DE102011102251A1 - Method for manufacturing integral bladed rotor disk of integral bladed rotor of fluid flow engine, such as aircraft engine, involves forming integral blade ring by connecting adjacent blades in blade root region by friction stir welding - Google Patents

Method for manufacturing integral bladed rotor disk of integral bladed rotor of fluid flow engine, such as aircraft engine, involves forming integral blade ring by connecting adjacent blades in blade root region by friction stir welding Download PDF

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Abstract

The method involves forming an integral blade ring (4) by connecting adjacent blades (6) in a blade root region by friction stir welding. The integral blade ring is attached at a rotor hub (8) by friction stir welding, where the final processing of a rotor disk (1) is carried out. A welding tool is attached radially inside at blade roots (12) with radially outward facing shoulder surface for welding the blade roots. The welding tool is moved in longitudinal direction of the blade root.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer integral beschaufelten Rotorscheibe, eine integral beschaufelte Rotorscheibe, einen Rotor sowie eine Strömungsmaschine.The invention relates to a method for producing an integrally bladed rotor disk, an integrally bladed rotor disk, a rotor and a turbomachine.

Rotoren für Strömungsmaschinen wie Flugzeugtriebwerke mit integral beschaufelten Rotorscheiben zeichnen sich gegenüber herkömmlich hergestellten Rotoren mit separaten Schaufeln u. a. durch eine höhere mechanische und thermische Belastbarkeit und durch eine verbesserte Strömungsführung aus, wodurch in Kombination eine hohe Verdichtung eingestellt werden kann. Jedoch ist die Herstellung der integral beschaufelten Rotorscheiben verhältnismäßig auf wändig. So sehen beispielsweise bekannte Verfahren vor, die Rotorscheiben mit den Schaufeln aus einem Vollmaterial zu fräsen. Bei einem in der DE 10 2006 033 298 A1 gezeigten alternativen Verfahren wird vorgeschlagen, eine Rotornabe mit Schaufelfüßen mechanisch herzustellen und dann an eine schaufelfußseitige Anschlussfläche Schaufelblattansatzstücke aus einem vorgeformten und endkonturnahen Blechzuschnitt beispielsweise mittels Rührreibschweißen anzubinden. Das Anschweißen der endkonturnahen Schaufelblattansatzstücke ist jedoch kritisch, da die Schaufelblattansatzstücke aufgrund ihrer endkonturnahen Form verhältnismäßig dünnwandig sind und somit zumindest in der Fügezone trotz Rührreibschweißens ein Formverzug auftreten kann. Zum anderen sind derartige Schweißverbindungen in einem von einer Primärströmung durchströmten Ringraum positioniert und somit beim Betrieb der Strömungsmaschine sehr hohen Belastungen ausgesetzt.Rotors for turbomachines such as aircraft engines with integrally bladed rotor disks are distinguished from conventionally produced rotors with separate blades, inter alia by a higher mechanical and thermal load capacity and by an improved flow guidance, whereby a high compression can be set in combination. However, the manufacture of the integrally bladed rotor disks is relatively laborious. For example, known methods provide for milling the rotor disks with the blades from a solid material. At one in the DE 10 2006 033 298 A1 shown alternative method is proposed to produce a rotor hub with blade roots mechanically and then attach to a blade foot side pad blade end pieces of a preformed and near net shape sheet metal blank, for example by means of friction stir welding. The welding of the near-net shape airfoil lugs is critical, however, because the airfoil lugs are relatively thin-walled due to their close-to-net shape and thus may occur at least in the joining zone despite friction stir welding a distortion. On the other hand, such welded joints are positioned in an annular space through which a primary flow flows and are thus subjected to very high loads during operation of the turbomachine.

In der EP 1 830 037 A2 ist beispielsweise ein Rotor gezeigt, an dessen Außenumfang separat hergestellte Schaufeln mittels Tannenbaumfüßen montiert und dann im Außendeckbandbereich miteinander verschweißt werden. Ein derartiger Rotor ist jedoch aufgrund der formschlüssig gehaltenen Schaufeln nicht hochbelastbar.In the EP 1 830 037 A2 For example, a rotor is shown on the outer circumference of separately manufactured blades mounted by means of Fannenbaumfüßen and then welded together in Außenendeckbandbereich. However, such a rotor is not highly resilient due to the form-fitting blades held.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer integral beschaufelten Rotorscheibe für eine Strömungsmaschine zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine einfache Herstellung der Rotorscheibe ermöglicht. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine hochbelastbare und gewichtsoptimierte Rotorscheibe, einen integral beschaufelten gewichtsoptimierten und hochbelastbaren Rotor mit einem ruhigen Laufverhalten und eine Strömungsmaschine mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu schaffen.The object of the invention is to provide a method for producing an integrally bladed rotor disk for a turbomachine, which eliminates the aforementioned disadvantages and enables easy production of the rotor disk. In addition, it is an object of the invention to provide a heavy-duty and weight-optimized rotor disk, an integrally bladed weight-optimized and highly resilient rotor with a quiet running behavior and a turbomachine with an improved efficiency.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Rotorscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14, durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1, by a rotor disk having the features of patent claim 14, by a rotor having the features of patent claim 11 and by a turbomachine having the features of patent claim 12.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer integral beschaufelten Rotorscheibe wird zuerst ein integraler Schaufelkranz durch Verbinden benachbarter Schaufeln im Schaufelfußbereich mittels Rührreibschweißens hergestellt. Dann wird der Schaufelkranz an eine Rotornabe mittels Rührreibschweißens angebunden. Abschließend wird die Rotorscheibe endbearbeitet.In a method according to the invention for producing an integrally bladed rotor disk, an integral blade ring is first produced by connecting adjacent blades in the blade root area by friction stir welding. Then the blade ring is connected to a rotor hub by means of friction stir welding. Finally, the rotor disk is finished.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache Herstellung einer integral beschaufelten Rotorscheibe bei minimaler Nachbearbeitung. Insbesondere ermöglicht dabei das Rührreibschweißen als ein Warm-Pressschweißverfahren das Fügen von nicht als schmelzschweißgeeignet geltenden Werkstoffen. Weiterhin ermöglicht das Rührreibschweißen das Fügen von artfremden Werkstoffen, so dass die Schaufeln bzw. der Schaufelkranz und die Rotornabe aus verschiedenen Werkstoffen bestehen können. Ferner ermöglicht das Verfahren eine gefügeschonende Verbindung, da keine schmelzflüssige Phase auftritt. Dabei werden statische und dynamische Festigkeitswerte erreicht, die die Werte für den Grundwerkstoff zumindest erreichen bzw. überschreiten. Zudem ist an dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, dass Fügenähte nicht im dünnwandigen Schaufelblattbereich positioniert sind, sondern im dickewandigen Schaufelfußabschnitten.The method according to the invention makes it possible to produce an integrally bladed rotor disk with minimal post-processing. In particular, friction stir welding as a hot-pressure welding method makes it possible to join materials that are not considered suitable for fusion welding. Furthermore, the friction stir welding allows the joining of extraneous materials, so that the blades or the blade ring and the rotor hub can consist of different materials. Furthermore, the method allows a gefubeschonende connection, since no molten phase occurs. Static and dynamic strength values are achieved which at least reach or exceed the values for the base material. In addition, it is advantageous in the method according to the invention that joining seams are not positioned in the thin-walled blade area, but in the thick-walled blade root sections.

Um ein Schweißwerkzeug zur Bildung des Schaufelkranzes ungehindert an den jeweils zu fügenden Schaufeln ansetzten zu können und somit eine jeweils durchgehende Axialnaht bilden zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Schweißwerkzeug radial innen an den Schaufelfüßen und somit an einer von den Schaufelblättern abgewandten Seite mit einer radial nach außen weisenden Schulterfläche angesetzt und in Längsrichtung der Schaufelfüße bewegt wird.In order to be able to attach a welding tool to form the blade ring unhindered on each of the blades to be joined and thus to be able to form a continuous axial seam, it is advantageous if the welding tool radially inward on the blade roots and thus on a side facing away from the blades with a attached radially outwardly facing shoulder surface and moved in the longitudinal direction of the blade roots.

Zur Vermeidung eines Nahtdefektes können die Schaufelfüße zumindest ringraumseitig und in Axialrichtung beidseits mit einem Außmaß versehen werden.In order to avoid a seam defect, the blade roots can be provided with an outer dimension on both sides at least on the annular space side and in the axial direction on both sides.

Da der Schaufelkranz bei noch nicht gefügter Rotornabe einfacher zu handhaben ist als die Rotorscheibe, wird bevorzugterweise nach dem Fügen der Schaufeln an den Kranzbereichen das Aufmaß abgetragen, an denen es im weiteren Herstellungsprozess nicht mehr benötigt wird. So kann bspw. verbleibendes ringraumseitiges Material des Schaufelkranzes entfernt werden.Since the blade ring is easier to handle with the rotor hub not yet joined than the rotor disk, the oversize is preferably removed after the blades have been joined to the rim areas, where it is no longer needed in the further production process. Thus, for example, remaining annular space-side material of the blade ring can be removed.

Der gezielte Wärmeeintrag beim Rührreibschweißen ermöglicht u. a., dass vom Nahtbereich entfernt liegende Körperabschnitte der Schaufeln bereits vor dem Fügen auf Endmaß bearbeitet werden können, wodurch ein Nachbearbeitungsaufwand stark reduziert wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Schaufelblätter daher vor der Herstellung des Schaufelkranzes bereits auf Endmaß gefertigt.The targeted heat input during friction stir welding enables, among other things, that of the seam area remote body sections of the blades can be processed before joining to final dimension, whereby a Nachbearbeitungsaufwand is greatly reduced. In a preferred embodiment, the blades are therefore already made to the final dimension prior to the manufacture of the blade ring.

Zur Bildung einer hochbelastbaren Fügeverbindung zwischen der Rotornabe und dem Schaufelkranz ist es vorteilhaft, wenn eine durchgehende Umfangsnaht geschaffen wird und hierzu das Schweißwerkzeug kontinuierlich in Umfangsrichtung bewegt wird.To form a high-strength joint connection between the rotor hub and the blade ring, it is advantageous if a continuous peripheral seam is created and for this purpose the welding tool is moved continuously in the circumferential direction.

Zur Vermeidung eines Nahtdefektes beim Fügen der Rotornabe mit dem Schaufelkranz ist es vorteilhaft, wenn die Rotornabe ebenfalls in Axialrichtung beidseits mit einem Aufmaß versehen ist. Dieses kann bei der Endbearbeitung zusammen mit axial überstehendem Material des Schaufelkranzes beispielsweise mechanisch entfernt werden, so dass die Rotorscheibe eine optimale Geometrie aufweist.To avoid a seam defect when joining the rotor hub with the blade ring, it is advantageous if the rotor hub is also provided in the axial direction on both sides with an allowance. This can be removed, for example mechanically, during finishing together with axially projecting material of the blade ring, so that the rotor disk has an optimum geometry.

Zur Verkürzung des Nachbearbeitungsaufwandes der Rotorscheibe ist es darüber hinaus vorteilhaft vom Nahtbereich entfernt liegende Körperabschnitte, beispielsweise ein Wellenbohrungsabschnitt der Rotornabe, vor dem Fügen auf Endmaß bearbeitet wird.To shorten the Nachbearbeitungsaufwandes the rotor disk, it is also advantageous from the seam area remote body sections, for example, a shaft bore portion of the rotor hub, is processed before joining to final dimensions.

Eine Qualitätsminderung der Umfangsnaht im Ausfädelbereich wie bspw. durch Bindungsfehler lässt sich vermeiden, wenn ein Schweißstift des Schweißwerkzeugs im Ausfädelbereich quer zur Bewegungsrichtung aus der Umfangsnaht herausgezogen wird.A reduction in the quality of the circumferential seam in the Ausfädelbereich such as, for example, by binding errors can be avoided if a welding pin of the welding tool is pulled out in the Ausfädelbereich transverse to the direction of movement of the circumferential seam.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte integral beschaufelte Rotorscheibe zeichnet sich durch eine optimale Geometrie, ein geringes Gewicht und durch eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit aus.An integrally bladed rotor disk manufactured by the method according to the invention is characterized by an optimum geometry, a low weight and by a high mechanical and thermal load capacity.

Ein erfindungsgemäßer integral beschaufelter Rotor hat eine Vielzahl von Rotorscheiben, die jeweils einen Schaufelkranz haben, dessen Schaufeln über jeweils eine axiale Rührreibschweißnaht miteinander verbunden sind, und der über eine umfangsseitige Rührreibschweißnaht mit einer Rotornabe integral verbunden ist. Ein derartiger Rotor zeichnet sich durch eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit, ein geringes Gewicht, eine optimale Strömungsführung, eine verbesserte Verdichtung und durch ein ruhiges Laufverhalten aus.An integrally bladed rotor according to the invention has a multiplicity of rotor disks, each of which has a blade ring, whose blades are connected to each other via an axial friction stir weld, and which is integrally connected to a rotor hub via a peripheral friction stir weld. Such a rotor is characterized by a high mechanical and thermal load capacity, low weight, optimum flow, improved compression and quiet running behavior.

Eine Strömungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor hat einen verbesserten Wirkungsgrad und somit eine hohe Wirtschaftlichkeit.A turbomachine with a rotor according to the invention has improved efficiency and thus high efficiency.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments of the invention are the subject of further subclaims.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:In the following preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to schematic representations. Show it:

1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte integral beschaufelte Rotorscheibe nach einer Endbearbeitung, 1 a section through an integrally bladed rotor disk produced according to the invention after a finishing,

2 einen perspektive Darstellung eines Abschnitts eines integralen Schaufelkranzes, 2 a perspective view of a portion of an integral blade ring,

3 einen Schnitt durch den Schaufelkranz, 3 a section through the blade ring,

4 einen Schnitt durch eine zu fügende Rotornabe, und 4 a section through a rotor hub to be joined, and

5 die erfindungsgemäße Rotorscheibe vor der Endbearbeitung. 5 the rotor disk according to the invention before the finishing.

1 zeigt einen Bereich einer integral beschaufelten Rotorscheibe 1, die einen Teil eines um eine Drehachse 2 rotierenden Rotors einer Strömungsmaschine wie ein Flugzeugtriebwerk bildet. Vorzugsweise ist die Rotorscheibe 1 im Hochdruckverdichter oder im Niederdruckverdichter des Flugzeugtriebwerks positioniert. Die Rotorscheibe 1 hat einen integralen Schaufelkranz 4 mit einer Vielzahl von Schaufeln 6 und eine Rotornabe 8. Der Schaufelkranz 4 ist integral, d. h. einstöckig, mit der Rotornabe 8 ausgebildet, die eine Wellenbohrung 10 zur Anbindung der Rotorscheibe 1 an eine nicht dargestellte Rotorwelle aufweist. 1 shows a portion of an integrally bladed rotor disk 1 , which is part of one around a rotation axis 2 rotating rotor of a turbomachine as an aircraft engine forms. Preferably, the rotor disk 1 positioned in the high-pressure compressor or in the low-pressure compressor of the aircraft engine. The rotor disk 1 has an integral blade ring 4 with a variety of blades 6 and a rotor hub 8th , The scoop wreath 4 is integral, ie single-storey, with the rotor hub 8th formed, which has a shaft hole 10 for connecting the rotor disk 1 has a rotor shaft, not shown.

Die Schaufeln 6 haben jeweils einen Schaufelfuß 12 mit einer radial innen liegenden umfangsseitigen Fügefläche 14 sowie jeweils ein in einem Ringraum 16 angeordnetes Schaufelblatt 18, der von einer Primär- bzw. Hauptströmung durchströmt wird. Die Schaufelblätter 18 erstrecken sich jeweils von einer Plattformfläche 20 und sind vorzugsweise geschmiedet oder mittels elektrochemischer Bearbeitung (ECM/PECM) hergestellt. Zudem haben die Schaufelfüße 12 jeweils einen in Strömungsrichtung betrachtet hinteren Axialvorsprung 22, an dem ein in Richtung des Ringraums 16 orientierter Dichtsteg 24 ausgebildet ist.The shovels 6 each have a blade foot 12 with a radially inner circumferential joining surface 14 as well as one in an annulus 16 arranged airfoil 18 , which is flowed through by a primary or main flow. The blades 18 each extend from a platform surface 20 and are preferably forged or made by electrochemical machining (ECM / PECM). In addition, the shovel feet have 12 each one viewed in the flow direction rear axial projection 22 at the one in the direction of the annulus 16 oriented sealing bar 24 is trained.

Die Rotornabe 8 ist vorzugsweise aus einem Vollmaterial gefräst. Sie hat jeweils eine Außenumfangsfläche 26 zur Anbindung des Schaufelkranzes 4 sowie einen in Strömungsrichtung betrachtet vorderen Trommelkörper 28 mit einer Vielzahl von in dem Ringraum 16 zeigenden Dichtstegen 30, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nur einer beziffert ist.The rotor hub 8th is preferably milled from a solid material. It each has an outer peripheral surface 26 for connecting the blade ring 4 and a drum body viewed in the flow direction 28 with a variety of in the annulus 16 pointing sealing webs 30 of which, for reasons of clarity, only one is quantified.

Zur Herstellung der in 1 gezeigten Rotorscheibe wird der Schaufelkranz 4 wie in den 2 und 3 gezeigt getrennt von der Rotornabe 2 hergestellt. Hierzu werden zuerst die Schaufeln 6 bereitgestellt, deren Schaufelfuß 12 jeweils ein konisches Ringsegment mit zwei zueinander angestellten Seitenflächen 32, 34 bildet. Die jeweils benachbarten Schaufeln 6, 6' werden über eine durchgehende axiale Fügenaht im Bereich ihrer gegenüberliegenden Seitenflächen 32, 32' miteinander verschweißt. Die Verschweißung erfolgt mittels eines Warm-Pressschweißverfahrens und bevorzugterweise mittels Rührreibschweißens. Dabei wird ein nicht gezeigtes Schweißwerkzeug mit einer rotierenden Schulterfläche und einem rotierenden Schweißstift radial innen an den Schaufeln 6, 6' angesetzt. Insbesondere wird die Schulterfläche an den Fügeflächen 14, 14' angesetzt, der Schweißstift zwischen die Seitenflächen 32, 32' eingeführt und das Schweißwerkzeug kontinuierlich unter Druckbeaufschlagung und Rotation in Axialrichtung der Schaufeln 6, 6' bewegt, bis die benachbarten Schaufeln 6, 6' im Schaufelfußbereich miteinander verschweißt sind und somit eine durchgehende Axialnaht gebildet ist. Dieses Verfahren wird solange wiederholt, bis die jeweils benachbarten Schaufeln 6, 6' gefügt sind und der Schaufelkranz 4 über seinen Umfang geschlossen ist. For the production of in 1 shown rotor disk is the blade ring 4 like in the 2 and 3 shown separated from the rotor hub 2 produced. For this purpose, first the blades 6 provided, the blade foot 12 each a conical ring segment with two mutually employed side surfaces 32 . 34 forms. The adjacent blades 6 . 6 ' be over a continuous axial joint seam in the region of their opposite side surfaces 32 . 32 ' welded together. The welding takes place by means of a hot press welding method and preferably by means of friction stir welding. In this case, a not shown welding tool with a rotating shoulder surface and a rotating welding pin radially inward on the blades 6 . 6 ' stated. In particular, the shoulder surface is at the joining surfaces 14 . 14 ' attached, the welding pin between the side surfaces 32 . 32 ' introduced and the welding tool continuously under pressurization and rotation in the axial direction of the blades 6 . 6 ' moves until the adjacent blades 6 . 6 ' are welded together in the blade root area and thus a continuous axial seam is formed. This process is repeated until the respective adjacent blades 6 . 6 ' are joined and the blade ring 4 is closed over its circumference.

Um Defekte in der Axialnaht und insbesondere in ihrem Wurzelbereich zu vermeiden, ist in Körperbereichen in unmittelbarer Nähe zur bildenden Axialnaht ein Aufmaß vorgesehen. So wird plattformseitig seitlich der Seitenflächen 32, 32' ein Aufmaß 36, 36' aufgetragen. Ebenso ist wie in 3 gezeigt beidseits in Axialrichtung ein Aufmaß 38, 40 an den gestrichelt gezeigten Schaufelfüßen 12 vorgesehen.In order to avoid defects in the axial seam and in particular in its root area, an oversize is provided in body areas in the immediate vicinity of the forming axial seam. So is the platform side of the side surfaces 32 . 32 ' an oversize 36 . 36 ' applied. Likewise is like in 3 shown on both sides in the axial direction an allowance 38 . 40 at the blade feet shown in dashed lines 12 intended.

Verbleibendes Material der radial äußeren Aufmaße 36, 36' wird nach dem Fügen des Schaufelkranzes 4 bspw. mechanisch entfernt und somit der Schaufelkranz 4 ringraumseitig auf Endmaß gefertigt. Die axialen Aufmaße 38, 40 bleiben bestehen, wobei vorzugsweise das axial hintere Aufmaß 40 eine derartige axiale Erstreckung hat, dass der Axialvorsprung 22 und der Dichtsteg 24 vollumfänglich ummantelt bzw. noch nicht ausgebildet sind. Körperbereiche, die wie die Schaufelblätter 18 von der zu bildenden Axialnaht entfernt liegen, werden bereits vor dem Fügen auf Endmaß gefertigt. Vorzugsweise sind die Schaufelblätter 18 wie in 2 gezeigt über ihren gesamten Umfang einschließlich eines, ihre Blattwurzel umgebenden Flächenabschnitts der Plattformfläche 20 vor dem Fügen auf Endmaß gefertigt.Remaining material of the radially outer oversizes 36 . 36 ' is after joining the blade ring 4 For example, mechanically removed and thus the blade ring 4 manufactured on the annular space side to final dimensions. The axial dimensions 38 . 40 remain exist, preferably the axial rear allowance 40 has such an axial extent that the axial projection 22 and the sealing bridge 24 completely encased or not yet trained. Body parts that look like the blades 18 are removed from the axial seam to be formed are already made prior to joining to final dimensions. Preferably, the blades are 18 as in 2 shown over its entire circumference including a surface portion of the platform surface surrounding its blade root 20 made to final dimensions before joining.

Nach dem Entfernen des ringraumseitigen verbleibenden Materials werden die umfangsseitigen Fügeflächen 14 der Schaufeln 6 zur Verbindung mit der Rotornabe 8 vorbereitet und hierzu bspw. derart geglättet, dass die benachbarten Fügeflächen 14 jeweils bündig ineinander übergehen und eine im Folgenden als Innenumfangsfläche bezeichnete einteilige Fügefläche des Schaufelkranzes 4 bilden, der einen konstanten Innenradius Ri aufweist.After removing the annular space-side remaining material, the peripheral joining surfaces 14 the blades 6 for connection to the rotor hub 8th prepared and for this purpose, for example, so smoothed that the adjacent joint surfaces 14 each flush into one another and one hereinafter referred to as inner peripheral surface one-piece joint surface of the blade ring 4 form, which has a constant inner radius Ri.

Die Rotornabe 8 und der Schaufelkranz 4 werden im Bereich der Außenumfangsfläche 26 und der Innenumfangsfläche 14 miteinander verbunden, die sich jeweils in axiale Richtung erstrecken, so dass eine koaxial zur Drehachse 2 ausgebildete Umfangsnaht ausgebildet wird. Insbesondere werden sie mittels Rührreibschweißens unter Bildung einer durchgehenden Umfangsnaht miteinander verschweißt. Hierzu ist die Außenumfangsfläche 26 entsprechend vorbereitet und hat einen in 4 gezeigten Außenradius Ra, der dem Innenradius Ri des Schaufelkranzes 4 entspricht.The rotor hub 8th and the paddle wheel 4 be in the area of the outer peripheral surface 26 and the inner peripheral surface 14 connected to each other, each extending in the axial direction, so that a coaxial with the axis of rotation 2 formed circumferential seam is formed. In particular, they are welded together by friction stir welding to form a continuous circumferential seam. For this purpose, the outer peripheral surface 26 prepared accordingly and has an in 4 shown outer radius Ra, the inner radius Ri of the blade ring 4 equivalent.

Zur Vermeidung von Defekten in der Umfangsnaht wird die Rotornabe 2 vor dem Fügen in Axialrichtung beidseits mit einem Aufmaß 42, 44 versehen. In von der Außenumfangsfläche 26 entfernt liegenden Körperbereichen wie einem den Trommelkörper 28 bildenden Bereich oder einem die Wellenbohrung 10 bildenden Bereich wird die Rotornabe 8 bereits vor dem Fügen auf Endmaß gefertigt.To avoid defects in the circumferential seam, the rotor hub 2 before joining in the axial direction on both sides with an allowance 42 . 44 Mistake. In from the outer peripheral surface 26 remote body areas such as the drum body 28 forming area or a shaft hole 10 forming area is the rotor hub 8th already made to final dimensions before joining.

Zum Fügen wird wie in 5 gezeigt die Innenumfangsfläche 14 des Schaufelkranz 4 und die Außenumfangsfläche 26 des der Rotornabe 8 in Überdeckung gebracht und das nicht gezeigte Schweißwerkzeug im stromabwärtigen bzw. hinteren Bereich der Rotornabe 8 positioniert, wobei es mit seiner Schulterfläche an einer von dem hinteren Aufmaß 44 gebildeten Axialfläche 46 anliegt und mit seinem Schweißstift axial nach vorne weisend zwischen die Flächen 14, 26 eintaucht, Das Schweißwerkzeug wird nun entsprechend angesteuert und unter Druckbeaufschlagung und Rotation kontinuierlich in Umfangsrichtung bewegt, bis die durchgehende Umfangsnaht gebildet ist. Nach dem Bilden der Umfangsnaht wird der Schweißstift im Ausfädelbereich quer zur Bewegungsachtung und somit in Axialrichtung, herausgezogen.For joining is like in 5 shown the inner peripheral surface 14 the blade ring 4 and the outer peripheral surface 26 of the rotor hub 8th brought into coincidence and the welding tool, not shown in the downstream or rear portion of the rotor hub 8th positioned with its shoulder surface at one of the rear allowance 44 formed axial surface 46 abuts and with its welding pin axially facing forward between the surfaces 14 . 26 dips, The welding tool is now controlled accordingly and continuously moved under pressure and rotation in the circumferential direction until the continuous circumferential seam is formed. After forming the circumferential seam, the welding pin is pulled out in the Ausfädelbereich transversely to the motion and thus in the axial direction.

Nach dem Verschweißen wird die integral beschaufelte Rotorscheibe 1 endbearbeitet. Hierzu wird das verbleibende und gestrichelt angedeutete Material der axialen Aufmaße 38, 40, 42, 44 mechanisch oder elektrochemisch abgetragen. Abschließend wird die Rotorscheibe 1 oberflächenbearbeitet.After welding, the integrally bladed rotor disk becomes 1 finished. For this purpose, the remaining and dashed lines indicated material of the axial dimensions 38 . 40 . 42 . 44 removed mechanically or electrochemically. Finally, the rotor disk 1 machined surface.

Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung einer integral beschaufelten Rotorscheibe, wobei ein integraler Schaufelkranz durch Verbinden benachbarter Schaufeln im Schaufelfußbereich mittels Rührreibschweißen gebildet wird, der Schaufelkranz an eine Rotornabe mittels Rührreibschweißen angebunden wird und die Rotorscheibe endbearbeitet wird, eine derartig hergestellte Rotorscheibe, ein Rotor mit einer Vielzahl von derartigen Rotorscheiben und eine Strömungsmaschine mit einem derartigen Rotor.Disclosed is a method for producing an integrally bladed rotor disk, wherein an integral blade ring is formed by connecting adjacent blades in Schaufelfußbereich by friction stir welding, the blade ring is connected to a rotor hub by means of friction stir welding and the rotor disk is finished, a rotor disk produced in this way, a rotor with a plurality of such rotor disks and a turbomachine with such a rotor.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Rotorscheiberotor disc
22
Drehachseaxis of rotation
44
Schaufelkranzblade ring
6, 6'6, 6 '
Schaufelnshovel
88th
Rotornaberotor hub
1010
Wellenbohrungshaft bore
1212
Schaufelfußblade
1414
Fügefläche/InnenumfangsflächeJoining surface / inner circumferential surface
1616
Ringraumannulus
1818
Schaufelblattairfoil
2020
Plattformflächeplatform surface
2222
Axialvorsprungaxial projection
2424
Dichtstegsealing land
2626
AußenumfangsflächeOuter circumferential surface
2828
Trommelkörperdrum body
3030
Dichtstegsealing land
32, 32'32, 32 '
Seitenflächeside surface
3434
Seitenflächeside surface
36, 36'36, 36 '
Aufmaßoversize
3838
Aufmaßoversize
4040
Aufmaßoversize
4242
Aufmaßoversize
4444
Aufmaßoversize
4646
Axialflächeaxial surface
RiRi
Innenradius SchaufelkranzInner radius of the blade ring
RaRa
Außenradius RotornabeOuter radius of the rotor hub

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006033298 A1 [0002] DE 102006033298 A1 [0002]
  • EP 1830037 A2 [0003] EP 1830037 A2 [0003]

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung einer integral beschaufelten Rotorscheibe (1), mit den Schritten: – Bilden eines integralen Schaufelkranzes (4) durch Verbinden benachbarter Schaufeln (6) im Schaufelfußbereich mittels Rührreibschweißens, und – Anbinden des Schaufelkranzes (4) an eine Rotornabe (8) mittels Rührreibschweißens, und – Endbearbeiten der Rotorscheibe (1).Method for producing an integrally bladed rotor disk ( 1 ), comprising the steps of: - forming an integral blade ring ( 4 ) by connecting adjacent blades ( 6 ) in the blade root area by friction stir welding, and - tying the blade ring ( 4 ) to a rotor hub ( 8th ) by friction stir welding, and - finishing the rotor disk ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Verschweißen der Schaufelfüße (12) ein Schweißwerkzeug radial innen an den Schaufelfüßen (12) mit einer radial nach außen weisenden Schulterfläche angesetzt und in Längsrichtung der Schaufelfüße (12) bewegt wird.Method according to claim 1, wherein for welding the blade roots ( 12 ) a welding tool radially inward on the blade feet ( 12 ) attached with a radially outwardly facing shoulder surface and in the longitudinal direction of the blade roots ( 12 ) is moved. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaufelfüße (12) zumindest ringraumseitig und in Axialrichtung beidseits mit einem Aufmaß (36, 38, 40) versehen werden.Method according to claim 1 or 2, wherein the blade feet ( 12 ) at least on the annular space side and in the axial direction on both sides with an allowance ( 36 . 38 . 40 ). Verfahren nach Anspruch 3, wobei nach dem Fügen überstehendes ringraumseitiges Material (36) entfernt wird.The method of claim 3, wherein after joining protruding annular space side material ( 36 ) Will get removed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vom Nahtbereich entfernt liegende Körperabschnitte (18) der Schaufeln (6) vor dem Verschweißen auf Endmaß bearbeitet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein body sections remote from the seam area ( 18 ) of the blades ( 6 ) are machined to final size before welding. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Fügen des Schaufelkranzes (4) mit der Rotornabe (8) das Schweißwerkzeug kontinuierlich in Umfangsrichtung bewegt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein during the joining of the blade ring ( 4 ) with the rotor hub ( 8th ) the welding tool is continuously moved in the circumferential direction. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotornabe (8) in Axialrichtung beidseits mit einem Aufmaß (42, 44) versehen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the rotor hub ( 8th ) in the axial direction on both sides with an oversize ( 42 . 44 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vom Nahtbereich entfernt liegende Körperabschnitte (28) der Rotornabe (8) vor dem Fügen auf Endmaß bearbeitet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein body sections remote from the seam area ( 28 ) of the rotor hub ( 8th ) are machined to final size before joining. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Schweißstift des Schweißwerkzeugs im Ausfädelbereich quer zur Bewegungsrichtung herausgezogen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a welding pin of the welding tool is pulled out in the Ausfädelbereich transverse to the direction of movement. Integral beschaufelte Rotorscheibe (1) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem integralen Schaufelkranz (4), dessen benachbarten Schaufeln (6, 6') über jeweils eine axiale Rührreibschweißnaht miteinander verbunden sind, und der über eine umfangsseitige Rührreibschweißnaht integral mit einer Rotornabe (8) verbunden ist.Integrally bladed rotor disc ( 1 ) produced by a method according to one of the preceding claims, having an integral blade ring ( 4 ), its neighboring blades ( 6 . 6 ' ) are connected to each other via an axial friction stir weld, and the integral via a peripheral friction stir weld with a rotor hub ( 8th ) connected is. Integral beschaufelter Rotor mit einer Vielzahl von Rotorscheiben (1) nach Anspruch 10.Integrally bladed rotor with a plurality of rotor disks ( 1 ) according to claim 10. Strömungsmaschine mit einem integral beschaufelten Rotor nach Anspruch 11.Turbomachine with an integrally bladed rotor according to claim 11.
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