Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Strömungsmaschinenlaufrads, das einen radial inneren Nabenkörper, einen radial äußeren Deckkörper und sich zwischen dem Nabenkörper und dem Deckkörper erstreckende Laufschaufeln aufweist, wobei die Lauschaufeln, der Nabenkörper und der Deckkörper als eine integrale, monolithische Baugruppe ausgeführt sind. Ein Strömungsma- schinenlaufrad mit Deckkörper wird auch als geschlossener Strömungsmaschinenrotor bezeichnet.

Um einen derartigen geschlossenen, als integrale, monolithische Baugruppe ausgeführten Strömungsmaschinenrotor herzustellen, ist es aus der Praxis bekannt, einen Rohling bereitzustellen und den Strömungsmaschinenrotor aus dem Rohling herauszufräsen, und zwar auf einer Fräsmaschine. Dabei kommen typischerweise 5-Achs-Fräsmaschinene zum Einsatz, um die gewünschte dreidimensionale Kontur des Strömungsmaschinenlaufrads im Bereich seines Nabenkörpers, seines Deckkörpers und seiner Laufschaufeln bereitzustellen. Bei einem derartigen Frä- sen ist jedoch die Zugänglichkeit eines zu bearbeitenden Rohlings beschränkt, sodass nicht beliebige dreidimensionale Konturen an dem Strömungsmaschinenlaufrad bereitgestellt werden können. Daher existieren bislang hinsichtlich solcher geschlossener Strömungsmaschinenrotoren, die als integrale, monolithische Baugruppe ausgeführt sind, erhebliche Designbeschränkungen. Es besteht Bedarf da- ran, einen geschlossenen Strömungsmaschinenrotor mit einem radial inneren Nabenkörper, einem radial äußeren Deckkörper und Laufschaufeln, der als integrale, monolithische Baugruppe ausgeführt ist, mit größeren Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich seiner dreidimensionalen Kontur herzustellen, und zwar einfach innerhalb kurzer Zeit, um Herstellkosten und Fertigungszeiten möglichst gering zu halten. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines Strömungsmaschinenlaufrads zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte: Bereitstellen eines Rohlings; Fräsbearbeiten des Rohlings unter Ausbilden einer Grundkontur des Nabenkörpers, des Deckkörpers und der Laufschaufeln; mindestens einmaliges Auftragsschweißen auf die ausgebildete Grundkontur und mindestens einmaliges nachfolgendes Fräsbearbeiten an durch das Auftragsschweißen ausgebildeten Abschnitten. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird an die Fräsbearbeitung des Rohlings anschließend mindestens einmal Auftragsschweißen und nachfolgend mindestens einmal eine erneute Fräsbearbeitung ausgeführt. Das Auftragsschweißen kann auch durch ein additives Fertigungsverfahren ersetzt werden, beispielsweise durch selektives Lasersintern. Hierdurch können dann dreidimensionale Konturen bereitgestellt werden, die beim Fräsen des Rohlings als solchem infolge beschränkter Zugänglichkeiten nicht ausgebildet werden können. Das Herstellverfahren ist einfach und kostengünstig. Strömungsmaschinenrotoren können so mit geringen Herstellkosten und kurzen Fertigungszeiten bereitgestellt werden, nämlich als integrale, monolithische Baugruppe mit einer dreidimensionalen Formgebung, die bislang nicht gefertigt werden konnte.

Nach einer Weiterbildung wird mehrfach abwechselnd zunächst Auftragsschweißen und nachfolgend Fräsbearbeiten an den durch Auftragsschweißen ausgebildeten Abschnitten durchgeführt. Vorzugsweise wird hierbei bei einem n-ten Auftragsschweißen auf die Grundkontur Werkstoff aufgebracht, anschließend an die- ses n-te Auftragsschweißen werden die hierbei ausgebildeten Abschnitte einer n- ten Fräsbearbeitung unterzogen werden, anschließend an diese n-te Fräsbearbeitung wird an den durch diese Fräsbearbeitung ausgebildeten Abschnitten bei einem (n+1 )-ten Auftragsschweißen auf die Grundkontur Werkstoff aufgebracht, und anschließend werden an dieses (n+1 )-te Auftragsschweißen werden die hierbei ausgebildeten Abschnitte einer (n+1 )-ten Fräsbearbeitung unterzogen, wobei n>1 ist. So lassen sich besonders vorteilhafte dreidimensionale Konturen am Strö- mungsmaschinenrotor innerhalb kurzer Fertigungszeiten bei geringen Herstellkosten bereitstellen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Fräsbearbeiten des Rohlings, das mindestens einmalige Auftragsschweißen und das mindestens einmalig nachfolgende Fräsbearbeiten auf ein und derselben Werkzeugmaschine durchgeführt, die sowohl mindestens ein Werkzeug für die Fräsbearbeitung als auch ein mindestens ein Werkzeug für das Auftragsschweißen aufweist. Dies ist zur Bereitstellung kurzer Fertigungszeiten besonders bevorzugt. Ein Umspannen des Werkstücks bzw. Rohlings auf der Werkzeugmaschine ist nicht erforderlich.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei dem mindestens einmaligen Auftragsschweißen ein Metalllegierungswerkstoff auf den Rohling aufgebracht, der von dem Metalllegierungswerkstoff des Rohlings abweicht. Hiermit können Strömungsmaschinenlaufräder hergestellt werden, die an den durch Auftragsschweißen ausgebildeten Abschnitten besonders vorteilhafte Materialeigenschaften aufweisen. Der Rohling kann auch eine bestimme Kern/Hülle-Struktur aufweisen, z.B. fester Kern und korrosionsbeständige Hülle.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei dem mehrfachen

Auftragsschweißen ein Metalllegierungswerkstoff auf den Rohling aufgebracht, der zumindest einmal von dem Metalllegierungswerkstoff des Rohlings abweicht, wobei bei dem mehrfachen Auftragsschweißen vorzugsweise unterschiedliche Metalllegierungswerkstoffe auf den Rohling aufgebracht werden. Auch diese Weiter- bildung der Erfindung dient der Bereitstellung eines Strömungsmaschinenlaufrad mit an den durch Auftragsschweißen ausgebildeten Abschnitten definiert eingestellten Materialeigenschaften.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü- chen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 : ein stark schematisiertes Ablaufschema zur Verdeutlichung des er- findungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Strömungsmaschinenlaufrad.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Strömungsmaschinenlaufrad, der einen radial inneren Nabenkörper, einen radial äußeren Deckkörper sowie sich zwischen dem Nabenkörper und dem Deckkörper erstreckende Laufschaufeln aufweist. Ein Strömungsmaschinenlaufrad, der sowohl einen inneren Nabenkörper als auch einen äußeren Deckkörper aufweist, wird als geschlossener Strömungsmaschinenrotor bezeichnet. Bei dem erfindungsgemäß herzustellenden, geschlossenen Strömungsmaschinenrotor sind die Laufschaufeln, der Nabenkörper und der Deckkörper als eine integrale, monolithische Baugruppe ausgeführt. Der Nabenkörper wird auch als Nabenscheibe und der Deckkörper auch als Deckscheibe bezeichnet.

Das Verfahren zum Herstellen eines Strömungsmaschinenlaufrad wird nachfol- gend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, wobei das schematisierte Ablaufschema der Fig. 1 mit den Zuständen I, II und III die grundsätzlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens visualisiert. Verfahrensschritt III unterteilt sich dabei gemäß Fig. 1 in mehrere Verfahrensschritte 111.1 , lll.2n, lll.3n sowie III.4. Am Ende des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt gemäß dem Schritt IV der fertige Strömungsmaschinenrotor vor.

Fig. 1 visualisiert die Herstellung eines radialen Verdichterlaufrads, also eines Verdichterlaufrads, das axial angeströmt und radial abgeströmt ist. Obwohl die Herstellung eines derartigen radialen Verdichterlaufrads bevorzugt ist, können auch andere Strömungsmaschinenrotoren, wie zum Beispiel Turbinenrotoren, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Im Verfahrensschritt I wird zunächst ein Rohling 10 bereitgestellt. Bei diesem Rohling 10 handelt es sich in Fig. 1 um einen Ring bzw. um eine Scheibe aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Metalllegierungswerkstoff. Theore- tisch kann die Scheibe auch aus einem Kunststoff bestehen, die dann der Fräsbearbeitung unterzogen wird.

In dem nachfolgenden Verfahrensschritt II wird der Rohling 10 einer Fräsbearbeitung unterzogen, und zwar unter Ausbilden einer Grundkontur des radial inneren Nabenkörpers 1 1 a, des radial äußeren Deckkörpers 1 1 b sowie der sich zwischen dem radial inneren Nabenkörper 1 1 a und dem radial äußeren Deckkörper 1 1 b erstreckenden Laufschaufeln 1 1 c. Hierbei wird der fräsbearbeitete Rohling 1 1 mit diesen Grundkonturen 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c ausgebildet.

Im Anschluss an diese Fräsbearbeitung des Rohlings 10 liegt demnach ein fräsbearbeiteter Rohling 1 1 vor, der im Bereich seines auszubildenden Nabenkörpers 1 1 a, seines auszubildenden Deckkörpers 1 1 b, seiner auszubildenden Laufschaufeln 1 1 c eine jeweilige Grundkontur aufweist, die über Fräsbearbeiten des Rohlings 10 und der hierbei vorliegenden, beschränkten räumlichen Zugänglich- keit des Rohlings 10 auf der Bearbeitungsmaschine bzw. Fräsmaschine hergestellt werden kann.

An den Verfahrensschritt II schließt sich der Verfahrensschritt III an. Im Verfahrensschritt III erfolgt ein mindestens einmaliges bzw. einfaches Auftragsschweißen in Radialrichtung des Strömungsmaschinenlaufrads auf die ausgebildete Grundkontur 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c und ein mindestens einmaliges bzw. mindestens einfaches nachfolgendes Fräsbearbeiten an den durch das Auftragsschweißen ausgebildeten Abschnitten. Vorzugsweise erfolgt das Auftragsschweißen und das nachfolgende Fräsbearbeiten an den durch Auftragsschweißen ausgebildeten Abschnitten im Verfahrensschritt III mehrfach abwechselnd hintereinander.

Hierbei wird bei einem n-ten Auftragsschweißen auf die Grundkontur des fräsbearbeiteten Rohlings 1 1 Werkstoff aufgebracht, anschließend an dieses n-te Auftragsschweißen werden die hierbei ausgebildeten Abschnitte 15n einer n-ten Fräsbearbeitung unterzogen, anschließend an diese n-te Fräsbearbeitung an den durch diese Fräsbearbeitung ausgebildeten Abschnitten 1 6n wird bei einem (n+1 )- ten Auftragsschweißen auf die zuvor fräsbearbeiteten Abschnitte 1 6n erneut Werkstoff aufgebracht, und anschließend an dieses (n+1 )-te Auftragsschweißen werden die hierbei ausgebildeten Abschnitte 15n+1 einer (n+1 )-ten Fräsbearbeitung uter Ausbildung der Abschnitte 1 6n+1 unterzogen, wobei n eine ganzzahlige Zahl größer 1 .

In Fig. 1 ist der Verfahrensschritt III in die Verfahrensschritte 111.1 , lll.2n, lll.3n und III.4 unterteilt. Im Verfahrensschritt 111.1 liegt der in dem Verfahrensschritt II bereitgestellte, durch Fräsbearbeiten des Rohlings 10 ausgebildete fräsbearbeitete Rohling 1 1 mit seiner Grundkontur 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c vor. Im Verfahrensschritt lll.2n erfolgt ein Auftragsschweißen, und zwar in Fig. 1 von radial innen nach radial außen unter Auftragen von Werkstoff auf die Grundkontur 1 1 b, 1 1 c des bearbeiteten Rohlings 1 1 , und zwar gemäß Fig. 1 unter Ausbildung der auftragsgeschweißten Abschnitte 15n. Im Anschluss an den Schritt lll.2n erfolgt im Schritt lll.3n das nachfolgende Fräsbearbeiten der durch Auftragsschweißen ausgebildeten Abschnitte 15n unter Ausbildung der Abschnitte 16n. In einem in Fig. 1 nicht gezeigten, sich anschließenden Schritt lll.2.n+1 erfolgt im Bereich dieser Abschnitte 1 6n erneut ein Auftragsschweißen und in einem sich anschließenden Schritt lll.3n+1 eine Fräsbearbeitung dieser durch Auftragsschweißen ausgebildeten Abschnitte 15n+1 unter Ausbildung der im Verfahrensschritte III.4 gezeigten Abschnitte 1 6n+1 . Wie bereits ausgeführt, ist n eine ganzzahlige Zahl größer 1 . Die auftragsgeschweißten und fräsbearbeiteten Abschnitt 1 6n, 1 6n+1 verlängern in Fig. 1 radial außen sowohl den Deckkörper 14b als auch die Laufschaufeln 14c. In Schritt III.4 liegt dann der Strömungsmaschinenlaufrad 14 mit seiner gewünschten, dreidimensionalen Kontur im Bereich des Nabenkörpers 14a, des Deckkörpers 14b und der Laufschaufeln 14c vor.

In Fig. 1 erfolgt das mehrfache Auftragsschweißen in Radialrichtung von radial innen nach radial außen. Es ist auch möglich, dass dieses mehrfache Auftragsschweißen von radial außen nach radial innen durchgeführt wird. Ferner kann das sich mit dem Fräsbearbeiten abwechselnde Auftragsschweißen sowohl kombiniert von radial außen nach radial innen als auch von radial innen nach radial außen durchgeführt werden.

Die Verfahrensschritte II und III, also das Fräsbearbeiten des Rohlings im Verfahrensschritt II sowie das mindestens einmalige Auftragsschweißen und das sich mindestens einmalig nachfolgende Fräsbearbeiten im Verfahrensschritt III, können auf ein und derselben Werkzeugmaschine durchgeführt werden, die sowohl mindestens ein Werkzeug für die Fräsbearbeitung als auch mindestens ein Werkzeug für das Auftragsschweißen aufweist. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine 5-Achs-Werkzeugmaschine mit einem Nullpunktspannsystem, auf dem der Rohling 10 aufgespannt wird und in der aufgespannten Relativposition nachfol- gend in Schritt II fräsbearbeitet und nachfolgend im Schritt III einem Auftragsschweißen und nachfolgenden Fräsbearbeiten unter Ausbildung des in seiner dreidimensionalen Kontur endgültigen Strömungsmaschinenlaufrad 14 bearbeitet wird. Beim Auftragsschweißen handelt es sich vorzugsweise um ein Laserauftragsschweißen.

Bei dem mindestens einmaligen Auftragsschweißen kann ein Metalllegierungswerkstoff auf den fräsbearbeiteten Rohling 1 1 aufgebracht werden, der von dem Metalllegierungswerkstoff des Rohlings 10 abweicht. Dann, wenn das Auftragsschweißen mehrfach ausgeführt wird, kann zumindest einmal ein von dem Metall- legierungswerkstoff des Rohlings 10 abweichender Metalllegierungswerkstoff auf den fräsbearbeiteten Rohling 1 1 aufgebracht werden, auch können bei dem mehr- fachen Auftragsschweißen jeweils unterschiedliche Metalllegierungswerkstoffe auf den fräsbearbeiteten Rohling 1 1 aufgebracht werden. Hierdurch können Strö- mungsmaschinenlaufräder 14 ausgebildet werden, die definiert eingestellte Materialeigenschaften im Bereich der durch Auftragsschweißen ausgebildeten Ab- schnitte 1 6n, 1 6n+1 aufweisen.

Es sei darauf hingewiesen, dass das Laserauftragsschweißen zusätzlich oder alternativ auch in Axialrichtung erfolgen kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können geschlossene, als monolithische Baugruppe ausgeführte Strömungsmaschinenrotoren, bei welchen Deckkörper, Nabenkörper und Laufschaufeln einstückig bzw. integral ausgeführt sind, unter geringen Herstellungskosten und unter geringen Fertigungszeiten mit dreidimensionalen Konturen hergestellt werden, die bislang nicht bereitgestellt werden konnten.

Optional wird das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Strömungsmaschinenlaufrad 14 nachfolgend einer Oberflächenbehandlung, wie zum Beispiel einer Beschichtung oder dergleichen, unterzogen. Auch ein Wärmebe- handlungsprozess oder andere Post-Prozesse eignen sich hierfür.

Bezugszeichenliste

10 Rohling

1 1 fräsbearbeiteter Rohling

1 1 a Grundkontur Nabenkörper

1 1 b Grundkontur Deckkörper

1 1 c Grundkontur Laufschaufel

12n fräsbearbeiteter und auftragsgeschweißter Rohling

13n mehrfach fräsbearbeiteter und auftragsgeschweißter Rohling

14 Strömungsmaschinenlaufrad

14a Nabenkörper

14b Deckkörper

14c Laufschaufel

15n auftragsgeschweißter Abschnitt

16n auftragsgeschweißter und fräsbearbeiteter Abschnitt

16n+1 auftragsgeschweißter und fräsbearbeiteter Abschnitt