Laderwellen-Torsionsbrüche durch Drehbeschleunigung?

Hallo,

ein Bekannter berichtete mir von einem TDI-Tuner, der im Rahmen von Individualabstimmungen dazu neigt, Lader zu verschleißen, indem er fast reihenweise Torsionsbrüche der Welle produziert.
Sein Motto ist ungefähr "Ladedruck ist durch nichts zu ersetzen, außer durch mehr Ladedruck". Dementsprechend läßt er den LD beim Gasgeben fast ungehemmt hochschnalzen und toleriert Überschwinger z.B. bis 3 bar (abs) mit dem GT1749VA meines Bekannten.

Dieser meinte nun, die Wellenbrüche kämen von der Beschleunigungs-Torsion der Laderwelle beim Übergang Schub -> Volllast.
Das erscheint mir ziemlich unglaublich, da die Welle ja nur über Turbinen-Hebelarme von max. 2 cm "weich angeblasen" wird, aber keinen Kontakt zu festen drehmoment-übertragenden Teilen (wie Zahnräder o.ä.) hat.

Nach der Taschenformel
kw = Nm * rpm / 9550 bzw. Nm = kW * 9550 / rpm
kann man die Größenordnungen der Drehmomentbelastung einer Laderwelle abschätzen: z.B. 20kW eingespeiste Turbinenleistung @ 100.000 rpm ergeben sage und schreibe 1,91 Nm Torsionslast. Wie will man damit eine Stahlwelle von geschätzt 3 mm Stärke oder mehr abscheren?

Meine Erklärungen für die Torsionsbrüche lauten daher eher:

1. Überdrehzahlen des Laufzeuges in Verbindung mit Rest-Unwuchten (im Rahmen der Spezifikation) verbiegen die Welle bis zur Berührung eines Läufers mit seinem Gehäuse. Erst die dabei entstehenden Bremsimpulse erzeugen Belastungen, die die Laderwelle abscheren lassen.

2. Der Tuner schießt den Lader im Drehzahlkeller bis weit in dem Pumpbereich, der durch schlagartige Wechsel von Durchdrehen und Grip zwischen Verdichterläufer und Frischluftstrom gekennzeichnet ist.
Beim Übergang von Durchdrehen auf Grip könnten IMO die stärksten denkbaren Gaskräfte als Bremsimpulse auf den Verdichterläufer wirken, während Welle und Turbinenläufer ihre hohe Drehzahl beibehalten wollen. Diese hohen gaskraftbedingten Torsionsimpulse könnten die Laderwelle IMO noch am ehesten abscheren - analog dem brutalen Ruckeln, wenn man mit einem starken TDI auf welliger (feuchter) Piste ohne ESP z.B. im 2. Gang Vollgas gibt, der Reifen in den Tälern durchzudrehen beginnt und am nächsten Berg wieder Haftung bekommt.

Was meint Ihr dazu?

Hm...genau darüber habe ich mir auch schon gedanken gemacht, da diese schlagartigen Lastwechsel sicher nicht nur für den Lader eine enorme Belastung darstellen...
Auch Aufgrund dieser Überlegungen haben wir bei meinem Ibiza nun auch in der endgültigen Abstimmung gestern etwas Leistung und LD zurückgenommen um einen insgesamt harmonischeren Verlauf zu bekommen. Als angenehmer Nebeneffekt ist das Auto fahrbarer und da die Bauteile wie Lader und PDEs jetzt nicht bis zum letzten ausgereizt werden auch mechanisch haltbarer.

Diesen Effekt des schlagartigen Abbremsens kann man übrigens mit einen einfachen experiment ziemlich gut verdeutlichen. Man nehme einen Schraubenzieher mit rundem Schaft (nicht Griff!) Und schiebe ein beliebiges, rundlaufendes Metallteil mit leicht größerer Bohrung darüber. Wenn man nun mit einer Pressluftpistole das MetallTeil zum Rotieren bringt, läßt es sich bis zu einer bestimmten Drehzahl hochjagen, bis plötzlich ein schlagartiges Verreissen des Metallteiles eben jenes schlagartig zum Stillstand bringt. Das hinterläßt eine ziemliche Kerbe am Schraubenzieher und gibt einen anständigen Ruck am Griff...und das, obwohl hier nicht mal ansatzweise die Drehzahlen einer Laderturbine erreicht werden.

Ich vermute also das die von Dir beschriebenen Torsionsschäden durch zu hohe Drehzahlen am Läufer verursacht werden, sodaß im Grenzfall meiner meinung nach das Turbinenrad mit dem Gehäuse in Berührung kommt, vielleicht nur kurz, dadurch aber eine unwucht entsteht die zum sofortigen Stillstand und Bruch der Welle führt...

Lg Alex

Nun, ich kann mir das so gar nicht vorstellen, die Momente sind doch gering, könnte man abschätzen mit Laderleistung und Drehzahl.
Tippe eher auf Vibration oder eben dadurch Gehäusekontakt.

Man sieht es auch an der Bruchfläche ob Dauer- bruch oder Gewaltbruch und auch ob Torsion oder Biegung. Wenn man denn was davon versteht.

Also ich habe bisher nur Biegebrüche gesehen.
Die kommen einfach von den Beanspruchungen der Welle wenn sich das Laderrad (am äusseren Rand) nahe der Schallgrenze bewegt und sich dann am offenen Einlass vorbeibewegt. Die Stoßwellen die sich dann an den Kanten des Einlasskanals und den Laderschaufeln bilden sind nicht von schlechten Eltern.

Torsionsbrüche? ... Wüsste nicht woher.

Das Problem mit dem Gripverlust und plötzlichen Wiederaufbau ist nicht zu unterschätzen denk ich.
Noch dazu kommt, das bei bzw ab gewissen Leistungssteigerungen das ESP es bei nasser Piste gar nicht mehr schafft, Leistung schnell genug zurückzunehmen. Ist mir gestern wieder passiert, zuviel Gas gegeben, die Räder verlieren den Grip, ESP blinkt kurz auf, von einem Regeleingriff ist jedoch nicht mehr wirklich was zu spüren. Dazu kommt, das man bei unvorsichtiger Fahrweise keine Chance hat, den Motor vor zu hohen Drehzahlen zu schützen. Durch den Gripverlust fällt die Last zum großen Teil weg, der Motor dreht schlagartig hoch, (möchte nicht wissen was da für Überschwinger produziert werden) und selbst wenn man sehr schnell reagiert, läßt sich durch die Massenträgheit nicht verhindern das sehr ungesunde Drehzahlen erreicht werden...

@ulf:
Kann man deiner Meinung nach ein Erreichen der Pumpgrenze hören? Hatte da letztens den Eindruck das der Abgasstrom unter Last nicht mehr gleichmäßig klang, sondern eher wie ein Stakkatto...

Lg Alex

Hallo zusammen,

ich kann mich Bertil und Christans anschliessen, Torrisonsbrüche kenne ich nicht beim Überdrehen des Turbos.
IMA schlagen die Schaufeln beim Überdrehen am Gehäuse an, wodurch die Welle verkantet und bricht (s.o.)
Treibt man den Trubo in die Pumpgrenze, müssten AFAIK die Schaufeln durch die Stosswellen mechanisch belastet werden und brechen (s.Bertils Post).

Die gebrochenen Turbos, die ich gesehen habe, hatten alle eine 'schöne' glatte Bruchstelle, welches nicht auf einen Torrsionsbruch schliessen lässt.

Bilder von überdrehten Trubos hänge ich mal an.
Dort ist deutlich zu erkennen, dass das Gehäuse schaden genommen hat. Also wieder genau das, was Bertil bereits geschrieben hat.

Kann man deiner Meinung nach ein Erreichen der Pumpgrenze hören?

Ja kann man, der Turbo 'pumpt' hörbar, baut also unregelmässig LD auf und verliert ihn dan wieder. Das Schwingen der Schaufeln überträgt sich auf die Luftsäule.

Gruss Jochen

Könnte es nicht eher sein dass diese Torsionsbrüche bei Überdrehzahlen durch Interferenzen entstanden sind, welche durch die ungünstigen Strömungen im Überschallbereich verursacht wurden? Wenn man sich die Berstgeschrindigkeiten der Verdichterräder anschaut sieht man, dass diese weit über der Überschallgeschwindigkeit von 343m/s liegen. Dass heisst ab c.a. der Mitte des Verdichterrades bildet sich hinter den Schaufeln ein Vacuum, welches bei der Implusion harte Schläge an das Verdichterrad und in weiterer Folge an die Welle weitergibt.
Ich glaube nicht dass durch normale Beschleunigung oder Abbremsen der Turbinen Einheit derartige Kräfte auf der Welle auftreten, dass diese bricht.

Oder aber dass, wie man auf den Bildern sieht, die Verbogenen Schaufeln des Verdichterrades die Konzeptionelle Wucht dermassen zerstört haben, dass die Interferenzen nun durch die Unwucht des selbigen entstehen. Wenn man davon ausgeht dass die verbiegungen der Laderschaufel im Bereich der höchsten rpm der Einheit entstanden sind, dann muss spätestens nach dem Schaden der Schaufeln, die Drehzahl irgendwann abgesenkt werden und somit werden sämtliche Schwingungsbereiche des Turbos durchwandert was somit zum Bersten der Welle führt.