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Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Verschweissen von Turbinenschaufeln mit dem sie tragenden Element.
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Auf den Zeichnungen zeigen Fig. 1-11 teils in der Seitenansicht, teils in der Auf. sicht und im Schnitt verschiedene Ausführungsformen der Herabminderung der Metallmenge am Umfange des Turbinenrades. Fig. 12 und 13 sind eine Seitenansicht und ein Grundriss der Maschine zum elektrischen Verschweissen der Teile, Fig. 14 ist eine teilweise geschnittene Endansicht der Maschine von der rechten Seite der Fig. 12 gesehen und Fig. 15 eine Endansicht des Schweisskopfes von der linken Seite der Fig. 12 gesehen. Fig. 16 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung der Schlitze oder Nuten, gesondert von der in Fig. 12 gezeigten Maschine.
Fig. 17 und 18 sind eine Schnittansicht und ein Grundriss eines selbsttätigen Getriebes für die Maschine zum Weiterschalten des Turbinen- schaufelträgers. Fig. 19 und 20 sind eine Seitenansicht und eine Endansicht einer Form eines Schaufclhalters mit einer Klemmvorrichtung. Fig. 21 und 22 zeigen eine elektrisch betätigte Klemmvorrichtung.
Nach Fig. 1 und 1 a ist das Turbinenrad a mit Quernuten b versehen, welche derart am Umfange eingeschnitten sind, dass vorstehende Metallteile c stehen bleiben, mit denen die Turbinenschaufeln d verschweisst werden. Nach Fig. 2 sind zwei Sätze von Nuten e vorgesehen, welche sich derart schneiden, dass einzelne Vorsprünge c stehen bleiben. Fig. 3 und 3" zeigen das Turbinenrad mit Umfangsnuten f, während nach Fig. 4 eine Trommel al mit Umfangsnuten j1 versehen und in die stehengebliebenen Metallringe Quernuten ge- schnitten sind, so dass Zähne cl stehen bleiben, an welche die Schaufeln angeschweisst werden. Fig. 5 und 6 zeigen am Umfange des Turbinenrades angeordnete Löcher h.
Nach
Fig. 5 liegen die Schaufeln dabei zwischen den Lochreihen, während sie nach Fig. 6 nicht in bestimmter Ordnung zu den Löchern angeordnet sind. Fig. 7 zeigt, wie das Metall in der Nähe der Schweissstelle durch Einbohren von Querlöcher am Umfange des Turbinen- rades verringert werden kann.
Der Zweck aller dieser Ausfübrungsformen ist am Umfange des Turbinenrades ge- nügend Metall zu entfernen, um das stehenbleibende Metall zu der erforderlichen Schweiss- temperatur bringen zu können, ohne dabei die Festigkeit des Rades über eine zulässige
Grenze zu schwächen.
Nach Fig. 8 und 8a ist ein Turbinenrad aus zwei verhältnismässig dünnen Scheiben k ausgebildet, welche an ihrem Umfange durch einen zwischengelegten Ring l von geringerem
Durchmesser auseinander gehalten werden. Die Schaufeln werden hiebei an die Kanten der Scheiben angeschweisst. Nach Fig. 9 und 9a sind zwei äussere Scheiben k und eine mittlere
Scheibe m vorgesehen, welche ebenfalls durch Trennungsstücke l auseinander gehalten werden. Um bei dieser Anordnung die mittlere Scheibe m aufbringen und befestigen zu können, ist ein Teil 11 der Nabe o entfernbar gemacht.
Die Scheiben k werden dadurch
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Element könnte auch aus einer Reihe von dünnen Lamellen r bestehen, wie in Fig. 11 gezeigt, deren Kanten mit Nuten s versehen sind. Die Lamellen werden dabei in der Weise miteinander verbunden, dass die Nuten s stufenweise zueinander angeordnet sind, damit die zwischenliegenden Metallvorsprünge der Form der anzuschweissenden Turbinenschaufeln entsprechen.
Anstatt die Lamellen mit Ansätzen zu versehen, können sie auch in irgendeiner der gezeigten Weisen vorbereitet werden. Die angegebenen Arten der Vorbereitung des Turbinen- rades sind nur als Atisfrilirungsl) eispiele angegeben. Der Erfindungsgedanke besteht darin, das Metall aTn Umfange des Turbinenrades derart herabzumindern, dass diese Schweissstellen auf die erforderliche Temperatur gebracht werden können.
Zum Anschweissen einer Schaufel an das in einem drehbaren Rahmen gehaltene
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eingesetzt wird, welche mit einem Pol der Elektrizitatsquelle verbunden ist. Der Klemm- backenhalter w kann in dem zylindrischen Lager in irgend geeigneter Lage festgehalten werden, wie es der Winkel für das Anschweissen der Schaufel erfordert. Zwischen dem Klemmbackenha1ter w und einem ebenen Teil des das zylindrische Lager tragenden Kreuzkopfes 2 wird vorteilhaft ein Keil z eingeschaltet, um den Halter unter dem richtigen Winkel feststellen zu können.
Die besondere Ausbildungsweise des Schaufelha1ters ist in den Fig. 19 und 20 ge-
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festgestellt werden kann. Das Schaufolende des Halters ist durch einen Schlitz w1 in zwei Teile geteilt, von denen jeder eine kupferne Backe u besitzt, welche so gestaltet sind, dass sie die anliegenden Schaufeln freilassen. Um die Schaufel sicher und starr zwischen den Backen u zu halten, ist vorteilhaft eine Klemmvorrichtung vorgesehen, welche die Schaufel ausser der Federwirkung der Backen festhält. Nach einer Ausführungsform sind mit einem
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Querstück 87 verbunden, auf welches der Druck durch eine Daumenscheibe 88 und einen Handhebel 89 in der Richtung des in Fig. 19 gezeigten Pfeiles übertragen wird.
Die Daumenscheibe 88 und der Hebel 89 sind an einem Ständer 90 drehbar angelenkt. Eine Feder 91 dient dazu, die Glieder zurückzuführen, wenn die Schaufel losgelassen wird.
Eine andere Ausführungsform der beschriebenen Klemmvorrichtung ist in den Fig. 21 und 22 gezeigt ; die Glieder 83 sind hiernach in umgekehrter Richtung gekrümmt, als nach der Ausführungsförm der Fig. 19 und 20. Die Enden der Glieder sind dabei durch einen Anker 92 miteinander vereinigt, welcher durch einen oder mehrere, geeignet gelagerte Elektromagnete 93 angezogen werden kann. Die Erregung der Magnete kann durch einen selbsttätig oder von Hand eingeschalteten Strom bewirkt werden.
Der Kreuzkopf. 2 ist verschiebbar auf Führungsstange 4 eines festen Schlittens 3 gelagert, welcher an seinem unteren Ende abgeschrägt ist und dadurch mittels Stellschrauben 6 (Fig. 12 und 15) auf einem beweglichen Schweisskopf- in seiner Höhenlage eingestellt werden kann. Der Schweisskopf 5 ist in einer Führung 32 (Fig. 15) des vom Hauptrahmen 31 isolierten Gussgehäuses 30 beweglich gelagert und wird beim Betrieb der Maschine mit einer in den Halter M ? zwischen die Klemmbacken M eingesetzten Schaufel gegen das Turbinenrad t bewegt.
Der Antrieb des Schlittens 5 erfolgt von der Haupt- wolle 42 aus, mittels einer Schnecke 33, deren Bewegung auf ein Schneckenrad 34 übertragen wird, welches die Bewegung wieder durch Kettenräder 35,37 und Kette 36 auf eine Welle 39 überträgt, welche von dem Rad 37 isoliert ist und deren Kurbel 38 durch eine Stango 40 mit dem Schlitten 5 verbunden ist. Die Welle 42 wird dabei in weiter unten beschriebener Weise absatzweise in verschiedenem Drehsinne angetrieben, so dass die Kurbel eine halbe Umdrehung in einem Drehsinne macht, darauf stillsteht und dann eine andere halbe Umdrehung in dem umgekehrten Drehsinne macht. Der Schlitten erhält also dadurch eine hin-und hergehende Bewegung.
Sobald boi der Bewegung des Schlittens nach links die Schaufel am Umfange (les Turbinenrades angekommen ist, wird der hreuzkopf. ? durch eine starke Feder 7 gegen das Turbinenrad gedrückt und die Schaufel dann durch den eingeschalteten Strom angeschweisst. An den Kreuzkopf 2 ist zu diesem Zwecke ein Kniegelenk 8, 9 angelenkt, welches mit einer Stange 10 verbunden ist und unter der Wirkung einer auf der Stange vorgesehenen Feder 7 steht. Das freie Ende 46 des Kniehebels 9 trägt eine Stange 45, welche bei der Auswärtsl) ewegung des Schlittens 5 nach rechts gegen einen festen einstell- baron Anschlag 47 anstösst und dadurch den Kniehebel entgegen der Wirkung der Feder 10 nach aufwärts bewegt.
Eine am Schlitten 5 drehbar gelagerte Klinke 4S kommt hiebei mit dem Ende des Hebels 46 in Eingriff und stellt dadurch den Kniehebel in der gespannten Lage fest. Ist dann der Schlitten 5 in seiner äussersten Lage nach links angekommen, in welcher die Schaufel gegen den Umfang des Rades t anzuliegen kommt, dann stösst die Kurbel 38 gegen das äussere freie Ende der Klinke 48 und letztere wird dadurch ausser
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Der auf dem beweglichen Schlitten 5 vorgesehene Stromschalter 24, 27, welcher in Fig. 14 näher dargestellt ist, wird bei der Vorwärtsbewegung des Schlittens. 5 nach rechts eingeschaltet, während er nach bewirkter Verschweissung einer Schaufel mit dem Turbinenrad durch die geringe Bewegung des Krenzkopfes 2 ausgeschaltet wird, welche durch das Nachgeben des zur Schwoissglnt gebrachten Metalles hervorgebracht wird.
Die beweglichen
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Glied eine Klinke 18 trägt, Beim Einschalten des Stromschalters bezw. der Abwärtsbewegung des Hebels 14 greift diese Klinke 18 gegen einen drehbaren Fanghebel 12, dessen anderes Ende sich in einem Schlitz der Stange 10 gegen die einstellbare Schraube 18 anlegt.
Wird bei dieser Anordnung beim Anschweissen der Schaufel uor Kreuzkopf 2 infolge des Weichwerdens des Metalles unter der Wirkung der Feder 7 gegen das Rad t nach einwärts bewegt, dann wird durch die Bewegung der Stange 10 die Klinke 12 von der Klinke 18 ausgelöst, so dass der Hebel 14 dann unter der Wirkung der Feder 16 nach aufwärts gedruckt und der Strom dadurch ausgeschaltet wird. Bei der Rückwärtsbewegung des Schlittens 5 wird der Schalter dann wieder in der beschriebenen Weise eingeschaltet. Der Schalter besteht aus den festen und beweglichen Hauptkontaktstucken 27 bezw. 24, sowie den Hilfskontakten 28 bezw. 25 in einem Ölbehälter 23. Die Hilfskontakt 25 sind so eingerichtet, dass sie den Strom zuerst schliessen, jedoch zuletzt unterbrochen werden ; diese Wirkung wird durch eine Feder 26 erreicht.
Die Abwärtsbewegung des Kniegelenkhebels 8, 9 kann durch einen einstellbaren Anschlag 11 geregelt werden, während die Lage des Klinkenhebels 12 durch die Schraube 13 geregelt werden kann. Auch die Lage des Gussgehäuses 30 kann auf dem Bett 31 der Maschine durch Schrauben eingestellt werden, um den Schlitten 5 mehr oder weniger nahe gegen das Rad t bewegen zu können. Um bei Einstellung des Gussgehäuses 30 den Antrieb aufrecht zu erhalten, werden auch die Schnecken 33 und 35 einstellbar gemacht.
Die auf der Zeichnung dargestellte Maschine ist derart eingerichtet, dass das Ein- fräsen oder Einbohren der Nuten zur Herabminderung des Metalles an dem Turbinenradumfang selbsttätig bewirkt wird, so dass ein volles Rad oder eine volle Scheibe in die Maschine eingebracht werden kann, welche die Maschine vollendet verlässt. Nach Fig. l H und 16 ist zur Herstellung von Nuten in das Turbinenrad ein Schneidkopf 49 vorgesehen, welcher sich in einem Rahmen 50 bewegt, der durch einen mit Schlitzen versehenen Flansch 51 mit dem Maschinenrabmen 31 einstellbar verbunden wird. Ein Schlitz in diesem Rahmen 31 gestattet den Schneidkopf ebenfalls in der Längsrichtung der Welle 42 einzustellen, so dass die Anordnung für verschiedene Grössen von Turbinenrädern benützt werden kann.
Das Einschneiden der Nuten wird durch Messer 52 bewirkt, deren Zähne stufenweise derart angeordnet sind, dass jeder Zahn tiefer schneidet als der vorhergehende.
Nach Fig. 13 sind zwei solcher Schneidwerkzeuge angeordnet.
Die Hin und Herbewegung des Schneidkopfes 49 wird durch eine innere Schraube 53 bewirkt, welche mit einem Querstüb, k 54 in Eingriff kommt, das in einem senkrechten
Einschnitt des Schneidkopfes 49 passt. Die Schraube 53 wird dabei von der Hauptantriebs- welle 42 ans durch konische Zahnräder 55 angetrieben, von denen das eine mittels Nut und Feder auf der Welle 4 : 2 verschiebbar angeordnet ist. Der Rahmen 56, welcher dieses
Zahnrad in seiner Lage hält, ist in der Längsrichtung der Welle 42 einstellbar gemacht.
Um ein Schwingen oder Vibrieren des Turbinenrades t zu verhindern, wenn die Nuten eingeschnitten werden, wird eine Klammer 57 vorgesehen. Das Einschneiden der Nuten findet dabei während der Vorwärtsbewegung des Schlittens 5 statt.
Wenn eine Schaufel angeschweisst ist, wird die Bewegung der Welle 42 umgekehrt, so dass der Schlitten 5 zurückkehrt und die Schneidwerkzeuge ans den eben eingeschnittenen Nuten wieder ausgezogen werden. Das selbsttätige Getriebe, welches das Turbinenrad nach Anschweissen einer Schaufel um einen Schritt weiterdreht, tritt nicht eher in Wirkung, als bis das Turbinenrad von den Schneidwerkzeugen vollkommen freigegeben ist oder bis der
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licher Weise durch eine unter Federwirkung stehende Klinke 61 auf ein Sperrad 62, welches durch Getriebe 63 das Rad 64 antreibt. Letzteres wird durch Klammern 65 mit dem zu bearbeitenden Turbinenrad t in geeigneter Weise verbunden. Der das Werkstück und das Schaltgetriebe tragende Ständer 66 ist am Maschinenbett einstellbar befestigt.
Um das Turbinenrad verschieden weit vorzubewegen, genügt es, die Anschläge 59 ninzustollen, so dass der Hub der Sperrklinke 61 entsprechend geändert wird.
Nach Fig. 17 und 18 wird die Bewegung der Weile 42 in folgender Weise geregelt :
Auf dem Ende dieser Welle 42 ist eine Hülse 67 starr befestigt, welche in Lagern 68 angeordnet ist und eine leicht passende Stahlstange 69 aufnimmt. Auf der Hülse 67 sind zwei Scheiben 70, 7- ! lose gelagert, welche in verschiedenem Drehsinne laufen können und
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gehen durch Schlitze 75 in der Hülse 67 hindurch, so dass ein Zug auf die mittlere Stange nach jeder Richtung die eine der Kupplungen einschaltet und die Welle dadurch von der anderen Scheibe angetrieben wird.
Die Umschaltung von dem einen Drehsinne zu dem anderen Drehsinne wird in folgender Weise bewirkt : Eine Verlängerung 76 der mittleren Stange 69 ist ausserhalb der Hülse 67 mit Schraubengewinde versehen und kommt mit einer Mutter 77 in Eingriff, welche durch eine Abflachung an einer Drehung verhindert wird. Bei einer Drehung der Stange 69 wird die Hülse 77 verschoben, bis sie an den einen oder anderen der festen einstellbaren Anschläge 78 anstösst, durch welche die Stange lose hindurchgeht. Da die Mutter 77 hiedurch an einer weiteren Verschiebung verhindert wird, so bewirkt jede weitere Drehung der Hülse, dass die mittlere Stange 67 durch die Mutter hindurchgezogen wird, wodurch die jeweilig eingeschaltete Kupplung entkuppelt und die Welle 42 angehalten wird.
Es ist für den Wärter unmöglich, die Welle wieder in derselben Richtung anzulassen ; wird die mittlere Stange jedoch in derselben Richtung etwas weiter verschoben, als dies durch die Schraubenmutter getan wurde, dann kommt die andere Kupplung in Eingriff und die Welle dreht sich in anderem Drehsinne, bis sie in der beschriebenen Weise selbsttätig wieder angehalten wird.
Für den soeben angegebenen Zweck ist an einem Rahmen 80 ein Anlassgriff 79 angelenkt, welcher mit Anschlägen 81 auf der mittleren Stange in Eingriff kommt.
Die beiden losen Riemenscheiben 70, 71 besitzen vorteilhaft verschiedene Grössen, derart, dass die Antriebswelle beim Einschneiden der Nuten in das Turbinenrad langsamer angetrieben wird, als bei der Rückkehrbewegung.
Sollen Schaufeln an einen Tl1rbinenring angeschweisst werden, dann ist die Anordnung der Maschine im wesentlichen dieselbe, nur dass der Ring dann den Schlitten 5 umgreift.
Es ist ersichtlich, dass einige Teile der Maschine nicht selbsttätig wirken. Dieselben könnten jedoch leicht so ausgebildet werden, dass sie selbsttätig wirken. Ebenso könnte
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dass Lücher 3m Umfang des Turbinenrades eingebohrt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum elektrischen Verschweissen von Turbinenschaufeln mit dem sie tragenden Element, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schaufeln tragende Element am Umfang auf beiden Seiten der jedesmaligen Schweissstelle für jede Schaufel in seinem Metall herabgemindert wird und die Schaufeln dann nacheinander in einem als Teil der Stromzuführung dienenden Halter gegen die vorhandenen Teile des Rades gebracht werden, derart, dass die Schweisshitze des durch die Schaufeln selbst hindurchgehenden Stromes bei jeder Schaufel genau auf die zu verschweissende Stelle konzentriert wird, ohne auf die \ orhergehende oder folgende Stelle abgelenkt zu werden.