本發(fā)明涉及在特別考慮機械負載的情況下引導流動的構(gòu)件的幾何設(shè)計，其中，在該構(gòu)件中在各個區(qū)域之間的過渡部通過溝槽(Kerbe)來賦予，其中，溝槽的載荷集(Lastkollektiv)可計算測定，以及涉及這樣的構(gòu)件的制造。

背景技術(shù)：

引導流動的構(gòu)件以不同的實施形式已知。根據(jù)應用條件(即工作壓力、輸送介質(zhì)、介質(zhì)溫度等)，構(gòu)件由特殊材料制成。殼體的靜態(tài)結(jié)構(gòu)同樣與應用領(lǐng)域極其相關(guān)。

特別受載的區(qū)域且尤其在不同區(qū)域之間的過渡部處可能建立有特別的機械應力，其導致縮短的使用壽命。通過溝槽的有利的設(shè)計可顯著減小應力，然而這需要利用工具加工過渡區(qū)域。

文件EP 1 785 590 A1示出一種泵或渦輪機的葉輪(Laufrad)的設(shè)計和制造，其中，特別關(guān)注溝槽的造型。葉輪在多個位置中被焊接，其中，直接阻止應力。該方式在制造時需要以相應的工具接近溝槽。

對于引導流動的構(gòu)件不僅鑄造技術(shù)而且焊接技術(shù)很快到達極限，因為有時從外面僅可困難地并且/或者甚至不能直接地接近溝槽。這導致在設(shè)計構(gòu)件的幾何形狀時顯著的限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是對于在引導流動的構(gòu)件的過渡部位處、特別是在溝槽的區(qū)域中的機械負載找到和運用一種可簡單地且成本有利地制造的幾何設(shè)計。

該解決方案設(shè)置成計算測定溝槽的載荷集、使溝槽相應于其機械負荷在幾何上成形，尤其在從外部僅可困難地并且/或者甚至不能直接地接近溝槽之處。

在此有利的是，可無傳統(tǒng)規(guī)定地來設(shè)計引導流動的部件(其例如可以是用于離心泵的葉輪)。在設(shè)計構(gòu)件時不須考慮鑄造技術(shù)和/或接合方法的限制，因為僅機械的和液壓的特性是重要的。這樣免除傳統(tǒng)的設(shè)計原則使能夠全新地設(shè)計葉輪。

在另一設(shè)計方案中，在引導流動的構(gòu)件中溝槽實施成使得在構(gòu)件中從第一區(qū)域A至第二區(qū)域B的過渡部包圍角度α，其中，測定角度α的角平分線(Winkelhalbierende)，其中，沿著該角平分線確定點P，其中，相應有垂線從形成角度α的側(cè)邊(Schenkel)(A,B)中的一個垂下通過點P，其中，通過點P將一直線以45o的角度置于相應的垂線處，其中，通過該直線與相應的側(cè)邊(A,B)的相交相應確定線段(S,S')，點Q,Q'確定其相應的中點，其中，到點Q,Q'處相應將直線以22.5o的角度置于在點R,R'與側(cè)邊(A,B)相交的線段S,S'處，其中，該結(jié)構(gòu)的包絡(luò)線E,E'規(guī)定溝槽的幾何設(shè)計。

該簡單的設(shè)計方法使能夠非常簡單地測定幾何形狀，其根據(jù)方向有差別地考慮構(gòu)件中的機械負載。在所輸送的介質(zhì)和所設(shè)置的工作條件的影響下來分析作用的力，其中，測定最小和最大的值。相應于這些值，測定葉輪對機械穩(wěn)定性的需求。該計算方法規(guī)定了幾何設(shè)計且因此也規(guī)定了材料使用和工件加工。

在一有利的設(shè)計方案中，引導流動的構(gòu)件以生成式(generativ)方法來制造，其中，尤其金屬粉末通過射束熔融方法(Strahlschmelzverfahren)、例如激光-或電子射束熔融被連接成構(gòu)件。這具有該優(yōu)點，即葉輪可非常簡單地且盡管如此非常穩(wěn)定地制造。上述方法使能夠以高的細化可能性(Detaillierungsmoeglichkeit)制造流體密封的構(gòu)件。在這些方法中還可給這些構(gòu)件附加地留下特殊的表面結(jié)構(gòu)(例如鯊魚皮)，其附加地改善機械的和液壓的特性。

在另一有利的設(shè)計方案中，在引導流動的構(gòu)件中至少一個溝槽布置在構(gòu)件的內(nèi)部中、尤其在空腔和或底切(Hinterschneidung)中。這具有該優(yōu)點，即在構(gòu)件的幾何設(shè)計中可使機械再加工不能接近的部位有利地成形。該細化的設(shè)計使能夠在材料使用較少的情況下制造更能機械受載的構(gòu)件。

在另一設(shè)計方案中，引導流動的構(gòu)件是尤其離心泵的泵構(gòu)件。該幾何設(shè)計尤其對于離心泵的葉輪和/或?qū)л喪怯欣?。這些部件特別強地機械受載。在導輪-/葉輪葉片與蓋盤(Deckscheibe)之間的過渡部有時非常難以接近。對于離心泵葉輪，除了純幾何宏觀結(jié)構(gòu)之外當然也可自由地來設(shè)計各個葉輪葉片的表面，從而可影響在葉輪與流體之間的邊界層。此外對于誘導器(Inducer)也提出空心地實施構(gòu)件，其中，可顯著地節(jié)省材料。構(gòu)件那么須根據(jù)上述設(shè)計規(guī)則通過在空腔內(nèi)的支撐部以及在機械穩(wěn)定化的區(qū)域之間的過渡部的相應的設(shè)計獲得其機械穩(wěn)定性。

在另一有利的設(shè)計方案中，構(gòu)件由鐵基材料來制造。這使能夠以已大批量成熟的工具簡單地且成本有利地制造。有利地，鐵基材料是奧氏體的或馬氏體的或鐵素體的或Duplex材料。這使能夠制造耐腐蝕的構(gòu)件。對于所述高能射束方法所需的粉末的制造同樣是成本有利的且簡單的。如果鐵基材料有利地是灰口-或球墨鑄鐵材料，這還更明顯。

附圖說明

根據(jù)一實施例來詳細闡述本發(fā)明。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于設(shè)計在引導流動的構(gòu)件的兩個區(qū)域之間的溝槽的方法。圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的用于設(shè)計的方法在離心泵葉輪處的運用以及生成式制造的優(yōu)點。

具體實施方式

圖1顯示了一任意部位，在其處構(gòu)件的輪廓從第一區(qū)域1不連續(xù)地過渡到第二區(qū)域2中，其中，這兩個區(qū)域包圍角度3。在該不連續(xù)部位處產(chǎn)生顯著的應力，其可通過輪廓合適的幾何曲線來非常顯著地影響。在理論斷裂部位(Sollbruchstelle)的情況中，期望利用應力以使構(gòu)件在脈動負載(Schwellbelastung)下針對性地在不連續(xù)部位處斷裂。然而大多期望相反并且不連續(xù)部位應能夠?qū)Υ嬖诘牧Τ浞质茌d。傳統(tǒng)地這里設(shè)置有所謂的工程師溝槽，其通過帶有所選出的半徑的倒圓形成銳角。

實際上根據(jù)不同的觀察產(chǎn)生一種用于設(shè)計溝槽的方法，其可簡單地來構(gòu)建且盡管如此在不連續(xù)部位處承受力情況成使得在設(shè)計和制造成本最小的情況下可非常強烈地減小構(gòu)件的負載。為此，由角度3來構(gòu)建角平分線4。在該角平分線4上選出點5。通過該點5將直線6和7垂直于區(qū)域1和2放置。相對于這些直線6和7，在點5中在45o的角度8下設(shè)置與區(qū)域1和2相交的直線，其中，在區(qū)域2中確定交點11。在點5與點11之間的線段被平分，由此獲得點9，以22.5o的角度10將在點13與區(qū)域2的直線相交置于點9處。在點9與點13之間的線段又被平分，由此獲得點12，以12.2o的角度14將在點15與區(qū)域2相交的直線置于點12處。該結(jié)構(gòu)的包絡(luò)線產(chǎn)生具有不同不連續(xù)部位的輪廓。而這對于切削加工會是不利的。在工件通過各個體積元件或材料層的彼此安放來生成、即在分立的單元中被加工的生成式制造方法中，可將這樣的設(shè)計理想地轉(zhuǎn)化到工件中。

所介紹的構(gòu)造從構(gòu)件的非對稱的負載出發(fā)。如果構(gòu)件對稱地受載(例如通過交替的左旋/右旋)，那么該構(gòu)造將可對稱地在第一區(qū)域1的方向上以類似的方式來補充。

圖2顯示了用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計和制造方法的一示例性運用。在圖2a中示出了葉輪16，如其例如應用在離心泵中那樣。葉輪16具有輪轂區(qū)域17和蓋盤20。另外的細節(jié)可從圖2b中得悉。此處可見葉輪葉片18和另外的蓋盤。帶有這兩個蓋盤20和19的這樣的葉輪被稱為閉合的葉輪。葉輪葉片18不僅在葉輪輪轂17的區(qū)域中而且在蓋盤19和20的區(qū)域中分別具有過渡部21和22，其相應于在圖1中所說明的過渡部。在蓋盤19的區(qū)域中，過渡部21可如此來描述，蓋盤19的面是第一區(qū)域1而葉輪16是第二區(qū)域2。在這兩個區(qū)域1和2之間的不連續(xù)部位處出現(xiàn)的力可從該應用、泵的液體和葉輪的參數(shù)來測定。根據(jù)這些力，在待構(gòu)建的溝槽中來確定點5。利用該點來構(gòu)建溝槽。如果葉輪16例如以3d打印方法來制造，則在葉輪的任何部位處過渡部21和22的輪廓能夠以打印方法的分辨率的精度來制造，而不需要任何再加工。該特別有利的輪廓(其將不能以傳統(tǒng)的切削方法以相應的形狀保真度(Formtreue)來制造)即使在以用于再加工的工具將完全不能達到的部位處也可來構(gòu)建，這從圖2中首先不能直接得出。

所介紹的設(shè)計和制造原理與生成式3d打印制造方法的效果相結(jié)合，生成式3d打印制造方法受原理所限以分立的元件工作，在其中以不連續(xù)的表面幾何形狀優(yōu)化的方法將各個體素(Voxel)或?qū)咏雍系焦ぜ?。結(jié)果，可取消工件的進一步的再加工(在其中須將制造的各個層“平整”成連續(xù)體)。

在所示的閉合的葉輪中的運用已顯示出在制造中的優(yōu)點和在精心設(shè)計中節(jié)省材料的潛力。特別有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法可被用于在管件制造之后完全不再能從外部接近的內(nèi)腔中。

附圖標記清單

1 第一區(qū)域

2 第二區(qū)域

3 角度

4 角平分線

5 點

6 直角

7 直角

8 45o的角

9 點

10 22.5o的角

11 交點

12 點

13 點

14 12.25o的角

15 點

16 葉輪

17 葉輪輪轂

18 葉輪葉片

19 蓋盤

20 蓋盤

21 過渡部

22 過渡部。