DE102006058677B4

DE102006058677B4 - Method and device for improving the wear characteristics of the component of a gas turbine

Info

Publication number: DE102006058677B4
Application number: DE200610058677
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr. Bayer; Thomas Dautl; Max Dr. Niegl; Thomas Peschke; Holger Polanetzki; Philipp THÜMMLER
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: DE102006058677A1; WO2008071163A1

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften eines Bauteils (10) einer Gasturbine, bei welchem wenigstens ein Oberflächenbereich (22, 24, 26, 28, 30) des Bauteils (10) zumindest lokal behandelt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
– Positionieren des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs (22, 24, 26, 28, 30) einer zugehörigen Verzahnung (14) des Bauteils (10) und einer korrespondierenden, Strahlgut beaufschlagenden Oberfläche (48) einer Vibrationseinrichtung (44) relativ zueinander; und
– Oberflächenstrahlen, insbesondere Ultraschall-Kugelstrahlen des Oberflächenbereichs (22, 24, 26, 28, 30) der zugehörigen Verzahnung (14).Method for improving the wear characteristics of a component (10) of a gas turbine, in which at least one surface region (22, 24, 26, 28, 30) of the component (10) is treated at least locally, characterized by the following steps:
- Positioning of the surface to be machined surface (22, 24, 26, 28, 30) of an associated toothing (14) of the component (10) and a corresponding, blasting material acting surface (48) of a vibration device (44) relative to each other; and
- Surface blasting, in particular ultrasonic shot peening of the surface region (22, 24, 26, 28, 30) of the associated toothing (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften eines Bauteils einer Gasturbine der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 11 angegebenen Art.The The invention relates to a method and an apparatus for improvement the wear characteristics a component of a gas turbine in the preamble of claims 1 and 11 specified type.

Zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften von derartigen Bauteilen werden gegenwärtig eine Mehrzahl von unterschiedlichen Verfahren und hierzu genutzten Vorrichtungen eingesetzt, insbesondere in Abhängigkeit davon, welcher Oberflächenbereich bzw. welcher Bauteilbereich behandelt werden soll. Zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften beispielsweise der Laufschaufeln eines Rotors oder von zentralen und ebenen Bereichen der Scheiben werden häufig Oberflächenstrahlverfahren, insbesondere Ultraschall-Kugelstrahlverfahren eingesetzt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise bereits aus der EP 1 101 568 B1 als bekannt zu entnehmen, bei welchem die Rotorschaufeln eines als Blisk ausgebildeten Rotors zur Verbesserung ihrer Ermüdungsfestigkeit kugelgestrahlt werden. Hierzu wird der Rotor in einer Haltevorrichtung positioniert, so dass dieser um seine Rotationsachse drehbar gehalten ist. Durch Drehung des Rotors werden dessen Rotorschaufeln durch eine Strahlkammer geführt, an deren Unterseite eine das Strahlgut beaufschlagende Vibrationseinrichtung in Form einer Ultraschall-Sonotrode mit einer horizontal verlaufenden schwingenden Oberfläche angeordnet ist. Die Strahlkammer wird dabei sowohl axial wie auch radial der Blisk durch entsprechende Kammerwände begrenzt.In order to improve the wear properties of such components, a plurality of different methods and devices used therefor are currently used, in particular depending on which surface area or which component area is to be treated. To improve the wear characteristics of, for example, the blades of a rotor or of central and planar regions of the disks, surface blasting methods, in particular ultrasonic shot blasting methods, are frequently used. Such a method is for example already in the EP 1 101 568 B1 to be known, in which the rotor blades of a rotor designed as a blisk are shot-blasted to improve their fatigue strength. For this purpose, the rotor is positioned in a holding device, so that it is rotatably supported about its axis of rotation. By rotation of the rotor whose rotor blades are guided by a blasting chamber, on the underside of which a blasting material acting vibrating device is arranged in the form of an ultrasonic sonotrode with a horizontally extending oscillating surface. The blasting chamber is bounded both axially and radially of the blisk by corresponding chamber walls.

Insbesondere hochpräzise und mechanisch bzw. thermisch hochbelastete metallische Bauteile werden aktuell beispielsweise mit Schutzschichten versehen, die die Verschleißschutz-Eigenschaften oder auch die Wärmedämm-Eigenschaften verbessern sollen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 103 47 363 A1 als bekannt zu entnehmen.In particular, highly precise and mechanically or thermally highly stressed metallic components are currently provided, for example, with protective layers to improve the wear protection properties or the thermal insulation properties. Such a method is for example from the DE 103 47 363 A1 to be known as known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen die Verschleißeigenschaften von hochpräzisen Oberflächenbereichen des Bauteils auf einfache Weise verbessert werden können.task The present invention is a method and an apparatus of the type mentioned above, with which the wear properties of high precision surface areas of the component can be easily improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 11 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.These The object is achieved by a Method and a device with the features of claims 1 and 11 reached. Advantageous embodiments with appropriate and non-trivial Further developments of the invention are specified in the respective dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem ersten Schritt der zu bearbeitende Oberflächenbereich einer zugehörigen Verzahnung des Bauteils und eine korrespondierende, Strahlgut beaufschlagende Oberfläche einer Vibrationseinrichtung relativ zueinander positioniert werden. Nach der Positionierung des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs und der Oberfläche der Vibrationseinrichtung relativ zueinander erfolgt dann in einem weiteren Verfahrensschritt das Oberflächenstrahlen, insbesondere das Ultraschall-Kugelstrahlen dieses Oberflächenbereichs der Verzahnung. Im Unterschied zur bisher gängigen Praxis ist es demzufolge erfindungsgemäß vorgesehen, einen hochpräzisen Bauteilbereich – nämlich die Verzahnung – durch Oberflächenstrahlen zu bearbeiten.at the method according to the invention is it inventively provided that in a first step, the surface area to be processed a associated Gearing of the component and a corresponding, blasting material acting surface of a Vibrating device are positioned relative to each other. To the positioning of the surface area to be processed and the surface of the Vibration device relative to each other then takes place in another Process step the surface blasting, in particular the ultrasonic shot peening of this surface area the gearing. In contrast to the previously common practice, it is therefore provided according to the invention, a high-precision Component area - namely the teeth - by surface blasting to edit.

Da derartige Steckverzahnungen in der Regel hohe Kräfte formschlüssig übertragen müssen und sich insbesondere zwischen den jeweiligen Zahnflanken fertigungsbedingte Toleranzen einstellen können, treten in deren Verbindungsbereich hohe lokale Lastspitzen auf. Um der Gefahr des Reibverschleißes, insbesondere im Bereich der Zahnflanken entgegenzuwirken und somit die Lebensdauer von derartigen Verzahnungen zwischen Bauteilen innerhalb der Gastrubine zu verbessern, ist das erfindungemäße Verfahren besonders geeignet.There Such splines usually transmitted high forces form fit must and in particular between the respective tooth flanks production-related Can set tolerances, High local load peaks occur in their connection area. To avoid the risk of fretting, counteract especially in the area of the tooth flanks and thus the life of such gears between components within To improve the gastrubine is the erfindungemäße method particularly suitable.

Damit hierbei keine unerwünschte Beeinträchtigung der hochpräzisen Form, insbesondere von jeweiligen scharfen Kanten bzw. Übergängen beispielsweise zwischen den Zahnflanken und der Zahnoberseite des entsprechenden Zahns erfolgt, werden die Oberfläche der Vibrationseinrichtung und eine Oberflächennormale des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs vorzugsweise in einem Winkel zwischen 20° und 90°, und insbesondere zumindest annähernd senkrecht, relativ zueinander positioniert. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Strahlgut in einem hinreichend steilen Winkel gegenüber des zu strahlenden Oberflächenbereichs auftrifft, um eine entsprechende Beschädigung von schafkantigen Übergängen zu vermeiden, welche den zu bearbeitenden Oberflächenbereich zu benachbarten Oberflächenbereichen hin begrenzt.In order to no unwanted impairment the high precision Shape, in particular of respective sharp edges or transitions, for example between the tooth flanks and the tooth top of the corresponding Tooth is done, become the surface the vibrator and a surface normal of the surface area to be processed preferably at an angle between 20 ° and 90 °, and in particular at least approximately perpendicular, positioned relative to each other. This will ensure that the blasting material at a sufficiently steep angle to the too bright surface area impinges to corresponding damage of Schafkantigen transitions to avoid which adjacent to the surface area to be processed surface areas limited.

In einer vorteilhaften Ausführungsform werden zumindest die jeweiligen Zahnflanken und/oder die Zahnoberseite des entsprechenden Zahns der Verzahnung verfestigt, da diese zumeist den höchsten Belastungen und demzufolge dem größten Verschleiß der Verzahnung ausgesetzt sind.In an advantageous embodiment be at least the respective tooth flanks and / or the tooth top solidified the corresponding tooth of the toothing, since this is usually the highest Loads and consequently the greatest wear of the teeth are exposed.

Ein besonders leicht zu reproduzierendes Verfahren lässt sich darüber hinaus erreichen, wenn das Bauteil an einer Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen angeordnet und der zu bearbeitende Oberflächenbereich relativ zu der Oberfläche der Vibrationseinrichtung positioniert wird.One In addition, it is particularly easy to reproduce reach when the component on a device for surface blasting arranged and the surface area to be processed relative to the surface the vibration device is positioned.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Bauteil zum Oberflächenstrahlen einer rotationssymmetrischen Verzahnung um eine Rotationsachse gedreht wird. Hierdurch kann in einem Verfahrensgang beispielsweise eine Außenverzahnung, eine Stirnverzahnung oder eine Innenverzahnung umlaufend bearbeitet werden. Die Drehung des Bauteils zur Bearbeitung der einzelnen Zähne der rotationssymmetrischen Verzahnung kann dabei sowohl kontinuierlich wie auch schrittweise erfolgen.Finally has it has proven to be advantageous if the component for surface blasting a rotationally symmetrical toothing rotated about a rotation axis becomes. As a result, in one process, for example, a External toothing, one Spur toothing or internal teeth are machined circumferentially. The rotation of the component for processing the individual teeth of rotationally symmetrical gearing can be both continuously as well as gradually.

Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise auch für die hierzu eingesetzte Vorrichtung. Diese zeichnet sich neben wenigstens einer Vibrationseinrichtung mit einer das Strahlgut beaufschlagenden Oberfläche durch eine Haltevorrichtung aus, so dass das Bauteil und die Oberfläche der Vibrationseinrichtung so zueinander angeordnet bzw. ausgerichtet werden können, dass die Verzahnung der Oberfläche der Vibrationseinrichtung gegenüber liegt. Somit ergibt sich die Möglichkeit zur leicht reproduzierbaren Oberflächenstrahlung der Verzahnung.The described in connection with the method according to the invention Advantages apply in the same way also for the device used for this purpose. This is characterized by at least one vibration device with a surface acting on the blasting material through a holding device, so that the component and the surface of the vibration device can be arranged or aligned with each other so that the toothing of the surface the vibration device is opposite. Thus, the possibility arises for easily reproducible surface radiation of the toothing.

Zur Vermeidung von Verlusten an Strahlgut hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn der Vibrationseinrichtung eine Strahlkammer zugeordnet ist, in welcher der jeweilige wenigstens eine Oberflächenbereich der Verzahnung bearbeitbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise eine gleichbleibende Menge an Strahlgut innerhalb der Strahlkammer gewährleistet werden, wodurch sich ebenfalls eine reproduzierbare Verfestigung des jeweiligen Oberflächenbereichs – insbesondere der Zahnflanken und der Zahnoberseite – realisieren lässt.to Avoidance of losses of blasting material, it has in a further embodiment the invention shown to be advantageous when the vibration device a blasting chamber is assigned, in which the respective at least a surface area of the Gear is machinable. This can easily a consistent amount of blasting material to be ensured within the blasting chamber, which likewise results in a reproducible solidification of the respective Surface area - in particular the tooth flanks and the top of the tooth - can be realized.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of two preferred embodiments as well as from the drawings; these show in:

1 eine schematische Perspektivansicht auf ein Bauteil einer Gasturbine in Form eines kreisringförmigen Zahnkranzes, welcher vorliegend zur Herstellung einer Steckverzahnung mit einem Nachbarbauteil mit einer Curvic-Verzahnung versehen ist, wobei der Zahnkranz um eine schematisch angedeutete Rotationsachse drehbar gehalten ist, und wobei in einem unteren Bereich des Zahnkranzes von einer Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen der Verzahnung eine gestrichelt angedeutete Strahlkammer angeordnet sind; 1 a schematic perspective view of a component of a gas turbine in the form of an annular ring gear, which is presently provided for producing a spline with a neighboring component with a Curvic toothing, wherein the sprocket is rotatably supported about a schematically indicated rotation axis, and wherein in a lower portion of the Sprocket of a device for surface blasting of the toothing a blasting chamber indicated by dashed lines are arranged;

2 eine schematische Schnittansicht durch zwei Bauteile einer Gasturbine, welche über eine jeweilige Verzahnung gemäß 1 miteinander verbunden sind; 2 a schematic sectional view through two components of a gas turbine, which via a respective toothing according to 1 connected to each other;

3 eine schematische und ausschnittsweise vergrößerte Perspektivansicht auf drei Zähne einer Verzahnung des Bauteils, welche mit einer korrespondierenden Steckverzahnung zu verbinden sind, wobei insbesondere die einzelnen Oberflächenbereiche jedes der Zähne erkennbar ist; und in 3 a schematic and partially enlarged perspective view of three teeth of a toothing of the component, which are to be connected with a corresponding spline, wherein in particular the individual surface areas of each of the teeth is visible; and in

4 eine ausschnittsweise schematische Schnittansicht durch ein Bauteil nach einer alternativen Ausführungsform mit einer Außenverzahnung, die im Bereich einer Strahlkammer durch Oberflächenstrahlen zu bearbeiten ist, wobei einer Zahnoberfläche eines der Zähne gegenüberliegend eine Oberfläche einer Vibrationseinrichtung angeordnet ist, mittels welcher Strahlgut zu beaufschlagen bzw. in Richtung der zu bearbeitenden Zahnflanken und der Zahnoberfläche des Zahns zu beschleunigen ist. 4 a fragmentary schematic sectional view through a component according to an alternative embodiment with an external toothing, which is to be processed in the region of a blasting chamber by surface blasting, wherein a tooth surface of one of the teeth opposite a surface of a vibration device is arranged to act by which blasting material or in the direction of to be machined tooth flanks and the tooth surface of the tooth is to accelerate.

In 1 ist in einer schematischen Perspektivansicht ein Bauteil 10 einer Gasturbine in Form eines Zahnkranzes dargestellt, welcher um eine Rotationsachse R drehbar bzw. rotationssymmetrisch ausgebildet ist. An seiner einen Stirnseite 12 umfasst das Bauteil 10 eine so genannte curvic-Stirnverzahnung 14, welche – wie aus 2 beispielhaft in Schnittansicht erkennbar ist – mit einer weiteren Stirnverzahnung 16 eines Nachbarbauteils 18 zu verbinden ist. Beispielhaft können derartige Verzahnungen 14, 16 in einer Gasturbine bzw. einem Triebwerk zur Verbindung eines Rotors mit einer Welle zur Verbindung benachbarter Rotoren oder dergleichen eingesetzt werden. Alternativ zu der hier dargestellten Stirnverzahnung 14, 16 können dabei – wie im Weiteren unter Bezugnahme auf 4 noch näher erläutert werden wird – auch Außenverzahnungen 14 oder Innenverzahnungen bearbeitet werden. In der Zeichnung gemäß 1 ist im unteren Bereich des Bauteils 10 eine gestrichelt angedeutete Strahlkammer 36 erkennbar, deren zugeordnete Bauteile – nämlich insbesondere eine schwingende Oberfläche 48 einer Vibrationseinrichtung 44, jeweilige Strahlkammerwände 40, 42 sowie jeweilige Reflexionswände 46, 48 – unter Bezugnahme auf 4 im Weiteren noch näher erläutert werden.In 1 is a component in a schematic perspective view 10 a gas turbine in the form of a ring gear, which is rotatable about a rotational axis R or rotationally symmetrical. At its one end 12 includes the component 10 a so-called curvic-spur toothing 14 , which - like 2 can be seen by way of example in sectional view - with a further spur toothing 16 a neighboring component 18 to connect. By way of example, such toothings 14 . 16 in a gas turbine or an engine for connecting a rotor with a shaft for connecting adjacent rotors or the like. Alternatively to the spur toothing shown here 14 . 16 can - as explained below with reference to 4 will be explained in more detail - also external gears 14 or internal gears are processed. In the drawing according to 1 is in the lower part of the component 10 a dashed line indicated blasting chamber 36 recognizable, their associated components - namely in particular a vibrating surface 48 a vibration device 44 , respective blast chamber walls 40 . 42 as well as respective reflection walls 46 . 48 - with reference to 4 will be explained in more detail below.

In Zusammenschau mit den 3 und 4, welche in einer ausschnittsweisen schematischen Perspektivansicht eine Stirnverzahnung 14 mit drei Zähnen 20 bzw. in einer schematischen Schnittansicht ausschnittsweise ein alternativ ausgebildetes Bauteil 10 mit einer Außenverzahnung 14 zeigen, wird erkennbar, in welcher Weise die Verbesserung der Verschleißeigenschaften des Bauteils 10 erfolgen soll. Zunächst ist aus 3 erkennbar, dass jeder Zahn 20 der Verzahnung 14 zwei Zahnflanken 22, 24 umfasst, zwischen welchen sich die Zahnoberseite 26 auf Höhe der Kopflinie der Verzahnung 14 erstreckt. An jede der beiden Zahnflanken 22, 24 schließt sich ein Zahnlückengrund 28, 30 an. Zwei Stirnseiten 32, 34 des jeweiligen Zahns 20 verlaufen im vorliegenden Fall etwa senkrecht zur Zahnoberseite 26 bzw. den Zahnflanken 22, 24.In synopsis with the 3 and 4 which in a fragmentary schematic perspective view of a spur toothing 14 with three teeth 20 or in a schematic sectional view fragmentary an alternatively formed component 10 with an external toothing 14 show, in what way the improvement of the wear characteristics of the component 10 should be done. First off is 3 recognizable that every tooth 20 the gearing 14 two tooth flanks 22 . 24 includes, between which the tooth top 26 at the level of the head line of the gearing 14 extends. To each of the two tooth flanks 22 . 24 closes a tooth gap bottom 28 . 30 at. Two end faces 32 . 34 of the respective tooth 20 run in the present case approximately perpendicular to the top of the tooth 26 or the tooth flanks 22 . 24 ,

Aus 4 ist erkennbar, dass das Bauteil 10 gemäß dem dortigen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen scheibenförmig und um seine Rotationsachse R rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Außenumfangsseitig des Bauteils 10 bzw. von dessen Außenverzahnung 14 ist die Strahlkammer 36 in Schnittansicht dargestellt, welche bereits unter Bezugnahme auf 1 erläutert worden ist. Von der Strahlkammer 36 ist dabei im Wesentlichen eine Vibrationseinrichtung 44 erkennbar, welche vorliegend beispielsweise als Ultraschall-Sonotrode ausgebildet ist. An seiner der Außenverzahnung 14 zugewandten Seite umfasst die Vibrationseinrichtung 44 die das Strahlgut beaufschlagende Oberfläche 48. Mit einem Pfeil 50 ist dabei die schwingende Bewegungsrichtung der Oberfläche 48 schematisch angedeutet.Out 4 is recognizable that the component 10 is formed according to the local embodiment substantially disc-shaped and rotationally symmetrical about its axis of rotation R. Outer peripheral side of the component 10 or from its external teeth 14 is the blasting chamber 36 shown in section, which already with reference to 1 has been explained. From the blasting chamber 36 is essentially a vibration device 44 recognizable, which is formed here, for example, as an ultrasonic sonotrode. At its the external toothing 14 facing side includes the vibration device 44 the surface to be blasted 48 , With an arrow 50 is the oscillating direction of movement of the surface 48 indicated schematically.

Seitlich der Oberfläche 48 schließen sich die beiden Strahlkammerwände 40, 42 an die Vibrationseinrichtung 44 an, wobei zwischen der vibrierenden bzw. schwingenden Oberfläche 48 und den Stahlkammerwänden 40, 42 jeweils ein Spalt 64, 66 vorgesehen ist, so dass die Oberfläche 48 demgegenüber frei schwingen kann. Die Strahlkammerwände 40, 42 sind vorliegend in einem Winkel von beispielsweise etwa 100° bis 120° nach außen hin gegenüber der Oberfläche 48 geneigt. Selbstverständlich wäre es hier auch denkbar, die Strahlkammerwände 40, 42 in einer andersartigen Orientierung gegenüber der Oberfläche 48 anzuordnen. An die Strahlkammerwände 40, 42 schließen sich jeweilige Reflexionswände 46, 48 an, welche vorliegend auf nicht näher dargestellte Weise durch die jeweilige Strahlkammerwand 40, 42 gehalten sind. Die Reflexionswände 46, 48 können dabei beispielsweise mittels entsprechender Scharniere verstellbar gegenüber den Strahlkammerwänden 40, 42 angeordnet sein.Side of the surface 48 Close the two beam chamber walls 40 . 42 to the vibration device 44 at, between the vibrating or vibrating surface 48 and the steel chamber walls 40 . 42 one gap each 64 . 66 is provided, so that the surface 48 In contrast, can swing freely. The blast chamber walls 40 . 42 are present at an angle of, for example, about 100 ° to 120 ° outwards relative to the surface 48 inclined. Of course, it would also be conceivable here, the blast chamber walls 40 . 42 in a different orientation to the surface 48 to arrange. To the blast chamber walls 40 . 42 close respective reflection walls 46 . 48 which in the present case in a manner not shown by the respective radiant chamber wall 40 . 42 are held. The reflection walls 46 . 48 can be adjusted for example by means of appropriate hinges relative to the Strahlkammerwänden 40 . 42 be arranged.

Aus 4 ist erkennbar, dass die Reflexionswände 46, 48 im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem Winkel von etwa 100° bis 120° gegenüber der jeweils zugehörigen Strahlkammerwand 40 bzw. 42 angeordnet sind. Damit ein Verlust von Strahlgut aus der Strahlkammer 36 heraus vermieden werden kann, sind zwischen den Reflexionswänden 46, 48 und den Stirnseiten 68, 70 des scheibenförmigen Bauteils 10 jeweilige Dichtungen 72, 74 vorgesehen. Auch an beiden Stirnseiten 76 der Strahlkammer 36 sind auf nicht weiter dargestellte Weise Strahlkammerwände und/oder Reflexionswände vorgesehen, so dass die Strahlkammer 36 zumindest annähernd vollständig gegen einen Verlust von Strahlgut verschlossen ist. Es ist klar, dass die an den Stirnseiten 76 angeordneten Strahlkammerwände bzw. Reflexionswände entsprechend nachgiebig bzw. verfahrbar ausgebildet sein müssen, damit eine Rotation des Bauteils 10 mit der Außenverzahnung 14 um die Rotati onsachse R möglich ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden als Strahlgut Kugeln beispielsweise aus einem Stahl- oder Keramikwerkstoff verwendet.Out 4 it can be seen that the reflection walls 46 . 48 in the present embodiment at an angle of about 100 ° to 120 ° relative to the respective associated jet chamber wall 40 respectively. 42 are arranged. Thus a loss of blasting material from the blasting chamber 36 can be avoided are between the reflective walls 46 . 48 and the front ends 68 . 70 the disc-shaped component 10 respective seals 72 . 74 intended. Also on both ends 76 the blasting chamber 36 are provided in a manner not shown, jet chamber walls and / or reflection walls, so that the blasting chamber 36 at least approximately completely closed against a loss of blasting material. It is clear that on the front pages 76 arranged blasting chamber walls or reflecting walls must be designed to be compliant or movable according to a rotation of the component 10 with the external teeth 14 around the Rotati onsachse R is possible. In the present embodiment, balls are used as blasting material, for example, of a steel or ceramic material.

Aus 4 ist nun erkennbar, dass die hier eben gestaltete Oberfläche 48 der Vibrationseinrichtung 44 in einem Winkel α relativ zu einer Oberflächennormalen der zugehörigen Zahnoberseite 26 des jeweiligen Zahns 20 angeordnet ist. Vorliegend ist dieser Winkel α zumindest annähernd 90°, so dass die Oberfläche 48 und die Oberflächennormale O zumindest annähernd senkrecht relativ zueinander positioniert sind. Demzufolge verläuft die Oberfläche 48 der Vibrationseinrichtung 44 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest annähernd parallel zur jeweiligen Zahnoberseite 26 bzw. zum jeweiligen Zahnlückengrund 28, 30. Der demzufolge vorliegend etwa 90° aufweisende Winkel α zwischen der Oberflächennormalen O der Zahnoberseite 26 und der das Strahlgut beaufschlagenden Oberfläche 48 kann dabei in einem Winkelbereich zwischen 20° und 90° eingestellt werden. Insbesondere kann der Winkel α dabei im Bereich zwischen 45° und 90° eingestellt werden. Eine besonders vorteilhafte Oberflächenqualität lässt sich erreichen, wenn der Winkel α zwischen 75° und 90° im Bezug auf die Oberflächennormale O des jeweils zu strahlenden Oberflächenbereichs 22, 24, 26, 28, 30 – hier der entsprechenden Zahnoberseite 26 – eingestellt wird. Demzufolge kann sich die Oberfläche 48 der Vibrationseinrichtung 44 auch schräg zur Oberflächennormalen O der Zahnoberseite 26 erstrecken. Da der jeweils zu bearbeitende Oberflächenbereich 22, 24, 26, 28, 30 gegebenenfalls auch gekrümmt ausgebildet sein kann, wäre es darüber hinaus denkbar, die Oberfläche 48 der Vibrationseinrichtung 44 ebenfalls gekrümmt auszubilden.Out 4 is now recognizable that the surface just designed here 48 the vibration device 44 at an angle α relative to a surface normal of the associated tooth top 26 of the respective tooth 20 is arranged. In the present case, this angle α is at least approximately 90 °, so that the surface 48 and the surface normal O are positioned at least approximately perpendicular relative to each other. As a result, the surface runs 48 the vibration device 44 in the present embodiment, at least approximately parallel to the respective tooth top 26 or to the respective tooth gap reason 28 . 30 , The presently about 90 ° having angle α between the surface normal O of the upper tooth surface 26 and the surface to be blasted 48 can be set in an angle range between 20 ° and 90 °. In particular, the angle α can be set in the range between 45 ° and 90 °. A particularly advantageous surface quality can be achieved if the angle α is between 75 ° and 90 ° with respect to the surface normal O of the respective surface area to be radiated 22 . 24 . 26 . 28 . 30 - here the corresponding tooth top 26 - is set. As a result, the surface may become 48 the vibration device 44 also obliquely to the surface normal O of the upper tooth surface 26 extend. As the respective surface area to be processed 22 . 24 . 26 . 28 . 30 may also be formed curved, it would also be conceivable, the surface 48 the vibration device 44 also curved form.

Darüber hinaus ist aus 4 ersichtlich, dass natürlich nicht nur die jeweilige Zahnoberseite 26 des zugehörigen Zahns 20 oberflächengestrahlt wird, sondern auch die die Zahnoberseite 26 jeweils benachbarenden Zahnflanken 22, 24. Dabei liegt ein Winkel α zwischen einer jeweiligen Oberflächennormalen O der beiden Zahnflanken 22 und 24 relativ zur Oberfläche 48 der Vibrationseinrichtung 44 ebenfalls im Bereich zwischen 20° und 90°. Damit ein erwünschter Winkel α zwischen einer jeweiligen Oberflächennormalen O der zugehörigen Zahnflanke 22, 24 und der schwingenden Oberflächen 48 der Vibrationseinrichtung 44 eingestellt werden kann, ist es darüber hinaus denkbar, dass die Oberfläche 48 und das Bauteil 10 relativ zueinander einstellbar sind. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Oberfläche 48 gegenüber dem Bauteil 10 eingestellt werden kann. Darüber hinaus kann dies natürlich auch dadurch erfolgen, dass das Bauteil 10 relativ zur Oberfläche 48 eingestellt wird, beispielsweise, indem das Bauteil 10 um seine Rotationsachse R gedreht wird.In addition, is off 4 Obviously, of course, not just the top of the tooth 26 of the associated tooth 20 is surface-blasted, but also the tooth top 26 each adjacent tooth flanks 22 . 24 , An angle α lies between a respective surface normal O of the two tooth flanks 22 and 24 relative to the surface 48 the vibration device 44 also in the range between 20 ° and 90 °. Thus, a desired angle α between a respective surface normal O of the associated tooth flank 22 . 24 and the vibrating surfaces 48 the vibration device 44 can be adjusted, it is also conceivable that the surface 48 and the component 10 are adjustable relative to each other. This can for example be done by the surface 48 opposite the component 10 can be adjusted. In addition, this can of course also be done by the component 10 relative to the surface 48 is set, for example, in the component 10 is rotated about its axis of rotation R.

Es ist jedoch klar, dass auch bei der in 4 gezeigten Anordnung bereits eine Verfestigung nicht nur der Zahnoberseite 26 erreicht wird, sondern insbesondere auch der jeweiligen Zahnflanken 22, 24 und des jeweiligen Zahnlückengrunds 28, 30. Durch die Anordnung der Oberfläche 48 in einem entsprechenden Winkel α gegenüber der Oberflächennormalen der Zahnoberseite wird insbesondere erreicht, dass die scharfkantigen Übergänge 52, 54 zwischen den Zahnflanken 22, 24 und der Zahnoberseite 26 nicht beeinträchtigt werden bzw. dass keine Materialverfrachtungen in die Zahnflanken 22, 24 hinein erfolgen. Weiterhin kann vorliegend durch das zumindest annähernd senkrechte Anordnen der Oberfläche 48 gegenüber der Oberflächennormalen O der Zahnoberseite 26 erreicht werden, dass auch die Übergänge 56, 58 zwischen den jeweiligen Zahnflanken 22, 24 bzw. der Zahnoberseite 26 und der entsprechenden Stirnseite 32, 34 des Zahns 20 nicht beschädigt werden.However, it is clear that even in the 4 already shown a solidification not only the tooth top 26 is achieved, but in particular also the respective tooth flanks 22 . 24 and the respective tooth gap reason 28 . 30 , By the arrangement of the surface 48 in a corresponding angle α relative to the surface normal of the upper tooth surface is achieved in particular that the sharp-edged transitions 52 . 54 between the tooth flanks 22 . 24 and the tooth top 26 are not affected or that no Materialverfrachtungen in the tooth flanks 22 . 24 into it. Furthermore, in the present case, by at least approximately vertical arrangement of the surface 48 opposite to the surface normal O of the tooth top 26 be achieved that also the transitions 56 . 58 between the respective tooth flanks 22 . 24 or the top of the tooth 26 and the corresponding front side 32 . 34 of the tooth 20 not be damaged.

Durch die seitlich der Verzahnung 14 angeordneten Strahlkammerwände 40 und 42 bzw. insbesondere durch die Reflexionswände 46, 48 wird darüber hinaus erreicht, dass auch die Stirnseiten 32, 34 des jeweiligen Zahns 20 entsprechend kugelgestrahlt werden. Insbesondere durch eine geeignete Winkeleinstellung der Reflexionswände 46, 48 wird erreicht, dass an diesen das Strahlgut in einem entsprechenden Winkel reflektiert und gegen die Stirnseiten 32, 34 des jeweiligen Zahns geschleudert wird, um einen besonders günstigen Auftreffwinkel und somit eine günstige Verfestigung zu erreichen, ohne dass hierbei beispielsweise die scharfkantigen Übergänge 56, 58 beschädigt werden.Through the side of the teeth 14 arranged radiant chamber walls 40 and 42 or in particular by the reflection walls 46 . 48 Beyond that it is achieved that also the front sides 32 . 34 of the respective tooth 20 be shot-blasted accordingly. In particular, by a suitable angle adjustment of the reflection walls 46 . 48 is achieved in that the blasting material reflects at a corresponding angle and against the end faces 32 . 34 of the respective tooth is spun to achieve a particularly favorable angle of incidence and thus a favorable solidification, without this, for example, the sharp-edged transitions 56 . 58 to be damaged.

Im Ergebnis ist somit erkennbar, dass durch das vorliegende Verfahren eine Verfestigung bzw. Aufhärtung der jeweiligen Oberflächenbereiche 22, 24, 26, 28, 30 erfolgt, wodurch die Lebensdauer von derartigen Verzahnungen ohne geometrische Veränderung der tragenden Zahnflanken 22, 24 und der scharfkantigen Übergänge 52, 54 verlängert werden kann. Umfasst das Bauteil 10 – wie vorliegend in 4 gegeben – eine rotationssymmetrische Außenverzahnung 14, so kann die Oberflächenstrahlung bzw. Verfestigung mittels der Vibrationseinrichtung 44 dadurch erfolgen, dass das Bauteil 10 um seine Rotationsachse R drehbar mittels einer Haltevorrichtung 60 relativ zu der Strahlkammer 36 gelagert ist, von welcher in 1 und 4 lediglich zwei schematisch angedeutete Lagerböcke 62 erkennbar sind. Mittels der Haltevorrichtung 60 ist das Bauteil 10 relativ zu der Oberfläche 48 der Vibrationseinrichtungen 44 in dem jeweils gewünschten Winkel α einstellbar. Durch kontinuierliches oder schrittweises Drehen des Bauteils 10 kann somit eine Bearbeitung aller Zähne 20 der Stirn- bzw. Außenverzahnung 14 erfolgen.As a result, it can be seen that by the present method, a solidification or hardening of the respective surface areas 22 . 24 . 26 . 28 . 30 takes place, whereby the life of such gears without geometric change of the supporting tooth flanks 22 . 24 and the sharp-edged transitions 52 . 54 can be extended. Includes the component 10 As shown in 4 given - a rotationally symmetrical external toothing 14 , so the surface radiation or solidification by means of the vibration device 44 be done by the component 10 rotatable about its axis of rotation R by means of a holding device 60 relative to the blasting chamber 36 is stored, of which in 1 and 4 only two schematically indicated bearing blocks 62 are recognizable. By means of the holding device 60 is the component 10 relative to the surface 48 the vibration equipment 44 adjustable in the respective desired angle α. By continuous or stepwise rotation of the component 10 thus can be a treatment of all teeth 20 the front or outer toothing 14 respectively.

Durch das Verfahren bzw. die Vorrichtung kann auch eine Innenverzahnung beispielsweise innerhalb einer hohlen Welle oder dergleichen erfolgen. Hierzu sind dann die beiden Vibrationseinrichtungen 44, 46 entsprechend in die hohle Welle eingesteckt bzw. eingeführt.By the method or the device can also be an internal toothing, for example, within a hollow shaft or the like. These are then the two vibration devices 44 . 46 inserted respectively inserted into the hollow shaft.

Alternativ zu der hier dargestellten Vorrichtung wäre es zur Durchführung des Verfahrens auch denkbar, eine mobile Vorrichtung zu verwenden, welche gegenüber dem jeweils zu bearbeitenden Oberflächenbereiche 22, 24, 26, 28, 30 des Bauteils 10 in einem entsprechenden Winkel α angeordnet wird, so dass sich die gewünschte Winkelstellung zwischen der Oberfläche 48 der Vibrationseinrichtung 44 und der zugehörigen Oberflächennormalen O einstellt.As an alternative to the device shown here, it would also be conceivable for carrying out the method to use a mobile device which is opposite to the respective surface areas to be processed 22 . 24 . 26 . 28 . 30 of the component 10 is arranged at a corresponding angle α, so that the desired angular position between the surface 48 the vibration device 44 and the associated surface normal O sets.

Claims

Method for improving the wear characteristics of a component ( 10 ) of a gas turbine, in which at least one surface area ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) of the component ( 10 ) is treated at least locally, characterized by the following steps: - positioning of the surface area to be processed ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) an associated gearing ( 14 ) of the component ( 10 ) and a corresponding surface to be blasted ( 48 ) a vibration device ( 44 ) relative to each other; and surface blasting, in particular ultrasonic blasting of the surface area ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) of the associated toothing ( 14 ).

Method according to claim 1, characterized in that the surface ( 48 ) of the vibration device ( 44 ) and a surface normal (O) of the surface area to be processed (O) 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) are positioned at an angle (α) between 20 ° and 90 ° relative to each other.

Method according to claim 2, characterized in that the surface ( 48 ) of the vibration device ( 44 ) and the surface normal (O) of the surface area to be worked ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) are positioned at least approximately perpendicular relative to each other.

Method according to claim 2 or 3, characterized in that the surface ( 48 ) of the vibration device ( 44 ) and the surface normal (O) of a tooth top ( 26 ) of an associated tooth ( 20 ) are positioned at an angle (α) between 20 ° and 90 °, and in particular at least approximately perpendicularly relative to each other.

Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the respective tooth flanks ( 22 . 24 ) and / or the tooth top ( 26 ) of the corresponding tooth ( 20 ) of the gearing ( 14 ) are processed by surface blasting.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that end faces ( 32 . 34 ) of an associated tooth ( 20 ) are processed by surface blasting.

Method according to claim 6, characterized in that the surface areas ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) and the end faces ( 32 . 34 ) in one and the same process step within a blasting chamber ( 36 ) to be edited.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 10 ) are arranged on a device for surface blasting and the surface area to be processed ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) relative to the surface ( 48 ) of the vibration device ( 44 ) is positioned.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 10 ) by means of a holding device ( 60 ) relative to the surface ( 48 ) of the vibration device ( 44 ) is positioned.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 10 ) for surface blasting of a rotationally symmetrical toothing ( 14 ) is rotated about an axis of rotation (R).

Device for improving the wear characteristics of at least one surface area ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) of a component ( 10 ) of a gas turbine, with at least one vibration device ( 44 ), in particular an ultrasonic sonotrode, which has a surface which acts on the blasting material ( 48 ), and with a holding device ( 60 ), by means of which the surface area ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) and the surface ( 48 ) of the vibration device ( 44 ) are arranged relative to each other, characterized in that the surface ( 48 ) of the vibration device ( 44 ) and the surface area to be radiated ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) of a gearing ( 14 ) of the component ( 10 ) by means of the holding device ( 60 ) are positionable relative to each other.

Device according to claim 11, characterized in that the surface ( 48 ) of the vibration device ( 44 ) and a surface normal (O) of the surface area to be radiated ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) of the gearing ( 14 ) by means of the holding device ( 60 ) are positionable at an angle (α) between 20 ° and 90 ° relative to each other.

Device according to claim 12, characterized in that the surface ( 48 ) of the vibration device ( 44 ) and the surface normals (O) of the surface area to be irradiated ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) of the gearing ( 14 ) by means of the holding device ( 60 ) are positioned at least approximately perpendicular relative to each other.

Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the vibration device ( 44 ) a blasting chamber ( 36 ) in which the surface area ( 22 . 24 . 26 . 28 . 30 ) of the gearing ( 14 ) is editable.

Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the component ( 10 ) by means of the holding device ( 60 ) is held rotatably about its axis of rotation (R).