引导流动的构件的制作方法

本发明涉及在特别考虑机械负载的情况下引导流动的构件的几何设计，其中，在该构件中在各个区域之间的过渡部通过沟槽(Kerbe)来赋予，其中，沟槽的载荷集(Lastkollektiv)可计算测定，以及涉及这样的构件的制造。

背景技术：

引导流动的构件以不同的实施形式已知。根据应用条件(即工作压力、输送介质、介质温度等)，构件由特殊材料制成。壳体的静态结构同样与应用领域极其相关。

特别受载的区域且尤其在不同区域之间的过渡部处可能建立有特别的机械应力，其导致缩短的使用寿命。通过沟槽的有利的设计可显著减小应力，然而这需要利用工具加工过渡区域。

文件EP 1 785 590 A1示出一种泵或涡轮机的叶轮(Laufrad)的设计和制造，其中，特别关注沟槽的造型。叶轮在多个位置中被焊接，其中，直接阻止应力。该方式在制造时需要以相应的工具接近沟槽。

对于引导流动的构件不仅铸造技术而且焊接技术很快到达极限，因为有时从外面仅可困难地并且/或者甚至不能直接地接近沟槽。这导致在设计构件的几何形状时显著的限制。

技术实现要素：

本发明的目的是对于在引导流动的构件的过渡部位处、特别是在沟槽的区域中的机械负载找到和运用一种可简单地且成本有利地制造的几何设计。

该解决方案设置成计算测定沟槽的载荷集、使沟槽相应于其机械负荷在几何上成形，尤其在从外部仅可困难地并且/或者甚至不能直接地接近沟槽之处。

在此有利的是，可无传统规定地来设计引导流动的部件(其例如可以是用于离心泵的叶轮)。在设计构件时不须考虑铸造技术和/或接合方法的限制，因为仅机械的和液压的特性是重要的。这样免除传统的设计原则使能够全新地设计叶轮。

在另一设计方案中，在引导流动的构件中沟槽实施成使得在构件中从第一区域A至第二区域B的过渡部包围角度α，其中，测定角度α的角平分线(Winkelhalbierende)，其中，沿着该角平分线确定点P，其中，相应有垂线从形成角度α的侧边(Schenkel)(A,B)中的一个垂下通过点P，其中，通过点P将一直线以45º的角度置于相应的垂线处，其中，通过该直线与相应的侧边(A,B)的相交相应确定线段(S,S')，点Q,Q'确定其相应的中点，其中，到点Q,Q'处相应将直线以22.5º的角度置于在点R,R'与侧边(A,B)相交的线段S,S'处，其中，该结构的包络线E,E'规定沟槽的几何设计。

该简单的设计方法使能够非常简单地测定几何形状，其根据方向有差别地考虑构件中的机械负载。在所输送的介质和所设置的工作条件的影响下来分析作用的力，其中，测定最小和最大的值。相应于这些值，测定叶轮对机械稳定性的需求。该计算方法规定了几何设计且因此也规定了材料使用和工件加工。

在一有利的设计方案中，引导流动的构件以生成式(generativ)方法来制造，其中，尤其金属粉末通过射束熔融方法(Strahlschmelzverfahren)、例如激光-或电子射束熔融被连接成构件。这具有该优点，即叶轮可非常简单地且尽管如此非常稳定地制造。上述方法使能够以高的细化可能性(Detaillierungsmoeglichkeit)制造流体密封的构件。在这些方法中还可给这些构件附加地留下特殊的表面结构(例如鲨鱼皮)，其附加地改善机械的和液压的特性。

在另一有利的设计方案中，在引导流动的构件中至少一个沟槽布置在构件的内部中、尤其在空腔和或底切(Hinterschneidung)中。这具有该优点，即在构件的几何设计中可使机械再加工不能接近的部位有利地成形。该细化的设计使能够在材料使用较少的情况下制造更能机械受载的构件。

在另一设计方案中，引导流动的构件是尤其离心泵的泵构件。该几何设计尤其对于离心泵的叶轮和/或导轮是有利的。这些部件特别强地机械受载。在导轮-/叶轮叶片与盖盘(Deckscheibe)之间的过渡部有时非常难以接近。对于离心泵叶轮，除了纯几何宏观结构之外当然也可自由地来设计各个叶轮叶片的表面，从而可影响在叶轮与流体之间的边界层。此外对于诱导器(Inducer)也提出空心地实施构件，其中，可显著地节省材料。构件那么须根据上述设计规则通过在空腔内的支撑部以及在机械稳定化的区域之间的过渡部的相应的设计获得其机械稳定性。

在另一有利的设计方案中，构件由铁基材料来制造。这使能够以已大批量成熟的工具简单地且成本有利地制造。有利地，铁基材料是奥氏体的或马氏体的或铁素体的或Duplex材料。这使能够制造耐腐蚀的构件。对于所述高能射束方法所需的粉末的制造同样是成本有利的且简单的。如果铁基材料有利地是灰口-或球墨铸铁材料，这还更明显。

附图说明

根据一实施例来详细阐述本发明。图1显示了根据本发明的用于设计在引导流动的构件的两个区域之间的沟槽的方法。图2说明了根据本发明的用于设计的方法在离心泵叶轮处的运用以及生成式制造的优点。

具体实施方式

图1显示了一任意部位，在其处构件的轮廓从第一区域1不连续地过渡到第二区域2中，其中，这两个区域包围角度3。在该不连续部位处产生显著的应力，其可通过轮廓合适的几何曲线来非常显著地影响。在理论断裂部位(Sollbruchstelle)的情况中，期望利用应力以使构件在脉动负载(Schwellbelastung)下针对性地在不连续部位处断裂。然而大多期望相反并且不连续部位应能够对存在的力充分受载。传统地这里设置有所谓的工程师沟槽，其通过带有所选出的半径的倒圆形成锐角。

实际上根据不同的观察产生一种用于设计沟槽的方法，其可简单地来构建且尽管如此在不连续部位处承受力情况成使得在设计和制造成本最小的情况下可非常强烈地减小构件的负载。为此，由角度3来构建角平分线4。在该角平分线4上选出点5。通过该点5将直线6和7垂直于区域1和2放置。相对于这些直线6和7，在点5中在45º的角度8下设置与区域1和2相交的直线，其中，在区域2中确定交点11。在点5与点11之间的线段被平分，由此获得点9，以22.5º的角度10将在点13与区域2的直线相交置于点9处。在点9与点13之间的线段又被平分，由此获得点12，以12.2º的角度14将在点15与区域2相交的直线置于点12处。该结构的包络线产生具有不同不连续部位的轮廓。而这对于切削加工会是不利的。在工件通过各个体积元件或材料层的彼此安放来生成、即在分立的单元中被加工的生成式制造方法中，可将这样的设计理想地转化到工件中。

所介绍的构造从构件的非对称的负载出发。如果构件对称地受载(例如通过交替的左旋/右旋)，那么该构造将可对称地在第一区域1的方向上以类似的方式来补充。

图2显示了用于根据本发明的设计和制造方法的一示例性运用。在图2a中示出了叶轮16，如其例如应用在离心泵中那样。叶轮16具有轮毂区域17和盖盘20。另外的细节可从图2b中得悉。此处可见叶轮叶片18和另外的盖盘。带有这两个盖盘20和19的这样的叶轮被称为闭合的叶轮。叶轮叶片18不仅在叶轮轮毂17的区域中而且在盖盘19和20的区域中分别具有过渡部21和22，其相应于在图1中所说明的过渡部。在盖盘19的区域中，过渡部21可如此来描述，盖盘19的面是第一区域1而叶轮16是第二区域2。在这两个区域1和2之间的不连续部位处出现的力可从该应用、泵的液体和叶轮的参数来测定。根据这些力，在待构建的沟槽中来确定点5。利用该点来构建沟槽。如果叶轮16例如以3d打印方法来制造，则在叶轮的任何部位处过渡部21和22的轮廓能够以打印方法的分辨率的精度来制造，而不需要任何再加工。该特别有利的轮廓(其将不能以传统的切削方法以相应的形状保真度(Formtreue)来制造)即使在以用于再加工的工具将完全不能达到的部位处也可来构建，这从图2中首先不能直接得出。

所介绍的设计和制造原理与生成式3d打印制造方法的效果相结合，生成式3d打印制造方法受原理所限以分立的元件工作，在其中以不连续的表面几何形状优化的方法将各个体素(Voxel)或层接合到工件处。结果，可取消工件的进一步的再加工(在其中须将制造的各个层“平整”成连续体)。

在所示的闭合的叶轮中的运用已显示出在制造中的优点和在精心设计中节省材料的潜力。特别有利地，根据本发明的方法可被用于在管件制造之后完全不再能从外部接近的内腔中。

附图标记清单

1 第一区域

2 第二区域

3 角度

4 角平分线

5 点

6 直角

7 直角

8 45º的角

9 点

10 22.5º的角

11 交点

12 点

13 点

14 12.25º的角

15 点

16 叶轮

17 叶轮轮毂

18 叶轮叶片

19 盖盘

20 盖盘

21 过渡部

22 过渡部。