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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Stabilisieren
eines Bauteils, insbesondere einer Turbinenschaufel, zwecks Bearbeitung
des Bauteils.
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Derartige
Spannvorrichtungen sind im Stand der Technik in zahlreichen Varianten
grundsätzlich bekannt.
Ein klassisches Beispiel für
eine derartige Spannvorrichtung ist ein Schraubstock.
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Eine
Spannvorrichtung, welche ähnlich
ausgebildet ist wie ein Schraubstock, wird traditionell auch zum
Hartspannen von Laufschaufeln verwendet, welche an die Blattspitzen
von Turbinenschaufeln angeschweißt sind und für eine nachfolgende mechanische
Fräsbearbeitung
stabilisiert werden müssen.
Bei einer derartigen Spannvorrichtung sind Kraftübertragungseinrichtungen beziehungsweise Kraftübertragungselemente
in Form von Backen vorhanden, welche an die Kontur der äußeren Oberfläche der
einzuspannenden Laufschaufeln angepasst sind.
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Eine
derartige Stabilisierung der Bauteile, beispielsweise der Laufschaufeln,
birgt jedoch die Gefahr in sich, dass das Bauteil beim Hartspannen beschädigt wird
oder dass sich seine Lage beziehungsweise Stellung beim Festspannen
in unerwünschter
Weise verändert.
Außerdem
müssen
die Backen individuell an die Kontur des jeweils einzuspannenden
Lauf- beziehungsweise Schaufelrades angepasst werden, was sehr zeit-
und kostenaufwändig
ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung deshalb
die Aufgabe zu Grunde, eine Spannvorrichtung zum Stabilisieren eines
Bauteils bereitzustellen, welche eine vereinfachte und preisgünstigere
Anpassung ihrer Kraftübertragungseinrichtung
beziehungsweise Kraftübertragungselemente
an die individuelle Kontur eines einzuspannenden Bauteils ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Dieser
Gegenstand ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinrichtung
eine Vielzahl von Kraftübertragungselementen
aufweist, welche ausgebildet sind, – bei eingespanntem Bauteil – an jeweils
unterschiedlichen Stellen punktuell und individuell eine Kraft auf die
Oberfläche
des Bauteils zu übertragen.
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Die
Vielzahl der Kraftübertragungselemente ermöglicht eine
sehr präzise
Anpassung der Spannvorrichtung an die Kontur des Bauteils. Eine
Anpress einrichtung der Spannvorrichtung ist so ausgebildet, dass
sie die einzelnen Kraftübertragungselemente an
die äußere Oberfläche des
Bauteils heran führt, um
nachfolgend eine Kraft über
diese Kraftübertragungselemente
auf die Oberfläche
zu übertragen. Die
Anpassung der Kraftübertragungseinrichtung
beziehungsweise der Kraftübertragungselemente
an die Kontur der äußeren Oberfläche des
einzuspannenden Bauteils erfolgt dabei bei jedem Kraftübertragungselement
automatisch; es bedarf keiner manuellen Hinführung einzelner Kraftübertragungselemente an
die äußere Oberfläche des
Bauteils. Aufgrund der Vielzahl der verwendeten Kraftübertragungselemente
und der damit verbundenen Vielzahl unterschiedlicher Angriffspunkte
auf der Oberfläche
des Bauteils braucht jedes einzelne dieser Kraftübertragungselemente lediglich
eine vergleichsweise geringe Kraft zu übertragen, um trotzdem eine
ausreichende Stabilisierung des Bauteils zu bewirken. Die Stabilisierung erfolgt
insofern schonender für
das Bauteil als wenn lediglich ein Punkt zur Krafteinleitung vorhanden
wäre, über den
dann eine vergleichsweise große
Kraft eingeleitet werden müsste.
Durch die Vielzahl der geringen eingeleiteten Kräfte wird die Gefahr einer Beschädigung des
eingespannten Bauteils im Vergleich zu einer großen eingeleiteten Kraft reduziert.
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Die
Spannvorrichtung ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass sie
an einer Wand, einer Maschine oder einer Arbeitsplatte befestigbar
ist; auf diese Weise wird auch die Position des Bauteils relativ
zu der Arbeitsplatte oder Maschine fixiert. vorteilhafterweise gewährleistet
die erfindungsgemäße Spannvorrichtung
und insbesondere ihre Ausbildung mit einer Vielzahl von Kraftübertragungselementen, dass
das einzuspannende Bauteil während
des Einspannvorganges in seiner Ist-Stellung beziehungsweise Ist-Lage nicht verändert wird.
Auf Grund der automatischen individuellen Konturanpassung ist die Spannvorrichtung
darüber
hinaus für
Bauteile mit ganz unterschiedlichen äußeren Konturen, insbesondere
für ganze
Familien von Schaufelblättern,
verwendbar. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Stellung der
Spannvorrichtung relativ zum Schaufelblatt veränderbar ist, ohne dass langwierige
und kostenaufwändige Änderungen
an der Spannvorrichtung erforderlich wären. Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
wird dies einfach dadurch realisiert, dass die Positionierhöhe der Kraftübertragungselemente entsprechend
angepasst wird.
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Die
Spannvorrichtung ist so ausgebildet, dass sie auch nach einem Vermessen
des Bauteils, insbesondere der Turbinenschaufel, an dieser angebracht
werden kann, ohne dass das Bauteil in seiner Lage beziehungsweise
Stellung verändert
werden muss. Dies ist insbesondere vorteilhaft beim Patchen von
integral hergestellten Scheiben und Turbinenschaufeln (Blade Integrated
Disk: Blisk).
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Schließlich ist
es vorteilhaft, dass die Spannvorrichtung gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
mehrfach verwendet werden kann.
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Merkmale
zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele
dieser Spannvorrichtung sind in den Unteransprüchen zum Anspruch 1 beansprucht.
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Die
oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine weitere Spannvorrichtung
gelöst,
welche in einem nebengeordneten Anspruch beansprucht ist. Die Vorteile
dieses dritten Ausführungsbeispiels entsprechen
den oben mit Bezug auf Anspruch 1 genannten Vorteilen.
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Darüber hinaus
bietet das dritte Ausführungsbeispiel
den Vorteil, dass die Spannvorrichtung dabei mit bearbeitet/zerspant
werden kann.
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Weiterhin
bietet das dritte Ausführungsbeispiel
den Vorteil, dass das einzuspannende Bauteil sehr großflächig, vorzugsweise
vollständig,
mit seinem kompletten Bearbeitungsbereich eingespannt werden kann.
Dadurch wird zum Beispiel bei einem Tauchfräsvorgang die beste Stabilität für das Bauteil, zum
Beispiel ein Schaufelblatt, während
des Bearbeitungsprozesses erzielt, weil das Spannen nächst möglich am
Fräsbereich
erfolgt.
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Für alle Ausführungsbeispiele
ist vorteilhaft, wenn die einzelnen Bestandteile der Spannvorrichtung
im Spritzgussverfahren, teilweise auch miteinander integriert, gefertigt
werden; dies bietet insbesondere einen Kostenvorteil bei einer Serienproduktion
der Spannvorrichtung.
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Der
Beschreibung sind insgesamt sieben Figuren beigefügt, wobei
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1 eine
Draufsicht auf die Spannvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine
Kraftübertragungseinrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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3 einen
Längsschnitt
durch die Spannvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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4 eine
Draufsicht auf die erfindungsgemäße Spannvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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5 eine
Kraftübertragungseinrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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6 einen
Längsschnitt
durch die Spannvorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel;
und
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7 eine
Draufsicht auf die erfindungsgemäße Spannvorrichtung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
veranschaulicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Form von drei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die soeben genannten Figuren detailliert beschrieben. In allen
Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die gelegentlich verwendeten Hochkommata in unterschiedlicher Anzahl
repräsentieren
jeweils unterschiedliche Ausführungsbeispiele
gleicher Elemente.
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1 zeigt
eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung 100' gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel.
Die Spannvorrichtung dient zum Stabilisieren eines Bauteils 200,
hier beispielhaft einer Turbinenschaufel, zum Zwecke der nachfolgenden
Bearbeitung des Bauteils. Die Spannvorrichtung 100' ist zweiteilig
in Form der Teile TI, TII aufgebaut.
Beide Teile umfassen jeweils mindestens eine Kraftübertragungseinrichtung 110'-1, 110'-2, wobei die
Kraftübertragungseinrichtungen
der Teile jedoch auf unterschiedliche, vorzugsweise einander gegenüberliegende äußere Oberflächen des
einzuspannenden Bauteils 200 wirken. Außerhalb des Bauteils sind die
beiden Teile TI, TII an
den Verbindungsstellen VI, VII miteinander
verbunden, zum Beispiel zusammengeklebt oder verschraubt. Die Spannvorrichtung 100' ist zum Beispiel über Schraubverbindungen 116' mit einer stabilen
Arbeitsumgebung, zum Beispiel einer Arbeitsplatte, einer Bearbeitungsmaschine
oder Bauteil-Aufspannvorrichtung, insbesondere einer Bohrmaschine
oder einer Fräsmaschine,
fest verbindbar, um das Bauteil in eingespanntem Zustand auch gegenüber dieser Arbeitsplatte
oder gegenüber
der Bearbeitungsmaschine zu stabilisieren.
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Jede
Kraftübertragungseinrichtung 110'-1, 110-'-2 umfasst eine
eigene Führungseinrichtung 112'-1, 112'-2 sowie mindestens
ein in der Führungseinrichtung
geführtes
Kraftübertragungselement 114'-1-i, 114'-2-i mit i =
1...I. Die Ausbildung der Führungseinrichtung 112' und der Kraftübertragungselemente 114' sowie deren
Zusammenspiel bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Spannvorrichtung werden
weiter unten unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert.
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Die
Spannvorrichtung 100' umfasst
weiterhin eine Anpresseinrichtung 120' zum Anpressen des mindestens einen
Kraftübertragungselementes 114' gegen die äußere Oberfläche des
Bauteils 200. Die Anpresseinrichtung 120' umfasst bei
dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel für jede Kraftübertragungseinrichtung 110'-1 und 110'-2 einen individuell
zugeordneten Ballon 122'-1 und 122'-2. Eine Spendeeinrichtung 124' dient bei dem
in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel vorzugsweise
als gemeinsame Spendeeinrichtung zum Befüllen der beiden Ballone 122'-1 und 122'-2 über jeweils
zugeordnete Verbindungsleitungen 123.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 100' wird nachfolgend
beschrieben.
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Zum
Einspannen beziehungsweise Stabilisieren des Bauteils 200 befüllt die
Spannvorrichtung 124' die
beiden Ballone 122'-1 und 122'-2 jeweils mit einem
Medium. Bei diesem Medium kann es sich beispielweise um Granulat,
Klebstoff, Harz, Kunststoff (z.B. Biresin, Scotch Weld usw.) oder
Schaum handeln. Durch das Befüllen
sind die Ballone bestrebt, sich in ihrem Volumen auszudehnen, wodurch
sie auf Grund ihrer erfindungsgemäßen Anordnung zwischen einer
im Wesentlichen unnachgiebigen Gehäusewand GW der Spannvorrichtung 100' und den Kraftübertragungseinrichtungen 110'-1 und 110'-2 eine Kraft
auf die Kraftübertragungselemente 114'-1-i und 114'-2-i ausüben. Die
in den Führungseinrichtungen 112'-1 und 112'-2 geführten Kraftübertragungselemente übertragen
die von den Ballonen 122'-1 und 122'-2 auf sie ausgeübte Kraft
auf die äußere Oberfläche des
einzuspannenden Bauteils 200 und stabilisieren dieses auf
diese Weise. Erfindungsgemäß umfasst
jede der Kraftübertragungseinrichtungen 110'-1 und 110'-2 eine Vielzahl
von Kraftübertragungselementen 114'-1-i und 114'-2-i mit i =
1...–I, wie
dies in 1 dargestellt ist. Auf diese
Weise wird gewährleistet,
dass die äußere Oberfläche des
einzuspannenden Bauteils an ganz unterschiedlichen Stellen jeweils
punktuell mit einer individuellen Kraft zum Einspannen beaufschlagt
wird. Auf Grund der Vielzahl der vorgesehenen Kraftübertragungselemente
muss die von jedem einzelnen Kraftübertragungselement übertragene
Kraft zum Stabilisieren des Bauteils 200 nicht so groß sein als
wenn lediglich wenige Kraftübertragungselemente
vorhanden wären.
Die erfindungsgemäße große Vielzahl
von Kraftübertragungselementen
ermöglicht
insofern eine schonende Krafteinleitung beziehungsweise -übertragung
auf das einzuspannende Bauteil und gewährleistet aber dennoch eine
gute Stabilisierung desselben.
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2 veranschaulicht
die konstruktive Ausgestaltung der Kraftübertragungseinrichtung 110' gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
wie sie bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel der
Spannvorrichtung 110' verwendet
wird. Die Kraftübertragungseinrichtung 110' ist vorzugsweise
bei beiden Teilen TI, TII der
in 1 gezeigten Kraftübertra gungseinrichtung 110' dieselbe und
wird deswegen nachfolgend nur einmal beschrieben.
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Gemäß ihrem
ersten Ausführungsbeispiel umfasst
die Kraftübertragungseinrichtung 110,
wie in 2 dargestellt, eine Führungseinrichtung 112' in Form eines
Wandelementes mit Löchern;
siehe auch den Längsschnitt
durch die Spannvorrichtung 100' gemäß 3. Weiterhin
umfasst die Kraftübertragungseinrichtung 110' eine Vielzahl
von Kraftübertragungselementen,
welche bei dem ersten Ausführungsbeispiel
in Form von Stößeln 114' ausgebildet sind.
Diese Stößel sind
in den Löchern
des Wandelementes 112' axial
beweglich gelagert (siehe den Doppelpfeil DPF in 2)
und zusammen mit dem Wandelement so angeordnet, dass sie im Wesentlichen
quer zur Oberfläche
des einzuspannenden Bauteils geführt
sind. wie einer Zusammenschau der 1 und 2 zu
entnehmen ist, ist jeweils ein Ende E1 der Stößel der äußeren Oberfläche des
einzuspannenden Bauteils 200 zugewandt, während ein zweites
Ende E2 der Stößel der
Oberfläche
OB des Ballons 122' zugewandt
ist. Ihre beschriebene Lagerung ermöglicht es den Stößeln, eine
von Seiten der Ballone 122' in
sie eingeleitete Kraft, in 2 angedeutet
durch den fettgedruckten Pfeil F, in gewünschter Weise auf das Bauteil 200 zu übertragen,
um dieses einzuspannen und zu stabilisieren. Bei der Einleitung
beziehungsweise Übertragung
einer Kraft von dem Ballon 122' auf das Ende E2 des Stößels 114' wölbt sich
die Oberfläche
OB des Ballons 122',
wie in 2 gezeigt.
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Alternativ
zu einer Übertragung
einer Kraft über
die Hülle
der Ballone 122' auf
die Stößel besteht die
Möglichkeit,
die Kraftübertagung
auf die Stößel dadurch
zu realisieren, dass die Spendeeinrichtung 124 das Medium über die
Verbindungsleitungen 123 nicht in die Ballone, sondern
direkt in einen im Wesentlichen durch die Gehäusewand GW der Spannvorrichtung 100' und das Wandelement 112' begrenzten
Raum einbringt; die Ballone könnten
bei dieser Variante eingespart werden. Dieser Raum wird weiterhin
durch die in den Löchern
des Wandelementes 112' gelagerten
Stößel 114' und insbesondere
deren Enden E2 begrenzt. Bei einer Befüllung mit dem Medium baut sich
in dem Raum ein Druck auf, welcher bewirkt, dass auch eine gewünschte Kraft
F, wie in 2 gezeigt, auf das Ende E2 der
Stößel 114' ausgeübt wird.
Auch in diesem Fall übertragen
die Stößel 114' die Kraft auf
das Bauteil 200 und spannen dieses ein. Damit das Medium
nicht durch die Löcher
beziehungsweise die Übergänge zwischen
dem Wandelement 112' und
den Stößeln 114' entweichen kann,
was unweigerlich einen Druckverlust in dem Raum zur Folge hätte, ist
bei dieser Variante des ersten Ausführungsbeispiels, bei der auf
die Ballone 122' verzichtet
wird, eine Dichtung 113' entlang
des Umfangs der Löcher
vorgesehen, um die Übergänge zwischen
dem Wandelement 112' und
den Stößeln 114' abzudichten.
Die Dich tungen 113' könnten beispielweise
in an den Rändern
der einzelnen Löcher des
Wandelementes 112' vorgesehenen
umlaufenden Nuten gelagert sein.
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3 zeigt
einen Längsschnitt
durch die Spannvorrichtung 100' gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Im Vordergrund ist das einzuspannende Bauteil 200 zu erkennen,
welches aus Gründen der
Transparenz hier nur in seinen Umrissen angedeutet ist. Hinter dem
Bauteil ist ein Längsschnitt durch
die Kraftübertragungseinrichtung 110'-1 dargestellt.
Es ist das Wandelement 112 mit den darin befindlichen Löchern zum
Führen
der Stößel angedeutet.
Im Längsschnitt
sind von diesen Stößeln lediglich deren
dem Bauteil 200 zugewandten Enden E1 zu erkennen, welche
die Löcher
im Wesentlichen ausfüllen.
In 3 ist es wichtig zu erkennen, dass die Vielzahl
der Stößel beziehungsweise
Löcher
nicht lediglich in einer Richtung, sondern zweidimensional in Form
eines Stößelfeldes
angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine quasi flächige Krafteinleitung
auf einen größeren Teil
des Bauteils gewährleistet,
was zu einer zusätzlichen
Stabilisierung des Bauteils beiträgt; insbesondere kann das Bauteil
dann bei Einspannung nicht quer zur Spannvorrichtung kippen.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Spannvorrichtung.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
besteht die Vorrichtung wiederum aus zwei Teilen TI,
TII, welche auf vorzugsweise einander gegenüberliegende
Oberflächen des
Bauteils 200 einwirken. Die Kraftübertragungseinrichtungen 110'' und die Anpresseinrichtungen 120'' sind bei diesem Ausführungsbeispiel
jedoch anders ausgebildet als beim ersten Ausführungsbeispiel und werden nachfolgend
unter Bezugnahme auf 5 detailliert beschrieben. Das
Grundprinzip der Erfindung, nämlich
dass eine Vielzahl von Kraftübertragungselementen 114'' vorgesehen ist, welche an unterschiedlichen
Stellen punktuell und individuell eine Kraft auf die Oberfläche des
einzuspannenden Bauteils 200 übertragen, wie es oben unter
Bezugnahme auf die 1 bis 3 detailliert
beschrieben wurde, gilt bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gleichermaßen.
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5 zeigt
die besondere Ausgestaltung der Kraftübertragungseinrichtung 110'' und der Anpresseinrichtung 120'' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die Kraftübertragungseinrichtung 110'' umfasst die Führungseinrichtung 112'', welche hier als Welle ausgebildet
ist. Die Welle ist beispielsweise aus Stahl oder Kunststoff gefertigt.
Weiterhin umfasst die Kraftübertragungseinrichtung 110'' Kraftübertragungselemente 114'', welche hier jeweils als Exzenterscheibe
ausgebildet sind. Die Exzenterscheiben sind auf der Welle 112'' exzentrisch drehbar gelagert. Mit
jeder Exzenterscheibe 114'' fest verbunden,
ist eine Feststellschraube 115'' zum
Fixieren der Exzenterscheibe 114'' in
einer gewünschten
Stellung re lativ zu der Welle 112''.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
dient eine Dreh- oder Spiralfeder als Anpresseinrichtung 120''. Dabei ist ein Ende EW der Feder fest
mit der Welle 112'' und das andere
Ende der Feder EE fest mit der Exzenterscheibe 114'' verbunden.
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Die
Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels
der Spannvorrichtung 100'' wird nachfolgend
beschrieben:
In einer Ausgangssituation sind die einzelnen
Exzenterscheiben 114'' unter Vorspannung
der Drehfeder 120'' mit Hilfe der
Feststellschrauben 115'' auf der Welle
fixiert. Es wird dann das Bauteil 200, zunächst noch
beabstandet vom Rand der Exzenterscheiben, in die Spannvorrichtung 100'' eingebracht. Zum Einspannen des
Bauteils 200 werden dann die Feststellschrauben 115'' gelöst, woraufhin sich die Exzenterscheiben,
angetrieben durch die vorgespannte Drehfeder 120'', auf der Welle 112'' zu drehen beginnen, siehe die
Pfeilrichtung in 5. Die Drehbewegung der Exzenterscheiben
um die Welle 112'' dauert solange
an, bis die Exzenterscheiben 114'' mit
ihrem Rand an die äußere Oberfläche des
Bauteils 200 anschlagen und eine Anpresskraft F punktuell
auf dieses ausüben.
Aufgrund dieser Anpresskraft F wird das Bauteil in der Spannvorrichtung 100'' eingespannt. Die Feststellschraube 115 kann
dann in dieser Anpressstellung fixiert werden. Durch das Anziehen
der Feststellschraube 115'' wird verhindert,
dass sich die Exzenterscheibe bei einer Bewegung des Bauteils 200 aus
ihrer Einspannsituation herausdreht und der Bewegung des Bauteils
nachgibt; dies würde der
gewünschten
Einspannung des Bauteils zuwiderlaufen.
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6 zeigt
einen Längsschnitt
durch die Spannvorrichtung 100'' gemäß ihrem
zweiten Ausführungsbeispiel.
Auch hier ist wiederum das eingespannte Bauteil 200 nur
in seinen Umrissen angedeutet, weiterhin ist hier zu erkennen, dass
auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
die Kraftübertragungselemente
nicht lediglich linear, sondern zweidimensional, also flächig angeordnet
sind. Zu diesem Zweck sind in der Spannvorrichtung 100'' mehrere, hier beispielhaft zwei
Wellen 112'' mit jeweils
einer Mehrzahl von Kraftübertragungselementen 114' in Form der
Exzenterscheiben in unterschiedlicher Positionierungshöhe in der
Spannvorrichtung angeordnet. Auch hier dient die flächige Anordnung
der Kraftübertragungselemente,
vorliegend der Exzenterscheiben, für eine besonders gute Stabilisierung
des Bauteils 200.
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7 zeigt
schließlich
ein drittes Ausführungsbeispiel
für die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Spannvorrichtung 100'''. Das dritte Ausführungsbeispiel
entspricht in seinem Aufbau und in seiner Funktionsweise im Wesentlichen
dem ersten Ausführungsbeispiel,
allerdings mit dem Unterschied, dass die Kraftübertragungseinrichtung eingespart
wurde bzw. dass die Oberfläche
des Ballons OB als Kraftübertragungselement
fungiert und direkt auf die Oberfläche des einzuspannenden Bauteils einwirkt.
Auch hier besteht die Spannvorrichtung wiederum beispielhaft aus
zwei Teilen TI und TII wobei die
Ballone 122'''-1 und 122'''-2 jeweils auf
gegenüberliegende
Oberflächen
OB des Bauteils 200 einwirken. Bei den beiden Teilen TI und TII handelt
es sich um zwei separate Gehäusehälften beziehungsweise Spanneinheiten,
welche in ihrer Größe dem entsprechenden
Spannbereich des Bauteils (zum Beispiel Schaufelblatt beziehungsweise
Bauteilsortiment) angepasst sind.
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Jedes
Teil umfasst jeweils eine Verbindungsleitung 123''-1, 123''-2 in
Form eines Einfüllkanals
mit jeweils einem zugeordneten Ballon beziehungsweise Einfüllsack 122'''-1, 122'''-2.
Die Verbindungsleitungen können
zum Beispiel mit einem Rückschlagventil (in 7 nicht
gezeigt) ausgebildet sein, damit das jeweilige Füllmedium nicht aus dem Ballon
zurückfließen kann.
Das Material aus dem die Ballone gefertigt sind, muss relativ strapazierfähig sein
und sollte eine geringst mögliche
Dicke haben.
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Als
Füllmedium
kann zum Beispiel PUR-Schaum, Klebstoff, Kunststoff, zum Beispiel
Biresin, Scotch Weld DP610 oder Harz etc. verwendet werden.
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An
den beiden Teilen TI und TII sind
jeweils komplementäre
Positionierelemente zum Beispiel in Form einer Nut und einem Stein
beziehungsweise einer Bohrung und einem Stift TI-1,
TII-1 vorgesehen. Diese Positionierelemente
erlauben bei einer späteren
Anwendung eine genaue Positionierung der Teile beziehungsweise Gehäusehälften zueinander.
Die Teile umfassen weiterhin vorzugsweise Befestigungseinrichtungen
(in 7 nicht gezeigt) zum Spannen beziehungsweise Zentrieren
der Teile an einer Bearbeitungsvorrichtung. Durch das Spannen beziehungsweise
Zentrieren der gesamten Spannvorrichtung wird auch der zu bearbeitende
Bereich fest eingespannt beziehungsweise gehalten, sodass bei einer
mechanischen Bearbeitung des eingespannten Bauteils keine Probleme
zum Beispiel in Form einer unerwünschten
Verschiebung desselben auftreten können. Die Handhabung der Spannvorrichtung
insbesondere gemäß ihrem
dritten Ausführungsbeispiel
wird nachfolgend näher
beschrieben:
Zunächst
wird eine Bearbeitungsvorrichtung, bei der es sich nicht um die
erfindungsgemäße Spannvorrichtung
handelt, auf einem Maschinentisch aufgespannt. Das Bauteil wird
dann in diese Vorrichtung aufgenommen und eingespannt, um seine
Geometriedaten durch Vermessen zu ermitteln. Auf Basis der gemessenen
individuellen Geometriedaten wird ein Bearbeitungsprogramm, zum
Beispiel ein Fräsprogramm,
für die
individuelle Bearbeitung des Bauteils generiert.
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Nach
dem Vermessen und Erstellen des Bearbeitungsprogramms wird die erfindungsgemäße Spannvorrichtung 100''' zum
Beispiel von einem Maschinenwerker an dem Bauteil angebracht. Die
beiden Teile beziehungsweise Gehäusehälften TI und TII werden
auf gegenüberliegenden
Seiten des Bauteils positioniert und zusammengesteckt. Aufgrund
der oben beschriebenen Positionierelemente werden die beiden Bauteile
dabei automatisch richtig zueinander positioniert. Die beiden Teile
TI und TII werden
jedoch nicht nur miteinander, sondern – wie oben bereits erwähnt – zusätzlich auch
an der Bearbeitungsvorrichtung, zum Beispiel einer Fräsmaschine,
befestigt. Dabei reicht eine einfache Spannmethode aus.
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Unter
Zuführen
des Füllmediums
mittels einer Dosiereinheit (in 7 nicht
gezeigt) in die Verbindungsleitungen 123''-1 und 123''-2 der beiden Teile TI und
TII und somit in die jeweiligen Ballone 122'''-1 und 122'''-2 wird
eine nahezu formschlüssige Einbettung
des Bauteils 200, beispielsweise eines Schaufelblattes,
erreicht und nach Aushärtung
des Füllmediums
eine feste Einspannung des Bauteils erreicht.
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Sobald
die feste Einspannung realisiert ist, kann die Bearbeitung des Bauteils,
zum Beispiel die Fräsbearbeitung
mittels der Bearbeitungsvorrichtung beginnen. Vorteilhafterweise
kann die erfindungsgemäße Spannvorrichtung
insbesondere gemäß ihrem dritten
Ausführungsbeispiel
zusammen mit dem Bauteil 200 mit bearbeitet, das heißt mit abgefräst oder zerspant
werden, wenn die Ballone an die Oberflächenkontur des Bauteils 200 in
dessen Bearbeitungsbereich angepasst und ausgehärtet sind. Auf diese Weise
wird eine maximale Stabilisierung des Bauteils während seiner Bearbeitung gewährleistet. Nach
der Bearbeitung kann die erfindungsgemäße Spannvorrichtung, soweit
sie nicht durch Fräsen
bereits mit entfernt worden ist, von der Vorrichtung gelöst und in
ihre Einzelteile TI und TII mit
den jeweiligen Ballonen 122'''-1 und 122'''-2 zerlegt und
von dem Bauteil 200 entfernt werden. Falls erforderlich
können
diese Arbeitschritte auch dadurch realisiert werden, dass die beiden
Teile gegebenenfalls zusammen mit dem Bauteil mit flüssigem Stickstoff
in Verbindung gebracht werden, woraufhin diese zerbersten, insbesondere
wenn die Teile aus zum Beispiel Polysterol gefertigt sind.
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Vorteile
der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 100''',
welche sich insbesondere auf deren dritte Ausführungsform beziehen, werden
im Folgenden benannt:
Vorteilhafterweise braucht das zu bearbeitende
Bauteil zum Anbringen der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung und zum
Bearbeiten nicht nach auswärts an
eine Fremdfirma vergeben zu werden. Das zu bearbeitende Bauteil,
insbesondere Schaufelblatt, kann am Maschinenarbeitsplatz vermessen
werden und kann anschließend
ohne von der Bearbeitungsvorrichtung abgespannt werden zu müssen, in
die erfindungsgemäße Spannvorrichtung
eingespannt werden. Dadurch dass die zuvor ermittelten Messergebnisse
unmittelbar und ohne Abweichungen, wie sie z.B. durch ein Auf- oder
ein Abspannen des Bauteils auf die Bearbeitungsvorrichtung entstehen
würden, in
das Bearbeitungsprogramm integriert werden, werden zum einen Fehler
bei der Bearbeitung minimiert und die eigentliche Bearbeitung des
Bauteils kann unmittelbar nach dessen Vermessung und der Generierung
des Bearbeitungsprogramms erfolgen. Weil die erfindungsgemäße Spannvorrichtung
von einem Maschinenwerker selbst durchgeführt werden kann, muss keine
weitere Fachabteilung eingeschaltet werden, wodurch Durchlaufzeiten
eingespart werden. Dadurch dass die erfindungsgemäße Spannvorrichtung
aus zwei separaten Teilen mit jeweils getrennten Ballonen besteht,
wird verhindert, dass sich die Füllmedien
in beiden Ballonen im Bereich des einzuspannenden Bauteils vermischen
bzw. unlösbar miteinander
verbinden. Dadurch wird die Demontage der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
bzw. des nach der Bearbeitung überbleibenden
Restes der Spannvorrichtung verhindert. Die Ballone sind vorzugsweise
aus besonders dünnem
Material gefertigt, um ein möglichst
genaues formschlüssiges
Anliegen des Ballons bzw. des Füllmediums
an die jeweilige Bauteiloberfläche
OB zu realisieren. Auf diese Art und Weise findet eine automatische
Anpassung der Spannvorrichtung an die jeweils individuelle Geometrie
des Bauteils 200 statt; das heißt Form-, Lage- oder Stellungsabweichungen
des Bauteils stellen kein Problem bei der Einspannung dar, weil
sich das Füllmedium
und die Ballone jeder Geometrie anpassen. Eine spätere Änderung
des zu bearbeitenden Bauteils erfordert keine Änderung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
als solche; gegebenenfalls kann es jedoch erforderlich sein, eine
gleichartige Spannvorrichtung zu verwenden und deren Ballone neu
aufzufüllen,
damit sich diese an die möglicherweise
geänderte
Kontur des Ersatzteils anpassen.
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Vorteilhafterweise
kann die Herstellung der kompakten erfindungsgemäßen Spannvorrichtung preisgünstig von
geeigneten Fachfirmen übernommen
werden, insbesondere weil es sich bei der Spannvorrichtung um einen
Wegwerfartikel handelt.
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Vorteilhafterweise
lassen sich die bei der Bearbeitung zerspanten Reste der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
soweit sie in die Kühlflüssigkeit der
Bearbeitungsvorrichtung gelaugt sind, mit Hilfe eines Flüssigkeitsfilters
leicht aus dieser herausfiltern. Es ist vorteilhaft, wenn das Ma terial
der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
nicht gesundheitsschädlich
sowie umweltfreundlich ist.
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Vorteilhafterweise
sind bei den beiden Teilen TI und TII jeweils Versteifungsrippen, zum Beispiel aus
Kunststoff gespritzt, vorgesehen, um die Stabilität bzw. Steifigkeit
der Teile zu verbessern. Des Weiteren können bei diesen Teilen Begrenzungsrippen (in 7 nicht
gezeigt) vorgesehen sein, welche die Ausdehnung der Ballone begrenzen.
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Weil
das Füllmedium
in die Ballone verfüllt wird
und deshalb nicht direkt mit dem Bauteil 200 in Verbindung
kommt, sind Reinigungs- und Strippverfahren zum Entfernen von Rückständen am
Bauteil 200 nicht erforderlich. Durch die Verwendung von zweikomponentigem
Füllmedium
wird eine schnelle Aushärtung
desselben ermöglicht,
so dass die nachfolgende mechanische Bearbeitung sehr kurzfristig nach
dem Einfüllen
des Füllmediums
erfolgen kann. Das zweikomponentige Füllmedium könnte auch bereits bei der Herstellung
der Spannvorrichtung in die einzelnen Teile integriert werden. Vorteilhafterweise hat
das Einbringen des Füllmediums
in die Ballone keine Auswirkung auf die Lage und/oder Stellung des Bauteils.
Erforderlichenfalls kann die Spannvorrichtung während einer Bearbeitung auch
mehrfach ausgetauscht werden. So kann es beispielsweise erforderlich
sein, dass nach einem Vorfräsen
und einem neuerlichen Vermessen die alte Spannvorrichtung gegen
eine neue Spannvorrichtung ausgetauscht werden muss, wenn sich die
Lage oder Stellung des Bauteils während des Vorfräsens verändert hat.
Dieses Austauschen der Spannvorrichtung kann aufgrund der beschriebenen
Ausbildung der Spannvorrichtung schnell, unkompliziert und preisgünstig erfolgen,
da die jeweilige Spannvorrichtung ein Wegwerfartikel ist.
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Vorzugsweise
ist in den Ballonen in Verbindung mit dem jeweiligen Teil TI und TII eine sogenannte
Entlüftungsbohrung
bzw. -öffnung
integriert. Durch diese kann dann eventuell vorhandene Luft im Innern
der Ballone beim Einfüllen
des Füllmediums aus
den Ballonen entweichen.
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Nach
Aushärtung
des Füllmediums
in den Ballonen repräsentieren
deren Oberflächen
ein negatives Abbild der Oberfläche
bzw. Kontur des Bauteils; insofern kann die Spannvorrichtung bzw.
deren Ballone auch zur Geometrieermittlung eingesetzt werden. Ein
möglicher
Einsatzbereich wäre
zum Beispiel die Ermittlung von Beschädigungen in Form von Dellen
oder Poren etc. in der Oberfläche
des Bauteils 200.
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Vorteilhafterweise
wird die gesamte Spannvorrichtung in allen Ausführungsbeispielen aus Kunststoff,
zum Beispiel aus Polystyrol gefertigt. Es werden dann zunächst das
Gehäuse
und diverse Einzelteile, insbesondere der Kraftübertragungseinrichtung, aus
Kunststoff gefertigt. Vorzugsweise und sofern vorgesehen wird das
Gehäuse
mit integrierter Führungseinrichtung
für die
Kraftübertragungselemente
gefertigt. Eine für
die Herstellung dieser Einzelteile erforderliche Spritzgussvorrichtung
kann dann vorteilhafterweise nach einem Baukastenprinzip ausgelegt
werden, was zu Kosteneinsparungen bei einer Serienproduktion der
genannten Teile führt. Nach
der Herstellung der Einzelteile aus Kunststoff werden diese bei
einem Hersteller der Spannvorrichtung zu der Spannvorrichtung beziehungsweise
deren einzelnen Teile TI und TII zusammengebaut.
Die Montage umfasst erforderlichenfalls auch den Einbau der Dichtungen 113', zum Beispiel
in Form von O-Ringen, sowie das Verbinden der beiden Teile TI und TII der Spannvorrichtung.
Weiterhin umfasst die Montage den Einbau der Ballone 122', sofern diese vorgesehen
sind.
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Die
erfindungsgemäße Spannvorrichtung eignet
sich nicht nur zur Verwendung bei Instandsetzungen, sondern auch
zur Fixierung von Bauteilen bei einer Neuteilefertigung. Mit der
erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
können
Bauteile, insbesondere Turbinenschaufeln, zunächst an ihrer Basis aufgenommen
werden und anschließend
kann die Spannvorrichtung angebracht werden. Das so zentriert positionierte
Bauteil kann anschließend
weiter bearbeitet werden.