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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Wie
in 1 gezeigt, wird während der Herstellung eines
Turbinenrads, Turbinenrotors oder einer Turbinenscheibe (10)
in die Unterseite des Radkranzes in Radialrichtung eine asymmetrische
Nut (12) eingebracht. In einem nachfolgenden maschinellen
Bearbeitungsvorgang (Bohrung) in linearer Richtung wird eine in
Axialrichtung verlaufende Schwalbenschwanz-Schlitzform (14)
geschaffen. Diese zwei Formen überschneiden
sich, wobei sie an der Unterseite des Schlitzes (14) ein
Loch (16) bilden. Die Kante des so entstandenen Loches
ist scharf, so dass sie geschliffen werden muss, damit sie abgerundet
wird.
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Traditionell
wurde die scharfe Kante mit einem Spindelschleifkörper freihändig abgeschliffen. Später wurden,
wie in den Field Repair Documents FRD-2003-1002 von GE Energy Services
gezeigt, Werkzeuge entwickelt, deren Entwicklung hier in Form von
dieser Referenz mitberücksichtigt
und schematisch in 2 illustriert wird. Diese Werkzeugausrüstung besteht
aus einem 90°-Fräskopfwerkzeug
(20), das in eine spezielle Werkzeughalterung (Schiene)
(22) eingesetzt wird. Das 90°-Fräskopfwerkzeug ist ein Standardwerkzeug
für 1/16 Zoll
Schaftfräser,
die von der NSK America Corp. angeboten werden. Die spezielle Werkzeughalterung (Schiene)
(22) ist so entwickelt worden, dass sie das Standardwerkzeug
aufnehmen kann, wodurch eine kontrollierte Herstellung von Kantenbrüchen ermöglicht wird.
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In 2 wird
gezeigt, dass die spezielle Werkzeughalterungsschiene (22)
eine Querbohrung (24) aufweist, die diagonal zu der Längsachse
durch sie hindurch verläuft,
und eine seitliche Schlitzöffnung
(26) hat. Das eingebettete Werkzeug (20) wird durch
eine geeignete Befestigungsplatte (28) gehalten, die an
der Schiene (22) befestigt wird, wobei das Werkzeug (20)
in Axialrichtung zu der Werkzeugschiene (22) ausgerichtet
ist und wobei sich der 90°-Kopf
durch die Querbohrung (24) erstreckt. So ist der (in 2 nicht
gezeigte)Schneideabschnitt aufgelagert und steht von derjenigen
Seite der Schiene (22) hervor, die der mit dem Schlitz
versehenen Seite gegenüberliegt.
Der Schneideabschnitt hat die Form eines Grundhobelabschnitts und
das Werkzeug wird auf einer vielfältigen Oberfläche ebenso
wie ein Schleifer auf einer ebenen Fläche eingesetzt, wie z. B. auf
einer Tischoberfläche.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß dem Beispiel
der Ausführungsformen
der Erfindung wird eine robustere Anordnung geschaffen, indem die
Antriebswelle der Schneideanordnung gegenüber der Zentralachse der Schiene, in
der sie eingefasst ist, versetzt wird, wodurch eine größere Klemmhülse und
Auflagerung untergebracht werden können.
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So
kann die Erfindung in Form eines Schleifwerkzeugs ausgeführt sein,
welches aufweist: einen Hauptkörper;
eine Antriebswellenbohrung, die sich mindestens entlang eines Teils
der Länge
des Hauptkörpers
erstreckt, wobei die Antriebswellenbohrung eine Achse aufweist,
die parallel zu einer in Längsrichtung
verlaufenden Zentralachse des Haupt körpers angeordnet ist und dieser
gegenüber
versetzt ist; eine Querbohrung, die im Allgemeinen mindestens entlang
einer Teilsstrecke durch den Hauptkörper diagonal zur Längsachse
verläuft,
so dass sie den Antriebswellendurchgang überkreuzt; und eine Kreuzkopfanordnung,
die in der Querbohrung angeordnet ist, so dass sie selektiv einen
Fräser
aufnehmen und halten sowie angetrieben werden kann, damit der Fräser mit
Hilfe der Antriebswelle gedreht wird.
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Die
Erfindung kann auch in einem Verfahren ausgeführt werden, bei dem die Kante
eines Kühlloches
einer Schwalbenschwanznut geschliffen wird, wobei dieses Verfahren
umfasst: Ausstattung eines Werkzeugs mit einem Hauptkörper, einer
Antriebswellenbohrung, die entlang mindestens eines Teilabschnitts
der Länge
des Hauptkörpers
verläuft,
wobei die Antriebswellenbohrung eine Achse aufweist, die parallel
zu der in Längsrichtung
verlaufenden Zentralachse des Hauptkörpers verläuft und diesem gegenüber seitlich
versetzt ist; einer Querbohrung, die im Allgemeinen mindestens zum
Teil durch den Hauptkörper
quer zu dessen Längsachse
verläuft,
so dass sie den Antriebswellendurchgang überschneidet; einer Antriebswelle,
die so angeordnet ist, dass sie durch den Antriebswellendurchgang
des Hauptkörpers
verläuft,
einer Kreuzkopfanordnung, die in besagter Querbohrung angeordnet
ist, so dass sie selektiv einen Fräser aufnehmen und halten und
angetrieben werden kann, so dass der Fräser durch die Antriebswelle
gedreht wird; Befestigung des Fräsers an
der Kreuzkopfanordnung; die bedienbare Kopplung eines Drehmomentmotors
an der Antriebswelle; Einfügen
des Hauptkörpers
in eine Schwalbenschwanznut, so dass der Hauptkörper in einem Basisabschnitt
der Schwalbenschwanznut und die Fräse neben der zu schleifenden
Kante positioniert wird; Ingangsetzen des Motors; und Versetzen
des Fräsers um
und entlang der Kante, um diese zu schleifen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden durch die
genaue Untersuchung der folgenden detaillierteren Beschreibung der
zurzeit bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
unter Hinzunahme der begleitenden Zeichnungen deutlicher und besser
nachvollziehbar, wobei für
die Zeichnungen gilt:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Kühlungsschlitzoberfläche in einer
Schwalbenschwanznut;
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2 ist
eine schematische Explosionsansicht, teilweise im Querschnitt, welche
die Anordnung eines konventionellen Fräswerkzeugs an einer Werkzeughalterungsschiene
zeigt;
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3 ist
eine Draufsicht, die eine Bankwerkzeuganordnung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Draufsicht, die eine Anordnung bei einem separaten Werkzeug
gemäß einer
anderen beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung zeigt; und
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5 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Fräswerkzeugabschnitts
der 3 und 4.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Wie
oben beschrieben, war das Fräskopfwerkzeug 20,
das konventionell für
die Schleifung des Radlüftungsschlitzes
verwendet wird, ein Standardwerkzeug für 1/16''-Schaftfräser. Obgleich
sie besser kontrolliert ist als ein Spindelschleifkörper, fehlt
es der konventionellen Werkzeuganordnung an Robustheit, wobei die
hauptsächlich
auftretende Art von Störung
gebrochene Schafte, Lockerung in der Halterung aufgrund von Abnutzung
und schlechte Oberflächenbehandlung
betrifft.
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Wie
anhand der Betrachtung von 1 ersichtlich
wird, war der Durchmesser der konventionellen Werkzeugschiene 22 durch
den Durchmesser der Schwalbenschwanzbasis 18 eingeschränkt, in der
sie angeordnet ist, damit sie sich um die scharfe Kante des Loches 16 bewegen
kann. Die Erfinder haben erkannt, dass das in Axialrichtung angeordnete Werkzeug
und die Schiene der konventionellen Anordnung sowie der eingeschränkte Durchmesser
der Schwalbenschwanzbasis das Werkzeug auf eine 1/16''-Klemmhülse beschränkte. Das 1/16''-Werkzeug hat kleine Antriebswellenhalterungen
und kleine Fräserstützhalterungen
und zudem eine schwache 1/16''-Klemmhülse. Die
Erfinder haben ferner erkannt, dass eine 1/18''-Klemmhülse stabiler
wäre, was
die Anordnung robuster machen würde.
Die dazugehörigen
größeren Auflagerungen
bedeuten weniger Wärmebildung
und folglich geringeren Verschleiß. Eine größere Stützauflagerung schafft ebenfalls
ein stabileres Werkzeug. Außerdem
würde eine 1/18''-Klemmhülse wesentlich
belastbarer sein als die vorhergehende 1/16''-Klemmhülse.
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Wie
bereits erwähnt
ist die Größe der Anordnung
notwendigerweise durch den Durchmesser an der Basis des Schwalbenschwanzes
eingeschränkt, aber
die Erfinder haben erkannt, dass ein 1/18''-Werkzeug
in der erforderlichen Paketummantelung (die durch die Basis 18 der
Schwalbenschwanznut festgelegt wird) untergebracht werden kann,
indem die Antriebswelle versetzt wird. Indem außerdem eine umsichtige Wahl
der Halterungen und der Anordnungsreihenfolge erfolgt, wird Stärke und
Kompaktheit gewährleistet.
Was dies anbelangt, so werden in den illustrierten beispielhaften
Ausführungsformen
die Kreuzkopfkomponenten von der Seite des Fräsers eingesetzt und durch einen
Sicherungsring gehalten.
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Um
ferner eine bessere Werkzeugsteifigkeit sicher zu stellen, die Anzahl
der Komponenten zu reduzieren und die Robustheit der Anordnung zu
erhöhen,
wird gemäß den beispielhaften
Ausführungsformen
der Erfindung die Fräsmaschine
in eine verlängerte
Schiene integriert, wodurch die zuvor bestehende zweiteilige Anordnung
aus Fräserwerkzeug und
Schienen verworfen wird. Dadurch wird das vorherige Problem der
Lockerung in der Werkzeugschieneneinbettung aufgrund von Abnutzung
beseitigt. Bei verbesserter Steifigkeit des Werkzeugs und stärkeren Fräserschaften
kann der Materialentfernungsprozess bei reduzierten Störgeräusch- und
Dellenbildung besser kontrolliert werden. Ein größerer Schaftfräser ermöglicht auch
eine längere
Werkzeuglebensdauer.
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Hier
werden zwei beispielhafte Ausführungsformen
der Integration von Fräser
und Schiene illustriert. Eine beispielhafte Ausführungsform 30 kann während der
Herstellung (Werkbank) verwendet werden, während eine andere Ausfüh rungsform 130 für die Benutzung
im Außeneinsatz
empfohlen wird. In diesen beispielhaften Ausführungsformen ist die Fräswerkzeuganordnung 32,
die eine Integration von Schleifgerät und Schiene darstellt, dieselbe,
wobei sie sich lediglich in Bezug auf die Tragegriffe 34, 134 unterscheiden.
Das beispielhafte Werkzeugbankwerkzeug 830 wird in 3 abgebildet,
das beispielhafte Außenwerkzeug 130 wird
in 4 abgebildet, und 5 ist eine
vergrößerte Illustration
einer Schleifwerkzeuganordnung 32, die bei den jeweiligen Werkzeugen
gängig
ist.
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Wie
aus 3 und 4 ersichtlich ist, kann ein
Drehmomentmotor 36, wie er für das konventionelle Schleifwerkzeug
angeboten wird, zum Vorteil für
den Antrieb des Fräskopfs
verwendet werden. Ferner kann zwischen den Drehmomentmotor 36 und
die Schleifwerkzeuganordnung 32 ein Untersetzungsgetriebe 38 angeordnet
werden. Wie in 5 illustriert wird, umfasst
die Schleifwerkzeuganordnung 32 einen versetzten 90°-Kopfhauptkörper 40,
in dem der Fräser
und seine Antriebswelle untergebracht sind. Der versetzte 90°-Kopfhauptkörper 40 weist
einen Antriebswellenaufnahme-Durchgang 44 mit
einer Mittellinie D auf, die gegenüber einer Mittellinie M des
Hauptkörpers 40 versetzt
ist, so dass ein 1/18'' Schaftfräser 42 aufgenommen
werden kann. Was dies anbelangt, sei darauf hingewiesen, dass der
Durchmesser des versetzten Kopfes (äußerer Durchmesser) durch den
Durchmesser der Basis 18 der Schwalbenschwanznut 14 eingeschränkt ist,
in welcher der Fräser 42 betrieben
werden soll. Außerhalb
der Schwalbenschwanznut 16 angeordnete Komponententeile
wie der Geschwindigkeitsreduzierer 38 und der Drehmomentmotor 36 sind
nicht auf diese Weise eingeschränkt.
Daher wird durch die Versetzung des Durchgangs 44 für das Antriebswellengehäuse 46 und
für die
darin befind liche Antriebswelle 48 gegenüber der
Zentralachse M des Hauptkörpers 40 die
Unterbringung des 1/8''-Schaftfräsers 42 ermöglicht,
welcher nicht nur dicker als der 1/16''-Schaftfräser (nicht
gezeigt) ist, sondern auch einen längeren Schaft hat.
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Die
Komponententeile der Fräseranordnung, die
dem Aufnehmen und dem Antrieb des 1/8''-Fräsers dienen,
sind ebenfalls größer. Was
dies anbelangt, so ist nicht nur die 1/8''-Klemmhülse größer als eine
1/16''-Klemmhülse, sondern
es wird durch den zusätzlichen
Raum, der durch die Versetzung der Antriebswelle 48 entsteht,
auch ermöglicht,
ein Kugellager 50 von maximaler Größe nah am Fräser 42 anzuordnen,
wodurch die Hitzeentstehung reduziert und die Stabilität erhöht wird.
In der illustrierten beispielhaften Ausführungsform umfasst die Fräsvorrichtung von
der Seite, die der Fräsoberfläche gegenüberliegt, eine
Wellenscheibenfeder 54, ein Kugellager 52, ein Standard
NSG-Antriebsrad 56, ein Kugellager 50 (wie oben
erwähnt)
und einen Sicherungsring 58. Was dies anbelangt, werden
die Lager und die Abfolge bei der Anordnung sehr genau ausgewählt, um Stärke und
Kompaktheit zu erhöhen.
Ferner werden im Hinblick darauf die Kreuzkopfkomponenten von der
Seite des Fräsers
eingesetzt und von dem Sicherungsring 58 festgehalten,
während
bei der konventionellen Anordnung die Kreuzkopfkomponententeile von
der Seite eingesetzt werden, die der Fräsoberfläche gegenüberliegt.
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Die
größere Fräsanordnung
bringt verglichen mit dem 1/16''-Fräser auch
eine größere Antriebswelle 48 und
daher auch größere Lager 50, 52 mit
sich. Größere Lager
bedeuten weniger Hitzeentstehung, was einer geringeren Abnutzung
entspricht.
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In
den illustrierten beispielhaften Ausführungsformen sind an dem einen
Endabschnitt des Fräswerkzeugkörpers fer
ner eine Sechskantmutter 64 und ein Kontrollhebel 66 vorhanden.
Obwohl diese Komponententeile für
das Werkzeugbankwerkzeug 30 optional sind, wird in der
illustrierten Ausführungsform
ein derartiger Kontrollhebel gezeigt, der zwischen dem Geschwindigkeitsreduzierer 38 und dem
Hauptkörper 40 platziert
ist. Das Außenwerkzeug 130 ist
mit einem Kontrollhebel auf beiden Endabschnitten des Schleifwerkzeugs
illustriert. Durch den oder die Kontrollhebel wird die Bedienung
des Werkzeugs sowohl bei der Bewegung in Axial- als auch in Längsrichtung
gegenüber
der Mittellinie M des Werkzeugs erleichtert. An dem entfernt liegenden
Abschnitt des Hauptkörpers 40 des
Bankwerkzeugs 30 ist ein Tragegriff 34 angebracht,
um eine kontrollierte Steuerung der Schleifwerkzeuganordnung 32 bei
der beidhändigen
Bearbeitung des zu schleifenden Kühlungslochs zu erleichtern.
In der illustrierten beispielhaften Ausführungsform wird der Tragegriff 34 an
dem entfernt liegenden Endabschnitt des Hauptkörpers 40 durch das
Einrasten und Verbinden mit den Komponenten befestigt, welche an der
Schnittstelle 68 des Endabschnitts vorhanden und mit komplementären Bindungen
ausgestattet sind. Der Tragegriff kann ein integraler Teil des Hauptkörpers sein,
wobei aber ein abnehmbarer Tragegriff die Auswechslung des Tragegrifftyps
erlaubt, je nach dem, was notwenig oder erwünscht ist, und je nachdem,
ob das Werkzeug zum Einsatz in einer Bank oder außerhalb
gedacht ist. Ein auswechselbarer Tragegriff ermöglicht z. B. die Verwendung
von unterschiedlichen Materialien für den Griff, z. B. Kunststoff,
Aluminium, Titan, Kohlenstofffaser, etc., so dass das Gesamtgewicht
des Werkzeugs und die ergonomische Belastung reduziert wird. Der
Tragegriff kann optional eine Kordel wie in 76 von 4 sein.
Was dies anbelangt, ist die Ausstattung mit einer Kordel eine Frage
der persönlichen
Präferenz. Ferner
kann der Tragegriff mit Riemen oder Gurten oder anderen geeigneten
Vorrichtungen ausgestattet sein, oder es kann eine Verbindung mit
einer Robotersteuerung erfolgen. Diese Zugänglichkeit in Bezug auf Anwenderanpassung
und Technologieanwendung stellt einen weiteren Vorteil eines abnehmbaren,
austauschbaren Griffs dar.
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Wie
in 4 illustriert, umfasst die Ausführungsform
des Außenwerkzeugs
einen modifizierten Tragegriff 134. In dem illustrierten
Beispiel weist der Tragegriff 134 zur Außennutzung
eine durch ihn hindurch verlaufende Bohrung 70 auf, durch
die ein eingefädelter
Verankerungsstab 72, z. B. eine Imbuskopfschraube, eingebracht
wird. Durch die Ausstattung mit einem separaten Verankerungsstab
ist die Ausrichtung des Kontrollgriffs 66 von dem des Tragegriffs 76 unabhängig, wodurch
die Funktionen vereint werden. In der illustrierten beispielhaften
Ausführungsform
ist der Rückhaltestab
durch eine Gewindeverbindung, die am Verbindungsabschnitt der beiden vorhanden
ist, an den Hauptkörper
angebracht. Ferner ist in dem illustrierten Beispiel ein Dichtungsring 74 zwischen
dem Stab und der Bohrungswand des Trageggriffs 134 eingefügt, um die
Wahrscheinlichkeit zu mindern, dass die Befestigung während der Montage/Demontage
heraus fällt.
Schließlich
werden ein Kontrollhebel 66 und eine Sechskantmutter 64 an dem
freien Endabschnitt des Tragegriffs 134 montiert. Was dies
betrifft, so verbessert die Verwendung zweier Kontrollhebel die
Stabilität
und die ergonomische Effektivität.
Alternative Methoden der Befestigung des Kontrollhebels (nicht gezeigt)
wie z. B. Drehschlösser
können
in Situationen verwendet werden, in denen der Einsatz der Sechskantmutter
nicht kompatibel ist.
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So
wird deutlich, dass das hier beschriebene Werkzeug ein elektrisch
angetriebener Fräser
mit einem rechtwinkligen Antrieb ist, bei dem zum Zwecke der Steifigkeit
z. B. eine Klemmhülse
von der Größe 1/8'' verwendet wird. Die Umhüllung wurde
im Hinblick auf den Zugriff auf begrenzte Räume optimiert. Sie kann mit
gerillten Fräsern
und Schnittgraten verwendet werden. Sie ist sowohl bei Originalausstattern
als auch bei der Außenverwendung
(zusammengebauter Rotor) einsetzbar, um einen glatte, durchgehenden Übergang
von Turbinenrad-Luftkühlungsschlitzen
zu schaffen. Bei größerer Werkzeugsteifigkeit
und stärkeren
Frässchaften
kann der Materialentfernungsprozess bei reduzierten Frässtörgeräuschen und
Dellenbildung besser kontrolliert werden. Ein größerer Frässchaft verlängert auch
die Lebensdauer des Werkzeugs.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wurde,
die zurzeit als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform angesehen
wird, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die dargelegte
Ausführungsform
beschränkt
sein soll, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente
Anordnungen einschließen
soll, die der Wesensart und den Schutzumfang der angehängten Ansprüche entsprechen.
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- 10
- Turbinenrad/-rotor/-scheibe
- 12
- achsensymmetrische
Nut
- 14
- Schwalbenschwanzschlitz
- 16
- Loch
- 18
- Schwalbenschwanzbasis
- 20
- 90°-Fräsewerkzeug
- 22
- Werkzeughalterung
(Schiene)
- 24
- Querbohrung
- 26
- seitliche
Schlitzöffnung
- 28
- Befestigungsplatte
- 30
- Bankwerkzeug
- 130
- Außenwerkzeug
- 32
- Schleifwerkzeuganordnung
- 34,
134
- Tragegriffe
- 36
- Drehmomentmotor
- 38
- Geschwindigkeitsreduzierer
- 40
- 90° versetzter
Kopfhauptkörper
- 42
- 1/8'' Schenkelfräser
- 44
- Antriebswellen-Aufnahmedurchgang
- D
- Mittellinie
- M
- Mittellinie
- 46
- Antriebswellengehäuse
- 48
- Antriebswelle
- 50
- Kugellager
- 52
- Kugellager
- 54
- Wellenscheibenfeder
- 56
- standardmäßiger NSK-Antrieb
- 58
- Sicherungsring
- 60,
62
- größere Lager
- 64
- Sechskantmutter
- 66
- Kontrollhebel
- 68
- Schnittstelle
- 70
- Bohrung
- 72
- Gewindeverankerungsstab
- 74
- Dichtungsring