、第２処理気体を圧縮するために、圧縮機内で使用される。ターボ過給機のタービンおよび圧縮機は、ロータ側アセンブリおよびステータ側アセンブリを備えている。タービンおよび圧縮機のロータ側アセンブリは、シャフトを通じて連結されたタービンホイールおよび圧縮機ホイールを含んでいる。タービンおよび圧縮機のステータ側アセンブリは、タービン筐体および圧縮機筐体を含んでいる。タービンホイールを圧縮機ホイールに連結したシャフトは、ターボ過給機のさらなるステータ側アセンブリ、すなわち軸受筐体内に搭載され、軸受筐体は、一般的にタービン筐体と圧縮機筐体との間に配置されている。
【０００３】
ターボ過給機の筐体、すなわちタービン筐体、圧縮機筐体、および軸受筐体は、金属製の筐体である。作動中に、これらは反復荷重を受ける。反復荷重は、個々の筐体の寿命を減少させる。ターボ過給機の寿命を延長するために、より長い寿命を有するターボ過給機の筐体が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここから開始して、本発明は、より長いサービス寿命を有するターボ過給機の筐体を加工するための、新規のタイプの方法を創出する目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１によるターボ過給機の筐体加工のための方法を通じて解決される。本発明による方法は、少なくとも以下のステップを含んでおり、それらは金属材料から製造された、加工される筐体を提供するステップ、加工される筐体の少なくとも１つの中空空間を、非圧縮性流体によって満たすステップ、である。
【０００６】
方法は、媒体の圧力を増大させて、これにより筐体の中空空間を取り囲んだ壁の局所的な変形を生じさせるステップ、を含んでいる。
【０００７】
ここに示された本発明により、ターボ過給機の金属製筐体を加工する初回に関して、すなわち筐体の中空空間が非圧縮性流体によって満たされ、流体圧力が上昇させられて、非圧縮性流体によって満たされた中空空間を少なくとも部分的に限定した筐体の筐体部は、少なくとも局所的に塑性変形させられることが提案されている。これにより、個々の筐体部に少なくとも局所的に内部応力が導入され、この応力は、運転の際の反復荷重に反作用して、結果的に個々の筐体の寿命は増大され、ターボ過給機のサービス寿命は延長される。
【０００８】
好適に、少なくとも部分的に筐体の個々の中空空間を限定した筐体部を塑性変形させるための流体圧力は、塑性変形させられる筐体部の幾何形状、および／または壁厚さ、および／または材料の組成に依存して決定される。筐体部を塑性変形させるために使用される流体圧力は、塑性変形させられる筐体部の幾何形状、塑性変形させられる筐体部の壁厚さに依存しており、および筐体を構成した金属材料のタイプに依存している。これらの数量に依存して、言及された塑性変形を生じさせるための流体圧力を決定することが、シミュレーションによって可能となる。
【０００９】
さらなる有利な開発によれば、塑性変形させられる筐体の個々の筐体部は、流体圧力を除去した後に、残留内部圧縮応力（負）が生じ、運転中の正の引張応力を減少させるように塑性変形させられる。残留応力（−）および作動応力（＋）の相互の和により、結果としての作動応力の絶対値は減少する。これにより、個々の筐体の寿命は、特に有利に延長される。
【００１０】
さらなる有利な開発によれば、筐体の中空空間は非圧縮性流体によって満たされ、この中空空間は、ターボ過給気の運転の際に、処理気体の導入または冷媒の導入に寄与する。これにより、対応した筐体部の特に簡素な塑性変形が可能となる。
【００１１】
本発明のさらなる好適な開発は、従属請求項および以下の記載から得られる。本発明の例示的な実施形態は、これを制限されることの無い図面を用いてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ターボ過給気の筐体を加工するための、本発明による方法を図示するためのターボ過給機の軸受筐体を通じた断面を示した図である。
【図２】ターボ過給気の筐体を加工するための、本発明による方法を図示するためのターボ過給機の圧縮機筐体を通じた断面を示した図である。
【図３】ターボ過給気の筐体を加工するための、本発明による方法を図示するためのターボ過給機のタービン筐体を通じた断面を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ターボ過給機の筐体を加工するための方法に関する。加工されるターボ過給機の筐体は、ターボ過給機のタービン筐体、または圧縮機筐体、もしくは軸受筐体とされ得る。
【００１４】
図１は、排気ターボ過給気の軸受筐体１０を通じた断面図である。軸受筐体１０は、図示されていないターボ過給機のシャフトを装着することに寄与する中央中空空間１１を備えている。外側には、中空空間１２が軸受筐体内に導入され、ここには、運転の際に冷媒が満たされることが可能である。
【００１５】
軸受筐体１０は、金属製構成部品である。この金属製構成部品は、本発明による方法の第１ステップにおいて設けられ、例えば軸受筐体１０は、鋳造によって製造される。
【００１６】
軸受筐体１０を加工するために、軸受筐体１０の少なくとも１つの中空空間は、例えば水または油といった非圧縮性流体によって続いて満たされる。
【００１７】
図１の軸受筐体１０の場合には、中空空間１２は優先的に非圧縮性流体によって満たされ、すなわち、ターボ過給機の運転の際に、冷媒の導入に寄与する。
【００１８】
軸受筐体１０の個々の中空空間１２への非圧縮性流体の充填に続いて、流体圧力が中空空間１２内において上昇され、少なくとも所定の部分において軸受筐体１０の中空空間１２を限定した筐体部１３は、図１においては、径方向内側に中空空間１２を限定した、軸受筐体１０の壁であり、これを通じて、筐体部１３は少なくとも部分的に、したがって少なくとも局所的に塑性変形させられる。
【００１９】
したがって、中空空間１２の非圧縮性流体による充填に続いて、流体圧力が、非圧縮性流体によって満たされた中空空間１２内において上昇され、これを通じて、軸受筐体１０の中空空間１２を限定した筐体部は、局所的に塑性変形される。
【００２０】
本発明により、ターボ過給機の軸受筐体１０だけでなく、むしろ同様にターボ過給気の圧縮機筐体２０（図２参照）およびタービン筐体３０（図３参照）を加工することが可能となる。
【００２１】
図２は、ターボ過給気の圧縮機筐体２０を通じた断面図であり、中央中空空間２１において、図示されていない圧縮機ロータを受容する。径方向外側に、らせん状に循環した中空空間２０が形成されており、圧縮機の処理気体を導入することに寄与している。
【００２２】
ここで、金属製圧縮機筐体２０の形成に続いて、ターボ過給機の圧縮機筐体２０を加工するために、圧縮機筐体２０の中空空間は非圧縮性流体によって満たされ、図２においては、圧縮機筐体２０のらせん状中空空間２２は、処理気体を挿入することに寄与している。この中空空間２２内に非圧縮性流体を保持するために、圧縮機筐体２０は、凹部に対応した閉鎖板２３および２４を通じて閉鎖されている。
【００２３】
閉鎖は、らせん状の中空空間２２に非圧縮性流体を充填する前に、当然に実行される。
【００２４】
中空空間２２に非圧縮性流体を充填することに続いて、流体圧力が、すなわち非圧縮性流体によって満たされた個々の中空空間２２内において上昇され、その結果、圧縮機筐体２０の個々の中空空間２２を限定した筐体部２５は、少なくとも部分的に、局所的に塑性変形される。
【００２５】
局所的に塑性変形されたこの筐体部２５は、図２によるらせん状の処理気体流れ導入通路２２を限定した壁であり、次いで、ターボ過給機の運転の際に、作動気体と接触する。
【００２６】
図３は、ターボ過給機のタービン筐体３０を通じた断面図であり、中央中空空間３１は、図示されていないタービンロータを受容している。タービン筐体３０は、径方向外側に２つの中空空間３２および３３を備え、これら２つのうちの第１の中空空間、すなわち中空空間３２は、タービンの処理気体の導入に寄与しており、一方で中空空間３２は、冷媒の導入に寄与している。タービン筐体３０はかさねて、特に鋳造によって生産されることが可能な金属製構成部品である。
【００２７】
タービン筐体３０を設けることに続いて、タービン筐体３０の少なくとも１つの中空空間は、このタービン筐体３０を加工するために、例えば水および油といった非圧縮性流体によって満たされる。
【００２８】
図３において、ターボ過給機の運転の際に冷媒の導入に寄与する中空空間３３は、非圧縮性流体によって満たされている。
【００２９】
これに続いて、流体圧力が、非圧縮性流体によって満たされた個々の中空空間３３内において上昇され、少なくとも部分的に筐体３０の中空空間３３を限定した筐体部３４を局所的に塑性変形させ、図３において、局所的に塑性変形させられた筐体部３４は、タービン筐体３０の壁であり、冷媒流れ導入通路３３を形成した中空空間３３に接して、処理気体流れ導入通路を形成した中空空間３２を分離している。
【００３０】
図３において、タービン筐体３０を局所的に塑性変形させて、処理気体流れ導入通路を形成した中空空間３２を非圧縮性流体によって満たすことも可能であり、そのとき、図２の例示的な実施形態に対応させて、中空空間３２は事前に適切な閉鎖板を用いて閉鎖される。
【００３１】
少なくとも部分的に、筐体１０、２０、３０内において個々の中空空間１２、２２、３２、３３を限定した筐体部１３、２５、３４を局所的に塑性変形させるために、個々の中空空間１２、２２、３２、３３内において上昇させられるその流体圧力は、局所的に塑性変形させられる筐体部１３、２５、３４の幾何形状および／または壁厚さおよび／または金属材料に応じて決定される。
【００３２】
筐体１０、２０、３０の局所的な塑性変形を通じて、内部応力が、個々の局所的に塑性変形された筐体部１３、２５、３４に導入され、この内部応力は、運転の際に見込まれる反復荷重の応力負荷に反作用し、すなわち反対の符号を備えており、塑性変形を通じて個々の筐体部１３、２５、３４に導入された内部応力の大きさは、運転の際に見込まれる個々の筐体部１３、２５、３４の反復荷重の平均応力負荷の大きさに一致している。このことにより、個々の筐体１０、２０、および３０の寿命は、それぞれ特に有利に延長されることが可能である。
【００３３】
少なくとも部分的に、筐体１０、２０、３０の個々の中空空間１２、２２、３２、３３を限定した筐体部１３、２５、３４を局所的に塑性変形させるために、個々の中空空間１２、２２、３２、３３内において上昇させられるその流体圧力は、したがって、局所的に塑性変形させられる筐体部１３、２５、３４の幾何形状および／または壁厚さおよび／または金属材料に応じて決定される。これらの量に応じて、流体圧力は、シミュレーションおよび計算によって決定される。
【００３４】
優先的に、個々の筐体１０、２０、３０の局所的な塑性変形のために、個々の筐体の中空空間は非圧縮性流体によって満たされ、非圧縮性流体によって満たされたこの中空空間は、ターボ過給機の運転の際に、圧縮機の場合およびタービンの場合に処理気体の導入に優先的に寄与する。同様に、中空空間は冷媒の導入にも寄与することが可能である。
【００３５】
本発明により、反復荷重の結果として筐体に作用する機械的荷重は、運転の際に減少されることが可能である。筐体の局所的な塑性変形によって導入された内部応力によって、反復荷重に反作用する。これにより、ターボ過給機の寿命は、最終的に伸ばされることが可能である。
【００３６】
これまでに説明したように、優先的に水または油圧オイルが、本発明による方法と共に利用される非圧縮性流体として使用されている。塑性変形のために個々の中空空間内において上昇させられる流体圧力は、塑性変形される個々の筐体の筐体部の幾何形状、壁厚さ、および金属材料に応じており、および挿入される内部応力に応じている。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ・・・軸受筐体
１１  ・・・中空空間
１２  ・・・中空空間
１３  ・・・筐体部
２０  ・・・圧縮機筐体
２１  ・・・中空空間
２２  ・・・中空空間
２３  ・・・閉鎖板
２４  ・・・閉鎖板
２５  ・・・筐体部
３０  ・・・タービン筐体
３１  ・・・中空空間
３２  ・・・中空空間
３３  ・・・中空空間
３４  ・・・筐体部
【図１】
2020076405.tif 000003
【図２】
2020076405.tif 000004
【図３】
2020076405.tif 000005
【外国語明細書】
2020076405000001.pdf