1 Einleitung. 1.1 Zielsetzung

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1 1 Einleitung 1.1 Zielsetzung Die Aufgabenstellung dieses Projektes ist das Herstellen von dreidimensionalen Modell- Bauteilen mit Hilfe des Rapid Protoyping-Verfahrens. Dazu sollen einige der vorliegenden Bauteile des radialen Turbokompressors modifiziert werden. Die Modifizierung der Bauteile beschränkt sich auf die Funktionalität und der Designoptimierung. Im Anschluss sollen die dreidimensionalen Bauteile des Turbokompressors aus dem CAD- System in STL-Dateien umgewandelt und für den Druck als 3D-Modelle aufgearbeitet werden. Die Aufarbeitung beinhaltet das Vernetzen der Oberflächen jedes Bauteils und die optimale Vernetzungsstrategie für saubere Oberflächen und der nötigen Genauigkeit. Des Weiteren sollen die Bauteile zu einem geeigneten Maßstab verkleinert werden, bevor der Ausdruck auf einer Rapid Prototyping Maschine erfolgen soll. Nach dem Ausdrucken sollen die einzelnen Bauteile zu einem kompletten Turbokompressor zusammengefügt werden. 1.2 Rapid Techniken Bei dem Begriff Rapid Prototyping (RP) handelt es sich um einen Sammelbegriff für die schnelle Herstellung von Prototypen. Zu den Begriff Rapid Prototyping kann ebenfalls auch der Begriff Generative Fertigungsverfahren genutzt werden. Beide Begriffe bezeichnen die gleiche Vorgehensweise bei der Erstellung von Prototypen. Rapid Prototyping zählt zu den neueren Fertigungsverfahren und hat eine Anzahl an Fertigungsmethoden zur Auswahl. Die Herstellung von Prototypen kann bei diesem Verfahren direkt aus den CAD-Geometrien erstellt werden. Durch die heute verfügbare Anzahl an Rapid Prototyping-Anlagen gibt es eine Vielzahl an Fertigungsmöglichkeiten zur Produktgestaltung. Ebenfalls steht eine große Anzahl an Materialen zur Verfügung, die für den Prototypenbau benutzt werden können. Prototypen werden aus vielerlei Hinsicht benötigt, aber in erster Linie für die Gestaltung des Produktes und zur funktionalen Verbesserung. Rapid Prototyping gewinnt nun mehr und mehr an Bedeutung, da die Produktlebenszyklen in der Industrie sich rasch verkleinert haben, daher muss die Industrie diesem Prozess schneller abwickeln und abschließen, als es noch vor 20 Jahren der Fall war Rapid Prototyping Bei dem Begriff Rapid Prototyping (RP) handelt es sich um die schnelle Herstellung von Prototypen und Modellen. Hiermit sind physische Bauteile gemeint, die kein Produktcharakter besitzen. Die Modelle weisen lediglich einzelne, für die Anwendung besondere repräsentative Eigenschaften eines späteren Produktes auf. Die Modelle sind damit gegenüber dem späteren Produkt durch eine größtmögliche Abstraktion gekennzeichnet. Das Ziel des Rapid Prototyping beruht darauf, sehr schnell möglichst einfache, aber bezüglich einzelner Produkteigenschaften aussagekräftige Modelle herzustellen und damit möglichst frühzeitig einzelne Produkteigenschaften abzusichern. Daraus resultiert das Rapid Prototyping Modelle daher im Sinne der bestimmungsgemäßen Verwendung des zu entwickelnden Produktes meist nicht verwendbar sind. Dies wird auch bewusst nicht beabsichtigt und meist

2 schon durch das Wort Modelle unterstrichen. Serienidentische Prototypen gibt es also folglich nicht, auch wenn dieser Begriff zur Verdeutlichung eines strategischen Ziels zuweilen vorteilhaft eingesetzt wird. Rapid Prototyping Modelle lassen sich gezielt Einstufen, in Hinblick auf die Produkteigenschaft, die das Modell darstellen soll. Wenn nämlich das Modell im Wesentlichen zur 3D-Visualisierung dienen soll, dann spricht man von Solid Images (dreidimensionale Bilder), Konzeptmodellen oder Mock-ups respektive Rapid Mock-ups (Attrappen, Lehrmodelle). Die Verfahren heißen analog Solid Imaging oder Concept Modeling. Weisen einige Rapid Prototyping Modelle einzelne Funktionen auf, die ein späteres Produkt besitzen soll, so werden diese Modelle Funktionsprototypen genannt. Analog wird der Herstellungsprozess auf einer Rapid Prototyping Anlage dann Functional Prototyping gesprochen. Diese Modelle dienen auch der Absicherung von Produkteigenschaften.

3 2 Workflow Rapid Prototyping Bis zu einem fertigen Rapid Prototyping Bauteil müssen mehrere Schritte durchgeführt werden. Zuerst muss ein kompletter 3D-Datensatz vorhanden sein, dies geschieht in der Regel über ein CAD-Programm. Danach muss der 3D-Datensatz des Bauteils in geometrische Schichtinformationen überführt werden. Zum Abschluss werden die Schichtinformationen einer jeden Einzelschicht in einer zu erzeugenden Schicht umgesetzt. 2.1 Externe Datenfluss und Schnittstellen Als Ausgangsbasis für den ersten Teilprozess, muss die Geometrie des Bauteils in einem vollständigem 3D-Volumenmodell als CAD-Datei vorliegen. Ein CAD-Datensatz wird auch als digitales oder virtuelles Produktmodell bezeichnet. Das Datei-Format spielt hier keine wesentliche Rolle, diese ist abhängig von dem ausführenden CAD-Programms, wichtig ist allerdings, dass das CAD-Programm über eine geeignete Schnittstelle (Interface) verfügt. Unter I-DEAS 11 und I-DEAS 13 ist die Schnittstelle schon als Rapid Prototyping File gekennzeichnet. Weiterhin muss die Konstruktion des Bauteils sauber und ohne Lücken sein. Dies kann z. B. unter I-DEAS 11 anhand der Properties überprüft werden. Hier kann der Button Calculate betätigt werden (bei markierten Bauteil), nach kurzer Berechnung werden danach fehlerhafte Flächen und das Volumens eines Bauteils in Maßwerten angezeigt. Dies reicht zur Überprüfung der Vollständigkeit eines Bauteils aus. Gängige Rapid Prototype-Dateien sind: - STL-Format - CLI/SLC-Format - VRML- und PLY-Format Zusätzlich müssen zur generativen Fertigung eines Bauteils (neben den Geometriedaten) weitere material-, verfahrens- und anlagenspezifische Daten erzeugt werden. Diese Daten werden mit Hilfe von weiteren Programmen erstellt, diese gehören entweder zur RP-Anlage (werden vom Hersteller mitgeliefert, auch als Frontend Software bezeichnet) oder externe Programme von Dritt-Anbietern (Bezeichnung hierfür: third party software ). Diese Programme legen zusätzlich die optimale Baurichtung (Orientierung des Bauteils im Bauraum), die Platzierung auf der Bauplattform und verfahrensspezifische Besonderheiten fest. Unter verfahrensspezifische Besonderheiten zählen die Stützen, Entlastungsschnitte oder Bases. Unter Stützen versteht man das beigefügte Stützmaterial (Supportmaterial), welches den sicheren Stand des zu fertigenden Bauteils dient. Dadurch können Bauteile auch geneigt oder stehend produziert werden. Bei der optimalen Bauraum-Nutzung können mehrere Bauteile nebeneinander gesetzt und produziert werden. Dies wird ebenfalls durch Programme gelöst, die die Bauteile Platz sparend auf der Bauplattform positionieren. Bei einigen Verfahren, etwa dem Sinterverfahren, können die Bauteile auch in- und übereinander auf der Plattform angeordnet werden.

4 2.2 Datei-Formate Nachdem das Bauteil (Part) als 3D-Volumenbauteil vorliegt, muss dieses Bauteil in mathematisch gleiche Schichten zerlegt werden. Dies ist notwendig, damit die Maschine die Schichten in der Kontur festlegen kann. Den Fachbegriff für diesen Vorgang nennt man Slicen, dieser Begriff steht für die Erzeugung der einzelnen Schichten. Dazu gibt es im Wesentlichen zwei Verfahren: - Das STL-Format: Die Triangulation der Oberfläche eines Bauteils. - Das CLI- (SLI-) Format: Das direkte Schneiden des Bauteils. Je nachdem welche Anlage das zu fertigende Bauteil herstellt, benötigt jedes Rapid- Prototyping-Verfahren sein eigenes Datei-Format. Allerdings sind fast alle Anlagen mit der STL-Formulierung vertraut. Datei-Formate werden benötigt, um die zu fertigenden dreidimensionalen Bauteile auf diesen Anlagen ausplotten zu können. Das heißt in diesen Dateien (STL-, SLC-,...Dateien) sind in der Regel alle Bauteilinformationen in Form von Layern enthalten. Oder in dreieckigen Facetten, in Form einer Oberflächengeometrie. Das älteste und noch führende Datei-Format ist hier die STL-Datei, dieses Format ist immer noch der Maßstab zu den neuen Dateiformaten. Sie ist sehr leicht zu lesen und lässt Änderungen durch externe Programme zu. Das heißt in erster Linie die Reparatur solcher Dateien, die nicht korrekt durch das CAD Programm herausgeschrieben wurden STL-Format Bei dem STL-Format handelt es sich um eine Standartschnittstelle von CAD-Programmen zu den Rapid Prototyping Anlagen. Jedes Bauteil welches auf einer RP-Anlage in 3D ausgeplottet werden soll, muss unter einem CAD-Programm in eine STL-Datei umgewandelt werden. STL bedeutet übersetzt Surface Tessellation Language oder auch Standard Triangulation Language. Bei der Erstellung eines STL-Formats mit einem beliebigen CAD-Programm (in diesem Fall hier: I-DEAS 11 und I-DEAS 13), wird auf der Oberfläche eines 3D-Körpers, mit Hilfe von Dreiecksfacetten, eine triangulierte Fläche erstellt. Die Oberfläche wird dadurch mit Hilfe von dreieckigen Ebenen vernetzt. Je feiner hierbei die Vernetzung der Oberfläche, desto genauer wird eine Bauteil- Oberfläche unter einer Rapid Prototyping Anlage wiedergegeben. Wobei man hier eigentlich nicht von Vernetzen sprechen sollte, da dieses Vernetzen nichts mit einer FEM-Berechnung zu tun hat und auch kein richtiges Netz im Sinne von der Finite-Elemente-Methode entsteht. Von besonderer Bedeutung sind die Freiformflächen und/oder zylindrische Flächen von dreidimensionalen Bauteilen, hier sollte ein feineres Oberflächennetz aus Dreiecken vorliegen. Dies ist in Bezug zur Passgenauigkeit und Sitz zu anderen Bauteilen von enormer Bedeutung, da ein dreieckiges Netz eine ebene Fläche wieder spiegelt. Sind diese Netze zu groß, entstehen mehrere, wenn auch kleine, Ebenen.

5 2.2.2 CLI-/SLC-Format Die CLI- (SLI-, SLC-) Schnittstelle auch als konturorientierte Schnittstelle genannt, enthält die Geometrie-Daten jeder einzelnen zu fertigenden Schicht eines Bauteils. Die Schnitterzeugung erfolgt direkt im CAD-Programm (genau gesehen in der Schicht), wobei die Informationen ausreichen, um direkt neben der Kontur auch Schraffierungen angeben zu können, damit die Kontur vollständig beschrieben wird. Hierbei wird die Höhenkoordinate genutzt, um das 3D-Bauteil mathematisch exakt schneiden zu können. Vom Programm werden die äußere und innere Berandung und Schraffierungen der Querschnittsflächen unterschieden. Die CLI-Schnittstelle ist eine systemübergreifende anlagenneutrale Form der Datenübergabe, sie beinhaltet nicht die anlagenspezifischen Zusatzinformationen zu den geometrischen Grunddaten. Die Zusatzdaten für die spezifische Anlage beinhaltet nur eine Slice- (SLI-, SLC-) Datei, diese Datei ist dann allerdings nicht zwischen den verschiedenen RP-Anlagen austauschbar. Im CLI-File sind somit alle Schnittkonturen eines Bauteils enthalten, auch hier können Fehler, die bei der Erstellung des CLI-Files im CAD-Programm entstehen, zu Ausschuss-Produkten auf der Rapid Prototyping-Anlage führen. Diese können z.b. fehlerhafte Innen- und Außenkonturen beinhalten. Bei einer Stereolithografie-Anlage führt das zum Abbruch des Systems, das Werkstück kann nicht gefertigt werden. Dagegen wird bei fehlerhafter Definition der Kontur ein Bauteil gefertigt, allerdings mit der Folge, dass das Bauteil z.b. keine Hohlräume besitz (obwohl das Werkstück einen Hohlraum besitzen sollte), oder schlichtweg kein gesamtes Volumen gebaut wird. Einen Vorteil gegenüber STL-Dateien besitzt die CLI- bzw. SLC-Datei, die Datei enthält die direkte Generierung der Schichtinformation. Allerdings besitzt sie auch Nachteile, diese legen in der Skalierbarkeit der Bauteile. Bei Änderung der Skalierung muss im CAD-Programm eine neue Datei herausgeschrieben werden. Bei STL-Dateien spielt dies keine Rolle, diese lassen sich auch nachträglich noch skalieren. Allerdings muss dazu gesagt werden, dass bei einer Vergrößerung des Bauteils auch das Netz gröber wird, welches nicht unbedingt ein Vorteil sein muss PLY- und VRML- Format Mit dem PLY-Format ( Polygon-File -Format) oder dem VRML-Format ( Virtual Reality Modeling Language -Format) ist es möglich auch mehrfarbige Bauteile herzustellen. Des Weiteren ist dieses Format in der Lage Bauteile mit kontinuierlich über den Querschnitt veränderliche Eigenschaften zu ermöglichen und herzustellen (auch Graded Materials genannt). Diese Art der Datensätze ist mit den STL-Dateien nicht möglich, da STL-Dateien geometrieorientiert aufgebaut sind. Es gibt zwar Möglichkeiten den einzelnen Dreiecken Information zu zuschreiben, allerdings haben sich solche Formate in der Industrie nicht durchgesetzt. Entstanden ist dieses Format aus weborientierten PC-Spielen mit virtuellen 3D-Welten, hier werden die charakteristisch beweglichen Spielfiguren mittels triangulierten Hüllmaschen versehen. Gleichzeitig werden Farbzuweisungen auf die geometrischen Daten gelegt. Im Gegensatz zu dem STL-Format ist das VRML-Format seit dem Dezember 1997 standardisiert worden. Aufgrund des hohen Informationsgehalts zu den triangulierten Flächen, hat es das Potential das STL-Format auf lange Sicht hin abzulösen.

6 3 3D-Druck des Turbokompressors In einem vorherigen Projekt ist ein radialer Turbokompressor berechnet und modelliert worden. Diese CAD-Bauteile sollen nun einzeln zum Druck aufgearbeitet werden. Dazu müssen die Bauteile in ein neues Format (STL-Format) überführt werden. Die Größe und zwangsläufig die damit verbundenen Kosten und die bestmögliche Qualität der Bauteile müssen bestimmt und ermittelt werden. 3.1 Einzelne Komponenten des Turbokompressors Im folgenden Verlauf wurden fünf Hauptgruppen gebildet. Darunter die Lagerung, das Spiralkörper-Gehäuse, das Gestell, die Antriebseinheit und die idealisierten Schraubenverbindungen Lagerung Unter der Lagerung wurde das obere und unter Gehäuse, die Gehäusedeckel, die Radial- und Axial-Lager, die Welle, und die Labyrinth-Dichtungen als eine Baugruppe abgegrenzt. Diese Bauteile werden im Folgenden im Vergleich zwischen der virtuellen CAD- und dem RP-Modell dargestellt und verglichen Gehäuse Um dem Gehäuse die annähernd reale Gestalt zu vermitteln, wurden nachträglich Bohrungen angebracht. In der oberen Gehäuseschale dienen sie der Zuführung des benötigten Öles für die hydrostatischen Lager. Im unteren Teil des Gehäuses wurden nachträglich Kanäle implementiert, die das Öl in dem größeren Teilbereich des Gehäuses zurückführen sollen und durch eine weitere Bohrung in den Ablaufschlauch zurückführen kann. Von dort gelangt das Öl zurück zum externen Ölbehälter, wo es optional gereinigt und gekühlt werden kann. Des Weiteren wurden Nuten in die Lagersitze eingebracht, diese dienen als Rutschsicherung für die Axial- und Radiallager. Die Nuten dienen zur Aufnahme eines Bolzens, der in den einzelnen Lagertragschalen sitzt Untere Gehäuse Im Bild sind die kleinen Nuten zu erkennen, dies ist für die Rutschsicherung der Lager vorgesehen worden. Diese werden benötigt, damit die Lager sich nicht im Lagerstuhl verdrehen können. In der größten Kammer befindet sich die Ablaufbohrung. An der Unterseite kann ein Ablaufschlauch für das Öl angeschraubt werden.

7 Bild Am realen Modell sind die Nuten und die Ölkanäle ebenfalls vorhanden. Im Bild ist auch im größeren Bereich des Gehäuses die Ablaufbohrung vorgesehen. Bild Im Bild ist die Bohrung zu erkennen, diese zieht sich durch das ganze Gehäuse und dient dazu das Öl in die größere Kammer zurückzuführen.

8 Bild Am RP-Modell (Bild 3.1-4) ist die vordere Ansicht gegeben, hier sind die Bohrungen für die Gehäusedeckel und der Ölkanal zu erkennen. Bild Obere Gehäuse

9 Das obere Gehäuse (Bild 3.1-5) wurde ebenfalls modifiziert, an dem Gehäuse wurden die Ölkanäle für die Zuführung des Öles zu den Lagern hinzugefügt. Bild Diese Änderung erfolgte auch an dem RP-Modell (Bild 3.1-6). Bild 3.1-6

10 Das gleiche virtuelle Bauteil in der Innenansicht (Bild 3.1-7). Dort wo die Ölkanäle enden, liegt der Bereich der Lager mit ihrer Nut. In der Nut wird der Öldruck aufgebaut für die Schmierung der Welle und der Segmente. Bild Am RP-Modell ist die gleiche Ansicht gegeben (Bild 3.1-8). Hier liegen die Ölkanäle passgenau zu den Nuten der einzelnen Lager. Bild 3.1-8

11 Gehäusedeckel und Labyrinth-Dichtungen Die Gehäusedeckel wurden in ihren Bohrungsdurchmesser für die Verschraubung leicht vergrößert. Im Bild ist der Gehäusedeckel für das Laufrad zu erkennen. Für die Aufnahme der Labyrinth-Dichtung wurde hier eine Tasche eingearbeitet. Im Bild ist die Rückseite des Gehäusedeckels zu erkennen. Bild 3.1-9

12 Bild In den nächsten zwei Bildern (Bild und Bild ) sind die Vorderansicht und die Rückansicht für den Gehäusedeckel zum Wellenende zu sehen. Der Gehäusedeckel hat eine veränderte Aufnahme, der Deckel wurde an die Form der Welle angepasst. Die Welle besitzt am Gehäusedeckel einen Absatz. Die Rückseite des Gehäusedeckels ist identisch mit dem Gehäusedeckel zum Laufrad. Bild

13 Bild Im nächsten Bild (Bild ) ist die Labyrinth-Dichtung dargestellt, diese ist für beide Gehäusedeckel identisch. Die Dichtung wird in die Gehäusedeckel gepresst. Bild Zum Vergleich die RP-Bauteile im Bild , links ist der Gehäusedeckel zum Wellenende, rechts der Gehäusedeckel zum Laufrad. Darunter befinden sich die Labyrinth-Dichtungen.

14 Bild Die Gehäusedeckel-Außenseite ist bei beiden Deckeln identisch, bis auf den Bohrungsdurchmesser für die Welle. Im Bild ist dies zu erkennen. Bild

15 Lager Unter den Lagern sind für den Turbokompressor je zwei Axiallager und zwei Radiallager vorgesehen. Die zwei Axiallager sind von den Maßen und dem Aufbau völlig identisch, ebenso die zwei Radiallager. Aus diesem Grund werden in den folgenden Absätzen jeweils nur ein Lager vorgestellt Radiallager Die Radiallager wurden gegenüber dem zweiten Diplom stark verändert. Diese sollten so realistisch wie möglich aufgebaut sein. Dabei entsprechen die Lager denen der Firma Sartorius. Allerdings lagen nicht alle Maße für die Konstruktion vor, daher mussten viele Maße realistisch angenommen werden. Im Detail können die Kataloge eingesehen werden, bzw. es wird auf die erste Diplom-Arbeit hingewiesen. Im Bild ist der untere Lagertragkörper dargestellt. In diesem Tragkörper wurden Bohrungen vorgesehen, um die Gelenkstifte, Düsen, Rutschsicherung und Schrauben aufnehmen zu können. In der äußeren Nut wird das Öl gesammelt und durch die Düsen auf die Welle gespritzt. Bei den grünen Bauteilen handelt es sich um die Düsen. Diese liegen später zwischen den Segmenten frei. Die roten Bauteile sind die Gelenkstifte, diese tragen die Segmente und verhindern ein Rutschen dieser. Ebenfalls im Bild ist im unteren Bereich die Rutschsicherung zu erkennen. Diese verhindert, dass das Lager sich unkontrolliert mit der Welle drehen kann. Bild Im nächsten Bild (Bild ) sind die Segmente eingesetzt worden, auf diesen Segmenten wird die Welle gelagert und geschmiert.

16 Bild Um das Lager im Lagerstuhl nicht axial rutschen zu lassen, wurden Distanzringe eingefügt, diese stützen sich am Gehäuse ab und garantieren den optimalen Sitz. Diese werden ebenfalls mit Schrauben gesichert (Bild ). Bild Im nächsten Bild (Bild ) ist eine Düse dargestellt, diese sitzt später im Lagertragkörper.

17 Bild Auch der Gelenkstift (Bild ) findet seinen Platz im Lagertragkörper. Durch die kugelige Aufnahme kann das Segment leicht kippen, dies ist wichtig um einen Ölkeil zwischen Segment und Welle aufbauen zu können. Bild Die vorhanden Segmente wurden um eine Bohrung erweitert, die Bohrung dient als Aufnahme für den Gelenkstift (Bild ).

18 Bild Die Rutschsicherung ist im Bild für das Lager zu erkennen. Diese hat ebenfalls eine Nut, um den Stift aus dem Lager herausziehen zu können. Bild Im nächsten Bild (Bild ) ist der komplette Aufbau eines radialen Lagers zu erkennen. Der Aufbau mit dem unteren Lager ist zum oberen Lager identisch. Nur wurden hier Taschen eingearbeitet, die die Schraubenköpfe im Lager verbergen.

19 Bild Zum Vergleich mit den RP-Modellen, ist im Bild , ein komplettes auseinander gebautes Radiallager dargestellt. Es empfiehlt sich die Gelenkstifte und Düsen nicht auszubauen. Diese sind, aufgrund der geringen Durchmesser der Bauteile, sehr zerbrechlich. Bild Im nächsten Bild (Bild ) sind die Segmente an die Gelenkstifte angebracht worden. Dazu sollte ein vorsichtiges Andrücken reichen. Erstaunlich ist die Beweglichkeit der Segmente. Diese lassen sich, wie am echten Lager, leicht kippen.

20 Bild Der komplette Zusammenbau ist am RP-Modell im Bild zu erkennen. Durch die vier Schrauben werden die Lagerhälften zusammengefügt.

21 Bild Axiallager Ebenso, wie die Radiallager, wurden die Axiallager unter der CAD-Zeichnung realitätsgetreu nachgebildet. Im Bild ist der Lagertragkörper zu erkennen. Dieser Lagertragkörper wurde um mehrere Bohrungen, für die Düsen und Schrauben, erweitert. Auch befinden sich im Inneren des Körpers Ölkanäle, diese drücken das Öl durch die Düsen auf die Welle. In dem Bild wurde die Rutschsicherung schon eingefügt. Die Rutschsicherung ist der orange eingefärbte Stift. Dieser soll identisch, wie bei den Radiallagern verhindern, dass die Lager mit der Welle drehen. In der Nut sind die Bohrungen zu erkennen, in diesen Bohrungen wird das Öl zu den Düsen geleitet.

22 Bild Im Bild ist eine einzelne Düse dargestellt worden, im Inneren der Düse befinden sich Ölkanäle, die das Öl beim herausspritzen streuen sollen. Dies gewährt eine bessere Ölschmierung der Segmente mit der Welle. In der Aufnahme für einen Sechskant-Schlüssel, befindet sich ebenfalls eine Düse. Die Düsen werden in den Tragkörper hineingeschraubt. Bild Das Segment (Bild ) hat seitlich Nuten, in diese Nuten wird der tellerförmige Rand der Düsen als Halter eingeführt. Die Düsen und Segmente müssen abwechselnd auf den Tragkörper angebracht werden.

23 Bild Im Bild ist die Rutschsicherung für das Axiallager zu erkennen. Bild Im Bild ist ein Nasenstift zu erkennen. Dieser Stift hält die zweigeteilten Lager zusammen. Dazu wird der Stift, in den oberen Kontaktflächen der Tragkörper, zweimal eingeschraubt. Dabei muss auf die Stellung der Nase geachtet werden.

24 Bild Im Bild ist dies dargestellt. Auch ist im Bild die Anordnung der Düsen und Segmente zu erkennen. Bild Im Bild werden Distanzringe benötigt. Diese werden ebenfalls an den Lagertragkörper durch eine Verschraubung angebracht.

25 Bild Im folgenden Bild (Bild ) wird nun die obere Hälfte auf die untere Hälfte gesetzt und mit der Kombination Nasenstift und Befestigungsschraube zusammen gehalten. Die grünen Schrauben sind in diesem Fall die Befestigungsschrauben. Der obere Aufbau ist identisch mit dem unteren Aufbau. Bild Im Bild ist eine solche Befestigungsschraube zu erkennen. Die Befestigungsschraube hat ein kegeliges Ende, dieses kegelige Ende passt direkt in den Nasenstift und verankert sich dort.

26 Bild Den Mechanismus der Befestigung ist im Bild zu erkennen. Das kegelige Ende der Schraube, drückt das obere Lager fest mit dem unteren Lager zusammen. Das obere Lager besitzt die Bohrung für den Nasenstift, als auch die kegelige Schraube. Bild Im Ganzen sieht das axiale Lager wie im Bild aus.

27 Bild Der Vergleich mit den RP-Bauteilen ist im Bild zu erkennen. Dazu wurde das komplette Lager dargestellt. Die Düsen und Segmente, sind am Lagertragkörper vormontiert. Bild Im Bild sind die Distanzringe an die Lagertragkörper angefügt worden, dazu dienten die idealisierten Schrauben als Steckverbindungen.

28 Allerdings sollte darauf verzichtet werden die Nasenstifte zu Nutzen, ebenso die Befestigungsschrauben, diese sind zu klein um sie Nutzen zu können. Bild Welle Die Welle ist das Herzstück des Turbokompressors. Diese musste so gut wie Möglich als RP- Modell ausgedruckt werden. Wäre die Welle gebogen gewesen, durch Eigenverzug, hätte diese nicht mehr gepasst. Allerdings war der Querschnitt der Welle nach dem Druck leicht oval. Daher musste die Welle in der eigenen FH Werkstatt leicht abgedreht werden. Die Welle ist auch das einzige Bauteil, welches nicht mit den höchsten Genauigkeitswerten ausgedruckt wurde. Im Bild ist die Welle in der Vorderansicht zu erkennen. Im nachfolgenden Bild (Bild ) ist sie in der Rückansicht zu sehen.

29 Bild Bild Als RP-Bauteil ist die Welle (Bild ), wie oben erwähnt, nachgearbeitet worden.

30 Bild Aus fertigungstechnischen Gründen wurde konstruktiv die Welle erneuert. Diese besitzt nun drei einzelne Parts und wird mit einem Querpressverband später ineinander geschoben. Auf den folgenden Bildern kann die Konstruktion der Welle in ihrer fast neuen Gestalt nachvollzogen werden. Im Bild sind die zwei Wellenstummel zu erkennen. Durch ein Mittelstück (Bild ), welches die Wellen aufnimmt, wird die Welle komplettiert. Diese Welle stand als Ersatz bereit, für einen möglichen misslungenen Druck der oberen Welle.

31 Bild Bild Zu dieser Welle gibt es kein RP-Modell, da ein mehrmaliger Ausdruck ein und desselben Bauteils keinen Sinn ergibt Spiralkörper-Gehäuse

32 In der Baugruppe Spiralkörper-Gehäuse, wurde die Rückwand, Labyrinth-Dichtung der Rückwand, die Spirale selbst, der Ansaugstutzen, der Spinner und das Laufrad vereint. Dies ebenfalls wieder mit den vergleichenden Bildern zu den RP-Bauteilen Spiralkörper Nach Untersuchungen durch einen Mitarbeiter von Herrn Prof. Dr. Geller ergab sich eine Änderung der Querschnitte der Spirale. Durch diese Änderung der Spirale wurde die Strömung innerhalb der Spirale optimiert und verbessert. Diese Verbesserung (Optimierung) wurde in dieser Diplom-Arbeit übernommen. Daher wurden die Querschnitte der Spirale geändert, anhand einer Excel-Datei lassen sich die neuen Querschnitte der Spirale nachvollziehen. Die Zunge, der Flansch und die anhängenden Füße wurden nicht verändert. Im folgendem Bild (Bild ) ist eine Excel-Tabelle zu erkennen. In dieser Tabelle sind die neuen und die alten Querschnittswerte verzeichnet. Nach den neuen Querschnitten wurde die Spirale modifiziert. Die rechte Spalte ist die neue aktualisierte Berechnung, in Bezug zu den Durchmessern in Abhängigkeit zu den Winkeln. Bild Im Bild ist die Spirale zu erkennen. Hier in der optimierten Darstellung.

33 Bild Der innere Durchbruch durch den Diffusor, hat sich zu der alten Geometrie nicht geändert. Im Bild ist der Blick in den Diffusor zu erkennen, hier ist der Durchbruch zu sehen. Bild Als kleine Änderung wurde der Abstand der Nuten um ein paar Millimeter erweitert. Im Bild ist der Spiralkörper-Fuß mit den Nuten zu erkennen.

34 Bild Im realen Modell sieht die Spirale wie folgt aus (Bild ), dies ist auch das größte aller Bauteile. Der Tray wurde fast vollständig von der Spirale ausgefüllt. Bis auf einen kleinen Verzug am Flansch und an der äußeren Kante der Füße, lief dieser Druck problemlos vonstatten. Nachteilig ist hier nur die Entfernung des Stützmateriales gewesen, das Material ist kaum heraus spülbar gewesen. Bild

35 Im nächsten Bild (Bild ) ist der Blick von oben in die Spirale möglich. Der Durchbruch ist gut zu erkennen. Bild Rückwand mit Leitschaufeln und Labyrinth-Dichtung Bei der Rückwand wurden ebenfalls die Bohrungen für die Schrauben leicht vergrößert, des Weiteren wurden die Leiträder mit der Rückwand verschmolzen. Dies geschieht mit dem Befehl Join. Das neue Bauteil ist im Assembly unter Komplette Bauteile zu finden. Im folgendem Bild (Bild ) ist die Rückwand zur Spirale noch ohne der Labyrinth- Dichtung zu erkennen. Auf Bild (Bild ) ist die Rückansicht des Bauteils zu erkennen.

36 Bild Bild Im nachfolgendem Bild (Bild ) ist die Labyrinth-Dichtung für die Rückwand zu erkennen. Diese wird in die Rückwand eingepresst und dichtet das Spiralgehäuse ab. Im Bild ist die Dichtung in der Rückwand eingepresst zu sehen.

37 Bild Bild Als RP-Bauteil ist im Bild die Rückwand mit der Labyrinth-Dichtung zu erkennen. Leider sind die kurzen Spitzen der Dichtungen sehr empfindlich, daher sollte die Welle vorsichtig durch die Labyrinth-Dichtung geschoben werden.

38 Bild Eine detaillierte Darstellung über die Labyrinth-Dichtung, gibt das Bild wieder. Bild

39 Laufrad Das Laufrad musste für den RP-Modell Ausdruck, erst unter I-DEAS mit dem Befehl join aus dem Laufrad-Sektor, gepattert werden. Danach konnte das Bauteil als STL-Datei heraus geschrieben werden. Im Bild ist das virtuelle Modell unter I-DEAS zu erkennen. Als RP-Bauteil ist das Laufrad im Bild in liegender Position abgelichtet worden. Bild

40 Bild In der nächsten Darstellung (Bild ) ist das Laufrad in der Rückansicht zu sehen. Bild Das RP-Modell im Bild ist dazu ebenfalls in der Rückansicht zu sehen.

41 Bild Spinner Der Spinner zu dem Laufrad ist im Bild zu sehen. Im Bild ist er in der isometrischen Rückansicht zu erkennen. Bild

42 Bild Dazu im Vergleich das RP-Bauteil im Bild in der Draufsicht. Bild In der Rückansicht ist der Spinner auf Bild zu sehen. In diesem Bild ist gut die Bohrung als Aufnahme für die Welle zu erkennen.

43 Bild Ansaugstutzen Bei dem Ansaugstutzen wurden jeweils vorne (Flansch) und hinten (Aufnahme der Spirale) die Schneidteile in ihrer Assoziativität gebrochen. Danach wurden die Bohrungen von Hand direkt am Bauteil durchgeführt. In diesem Zug wurden auch die Bohrungen vom Durchmesser her leicht vergrößert. Im Bild ist der Ansaugstutzen als CAD-Modell zu erkennen. Dazu der Vergleich mit dem Ausgedruckten-Modell (Bild ). Das Modell musste ebenso wie die Rückwand, an den Flanschdurchmessern nachgearbeitet werden.

44 Bild Bild Dazu die Rückansicht des CAD-Modells (Bild ), im Vergleich zu dem RP-Modell (Bild ).

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