DE102007029491A1

DE102007029491A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen eines Bauteils im Bereich einer Durchgangsöffnung

Info

Publication number: DE102007029491A1
Application number: DE102007029491A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr. Bayer; Eggert Dr. Reese; Jürgen Dr. Steinwandel
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH; EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-02
Also published as: WO2009000232A1; ATE551154T1; EP2164679B1; CA2692979C; EP2164679A1; CA2692979A1; US20100186472A1; US8650920B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, eines Bauteils (22) im Bereich einer Durchgangsöffnung (24), bei welchem eine das Strahlgut beaufschlagende Vibrationseinrichtung (10) auf einer Seite (18) und ein Gegenelement (28) auf einer gegenüberliegenden Seite (26) relativ zu einem die Durchgangsöffnung (24) aufweisenden Bauteilbereich (20) angeordnet werden, wobei das Gegenelement (28) in einem Abstand relativ zur korrespondierenden Seite (26) des Bauteilbereichs (20) angeordnet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, eines Bauteils im Bereich einer Durchgangsöffnung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 12 angegebenen Art.
Ein solches Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise bereits aus der DE 10 2004 059 592 A1 als bekannt zu entnehmen. Dabei wird eine Vorrichtung eingesetzt, welche eine Vibrationseinrichtung in Form einer Ultraschall-Sonotrode zur Beaufschlagung bzw. Beschleunigung des Strahlguts sowie jeweilige Gegenelemente umfasst. Zum Strahlen der Durchgangsöffnung werden dabei die Vibrationseinrichtung auf einer Seite und das jeweilige Gegenelement auf der gegenüberliegenden Seite relativ zu einem die Durchgangsöffnung aufweisenden Bauteilbereich angeordnet. Das Strahlen des Bauteils erfolgt dann zweistufig. In einer ersten Stufe wird der der Vibrationseinrichtung zugewandte Randbereich zwischen der Oberfläche der korrespondierenden Seite des Bauteilbereichs und einer Innenfläche der Durchgangsöffnung gestrahlt. Hierbei wird ein Gegenelement eingesetzt, welches nach Art eines Steckbolzens in die Durchgangsöffnung gesteckt ist. Das Gegenelement und die Durchgangsöffnung weisen somit im Wesentlichen identische Querschnitte auf.
In einem zweiten Schritt wird ein andersartiges Gegenelement eingesetzt, welches auf der der Vibrationseinrichtung gegenüberliegenden Seite des Bauteils plan an der korrespondierenden Oberfläche des entsprechenden Bauteilbereichs aufliegt. Insgesamt soll durch die beiden Schritte des Oberflächenstrahlens eine homogene Verfestigung der Oberflächen im Bereich der Durchgangsöffnung geschaffen werden, um somit eine Verbindung des Bauteils – vorliegend einer Rotorscheibe einer Gasturbine – zu schaffen, welche äußerst resistent gegen ein Versagen infolge einer Rissbildung ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen eine besonders zuverlässige und gleichmäßige Verfestigung des die Durchgangsöffnung aufweisenden Bauteilbereichs erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 12 gelöst. Vorteil hafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Um eine äußerst zuverlässige und gleichmäßige Verfestigung des Bauteils im Bereich der Durchgangsöffnung zu ermöglichen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass das Gegenelement in einem Abstand zur korrespondierenden Seite des Bauteilbereichs angeordnet wird. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Gegenelement im Unterschied zum Stand der Technik gemäß der DE 10 2004 059 592 A1 nicht unmittelbar an dem entsprechenden Oberflächenbereich des Bauteils zu positionieren, sondern vielmehr einen entsprechenden Abstand vorzusehen.
Somit wird auf äußerst einfache und zuverlässige Weise erreicht, dass beispielsweise ein Randbereich zwischen einer dem Gegenelement zugewandten Oberfläche der korrespondierenden Seite des Bauteilbereichs und einer Innenfläche der Durchgangsöffnungen gleichmäßig oberflächengestrahlt wird. Einhergehend damit kann auch eine gute Verrundung eines ursprünglich im Querschnitt im Wesentlichen eckigen Randbereichs erreicht werden, so dass dieser nach dem erfolgten Oberflächenstrahlen eine erwünschte Abrundung bzw. einen entsprechenden Radius aufweist.
Durch die beabstandete Anordnung des Gegenelements relativ zu der entsprechenden Oberfläche der korrespondierenden Seite des Bauteilbereichs wird zudem erreicht, dass die Oberfläche nahe der Durchgangsöffnung ebenfalls besonders zuverlässig verfestigt wird. Ein weiterer Vorteil ist es darüber hinaus, dass beide einander gegenüberliegenden Randbereiche zwischen der jeweiligen Oberflächen und der Innenfläche der Durchgangsöffnung gleichzeitig oberflächengestrahlt werden können, so dass das gesamte Bauteil im Bereich der Durchgangsöffnung in einem Verfahrensschritt bearbeitet werden kann.
Insbesondere ist vorliegend eine Methode geschaffen, mit der eine gezielte Behandlung von Durchgangsöffnungen bzw. Bohrlöchern in Bauteilen aus Aluminium-Basislegierungen bereitgestellt werden kann, die beispielsweise bei entsprechender Schwingungsbelastung und/oder statischer Kraft bzw. Druckbeaufschlagung zur Rissbildung neigen. Somit ist es bei derartigen Bauteilen von großer Bedeutung, ein homogenes Druckeigenspannungsprofil im Bereich der Durchgangsöffnung induzieren zu können. Dies wird mit dem vorliegenden Verfahren auf besonders vorteilhafte Weise erreicht.
Bevorzugt ist das Gegenelement auch als Sonotrode ausgebildet, was zusätzlich zu den oben genannten Voreilen zu einer Vergleichmäßigung des Strahlergebnisses und zu einer Verkürzung der Strahlzeit führt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich darüber hinaus als vorteilhaft gezeigt, wenn eine der Durchgangsöffnung zugewandte, nicht-planere Innenseite des Gegenelements eingesetzt wird, mittels welcher ein Randbereich zwischen einer Oberfläche der korrespondierenden Seite des Bauteilbereichs und einer Innenfläche der Durchgangsöffnung oberflächengestrahlt wird. Mit anderen Worten wird durch den Einsatz einer nicht-planeren Innenseite des Gegenelements erreicht, dass die Randseite zwischen der jeweiligen Oberfläche des Bauteils und der Innenfläche der Durchgangsöffnung auf ideale Weise verfestigt bzw. abgerundet werden kann. Natürlich wird darüber hinaus erreich, dass auch die Innenfläche insbesondere im oberen Bereich – also nahe des Gegenelements – besonders gut und gleichmäßig gestrahlt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft gezeigt, wenn ein Ablenkwerkzeug in der Durchgangsöffnung angeordnet wird. Durch ein derartiges Ablenkwerkzeug, welches im Querschnitt geringer bemessen ist als die korrespondierende Durchgangsöffnung, wird eine gezielte Ablenkung des durch die Vibrationseinrichtung beschleunigten Strahlguts in Richtung der Innenfläche der Durchgangsöffnung erreicht, so dass diese besonders zuverlässig und homogen verfestigt wird.
In diesem Zusammenhang hat es sich als weiter positiv gezeigt, wenn das Ablenkwerkzeug von der Seite des Gegenelements her in der Durchgangsöffnung angeordnet wird. Demzufolge wird das Ablenkwerkzeug vorzugsweise auf der der Vibrationseinrichtung gegenüber liegenden Seite positioniert, so dass das durch die Vibrationseinrichtung beschleunigte Strahlgut auf besonders vorteilhafte Weise mittels des Ablenkwerkzeugs insbesondere in Richtung der Innenfläche der Durchgangsöffnung abgelenkt wird.
Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Ablenkwerkzeug gemeinsam mit dem Gegenelement relativ zu dem die Durchgangsöffnung aufweisenden Oberflächenbereich des Bauteils angeordnet wird. Somit ergibt sich eine verfahrenstechnisch besonders einfache Anordnung des Gegenelements und des Ablenkwerkzeugs, wobei darüber hinaus auf einfache Weise sichergestellt werden kann, dass das Gegenelement und das Ablenkwerkzeug stets gleichbleibend relativ zueinander positioniert sind. Somit lässt sich eine besonders gute Reproduzierbarkeit des Oberflächenstrahlens gewährleisten. In diesem Zusammenhang hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Ablenkwerkzeug und das Gegenelement einteilig ausgebildet sind.
Das im Querschnitt geringer als die Durchgangsöffnung bemessene Ablenkwerkzeug wird zudem bevorzugterweise in einem zentralen Bereich der Durchgangsöffnung angeordnet, so dass dieses nach allen Seiten hin einen vorzugsweise gleichmäßigen Abstand zur korrespondierenden Innenfläche der Durchgangsöffnung aufweist. Hierdurch wird eine besonders homogene Verfestigung der Innenfläche der Durchgangsöffnung erreicht.
Zudem vorteilhaft ist es, wenn das Ablenkwerkzeug über eine Teillänge der Durchgangsöffnung innerhalb dieser angeordnet ist. Da erfahrungsgemäß die Innenfläche der Durchgangsöffnung nahe der Vibrationseinrichtung hinreichend verfestigt wird, ist es insbesondere erforderlich, dass das Ablenkwerkzeug in derjenigen Teillänge der Durchgangsöffnung positioniert wird, welche von der Vibrationseinrichtung entfernt angeordnet ist. Somit wird insgesamt durch ein über lediglich eine Teillänge der Durchgangsöffnung positioniertes Ablenkwerkzeug eine äußerst homogene bzw. gleichmäßige Verfestigung der Innenfläche der Durchgangsöffnung gewährleistet.
Zudem vorteilhaft ist es, wenn eine das Strahlgut beaufschlagende Oberfläche der Vibrationseinrichtung in einem Abstand zur korrespondierenden Seite des Oberflächenbereichs des Bauteils angeordnet wird. Somit kann gewährleistet werden, dass auch die der Vibrationseinrichtung zugewandte Oberfläche der korrespondierenden Seite des Bauteilbereichs bzw. ein Randbereich zwischen dieser Oberfläche und der Innenfläche der Durchgangsöffnung besonders zuverlässig verfestigt bzw. abgerundet wird. Wenn somit insgesamt sowohl das Gegenelement wie auch die vibrierende Oberfläche der Vibrationseinrichtung in einem jeweiligen Abstand zur korrespondierenden Oberfläche des Bauteils angeordnet sind, kann eine besonders zuverlässige Verfestigung der beiden Randbereiche zwischen den jeweiligen Oberflächen und der Innenfläche der Durchgangsöffnung erzielt werden.
Um eine besonders vorteilhafte Verfestigung des Bauteils im Bereich der Durchgangsöffnung zu erreichen, hat es sich als weiter vorteilhaft gezeigt, wenn der die Durchgangsöffnung aufweisende Oberflächenbereich des Bauteils im Wesentlichen horizontal und die Vibrationseinrichtung unterhalb des Oberflächenbereichs angeordnet werden.
Schließlich hat sich ein Verfahren als vorteilhaft gezeigt, bei welchem der Bauteilbereich innerhalb einer Strahlkammer positioniert wird, in welcher neben diesem zusätzlich die Vibrationseinrichtung und das Gegen element angeordnet sind. Durch eine derartige Strahlkammer kann die Menge an Strahlgut auf einfache Weise gleichmäßig gehalten werden, so dass sich ein äußerst reproduzierbares Strahlergebnis erzielen lässt.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile geltend in ebensolcher Weise für die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 12. Diese zeichnet sich darüber hinaus insbesondere dadurch aus, dass neben der Vibrationseinrichtung zumindest ein Gegenelement eingesetzt wird, welches im entsprechenden Abstand zur korrespondierenden Seite des Bauteilbereichs positionierbar ist. Es ist klar, dass eine derartige Vorrichtung sowohl als ortsfest verbleibende statische Einheit gestaltet sein kann, als auch mobile Gerätschaft. Bei der statischen Anordnung der Vorrichtung wird demzufolge das Bauteil an der Vorrichtung – relativ zu der Vibrationseinrichtung und dem Gegenelement – positioniert, während eine mobile Vorrichtung relativ zu einem ortsfesten Bauteil angeordnet wird.
Das bereits vorbeschriebene Ablenkwerkzeug weist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung an seinem freien Ende eine Ablenkspitze auf, welche zusätzlich dafür sorgt, dass von der Vibrationseinrichtung beschleunigtes Strahlgut auf besonders vorteilhafte Weise in Richtung der Innenfläche der Durchgangsöffnung gelangt.
Schließlich hat es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als weiter vorteilhaft gezeigt, wenn eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher der die Durchgangsöffnung aufweisende Oberflächenbereich des Bauteils relativ zu der Vibrationseinrichtung bzw. dem Gegenelement angeordnet werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
1 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum Ultraschall-Kugelstrahlen eines Bauteils im Bereich einer Durchgangsöffnung, wobei eine das Strahlgut beaufschlagende Vibrationseinrichtung zu einer unteren Seite und ein Gegenelement auf einer gegenüberliegenden oberen Seite relativ zu dem die Durchgangsöffnung aufweisenden Bauteilbereich angeordnet ist, und wobei sowohl die Vibrationseinrichtung wie auch das Gegenelement in einem jeweiligen Abstand zur korrespondierenden Seite des Bauteilbereichs angeordnet sind; und in
2 ein schematisches Diagramm der Tiefenverteilung der Verfestigung bzw. des Druckeigenspannungsprofils in den verfestigten Randschichten bzw. Oberflächen des Bauteils insbesondere im Bereich der Durchgangsöffnung.
Beispielsweise im Flugzeugbau treten exponierte Stellen auf, an denen z. B. Bolzenbefestigungen mit hoher Krafteinleitung bzw. Druckbeaufschlagung gegeben sind. Ein Beispiel für derartige exponierte Stellen sind Triebwerks- und Flächenbefestigungen oder Befestigungsstellen für externe Lasten wie Zusatztanks oder Waffen. Bei Durchgangsöffnungen für Bolzen in Leichtmetallen, beispielsweise in Aluminium-Basislegierungen, welche in der Regel Bolzen aus einem Fe/Ni-Material aufnehmen, ist z. B. mit Schwingungs- und Spannungsrisskorrosion zu rechnen. Dabei tritt die Beschädigung in jedem Fall auf der Seite des Leichmetalls, also im Bereich der Durchgangsöffnung für den Bolzen, auf. Unbehandelte Oberflächen führen dabei in Abhängigkeit relevanter Parameter wie Druck, Krafteinleitung oder Schwindungsbelastung zum schnellen Versagen infolge einer massiven Rissbildung. Es ist daher unbedingt erforderlich, in der Randschicht entsprechender Durchgangsöffnungen ein geeignetes Druckeigenspannungsprofil bzw. eine geeignete Verfestigung aufzubauen.
Aus diesem Grund wird vorliegend ein Verfahren sowie eine Vorrichtung vorgeschlagen, mittels welchen Druckeigenspannungen zur Vermeidung von Spannungs-Risskorrosion oder dergleichen induziert werden können.
Hierzu umfasst eine Vorrichtung gemäß 1 eine im Schnitt dargestellte Vibrationseinrichtung 10, welche eine entsprechende Oberfläche 12 umfasst, mittels welcher Strahlgut – vorliegend in Form von Stahlkugeln 14 – beaufschlagt bzw. beschleunigt werden kann. Die Vibrationseinrichtung 10 ist vorliegend beispielsweise als Ultraschall-Sonotrode ausgebildet und oszilliert – wie durch den Doppelpfeil 16 angedeutet – etwa senkrecht bezogen auf deren Oberfläche 12. Aus 1 ist erkennbar, dass die Vibrationseinrichtung 10 auf einer unteren Seite 18 eines vorliegend etwa horizontal verlaufenden, geschnitten dargestellten Vorteilbereichs 20 eines Bauteils 22 angeordnet ist.
Im Bauteilbereich 20 des Bauteils 22 ist eine Durchgangsöffnung 24 vorgesehen, welche vorliegend beispielsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist und zur Aufnahme eines Bolzens dient. Das Bauteil 22 kann beispielsweise ein Leichtbauteil aus dem Flugzeugbau sein, welches insbesondere aus einer Aluminium-Basislegierung geschaffen ist. Natürlich wäre eine Vielzahl von anderen Bauteilen aus dem Flugzeugbau insbesondere auch in Form von Triebwerksteilen denkbar. Natürlich wäre es auch denkbar, die beschriebene Vorrichtung bzw. das zugehörige Verfahren bei Bauteilen außerhalb des Flugzeugbaus einzusetzen.
Aus 1 ist des Weiteren erkennbar, dass auf einer der Vibrationseinrichtung 10 gegenüber liegenden oberen Seite 26 des Bauteilbereichs 20 des Bauteils 22 ein Gegenelement 28 angeordnet ist, dessen Funktion im Weiteren noch näher erläutert werden wird. Auch das Gegenelement 28 ist vorliegend in einer schematischen Schnittansicht dargestellt.
Es ist erkennbar, dass sowohl die Vibrationseinrichtung 10 wie auch das Gegenelement 28 vollständig den lichten Querschnitt der Durchgangsöffnung 24 überdecken. Die Vibrationseinrichtung 10 und das Gegenelement 28 sind einer Strahlkammer 30 zugeordnet, deren Strahlkammerwände 32 in 1 lediglich äußerst schematisch durch entsprechende Linien dargestellt sind. Es sei deshalb explizit angemerkt, dass die Vibrationseinrichtung 10 bzw. deren schwingende Oberfläche 12 relativ zur Strahlkammer 30 bzw. deren Strahlkammerwände 32 beweglich bzw. vibrierend ausgebildet ist.
Der Bauteilbereich 20 des Bauteils 22 ist vorliegend mittels einer Halteeinrichtung 34 bzw. mittels von lediglich äußerst schematisch dargestellten Halteelementen 36 derart gehalten, dass die Durchgangsöffnung 24 innerhalb der Strahlkammer 30 positioniert ist. Durch die Halteeinrichtung 34 bzw. die Haltelemente 36 wird zudem die Anordnung bzw. Positionierung der Vibrationseinrichtung 10, des Gegenelements 28 sowie des Bauteilbereichs 20 relativ zueinander erreicht.
Von der oberen Seite 26 – also der Seite des Gegenelements 28 her – ist ein Ablenkwerkzeug 38 innerhalb der Durchgangsöffnung 24 angeordnet. Es ist erkennbar, dass das Ablenkwerkzeug 38 im Querschnitt geringer ausgebildet ist als der Querschnitt der Durchgangsöffnung 24. Des Weiteren ist erkennbar, dass das Ablenkwerkzeug 38 in einem zentralen Bereich der Durchgangsöffnung 24 angeordnet ist und über eine Teillänge der Durchgangsöffnung 24 innerhalb dieser angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht diese Teillänge etwa der halben Breite des Bauteilbereichs 20. An seinem der Vibrationseinrichtung 10 zugewandten freien Ende umfasst das Ablenkwerkzeug 38 eine Ablenkspitze 40, deren Funktion im Weiteren ebenfalls noch näher erläutert werden wird. Das Ablenkwerkzeug 38 kann sowohl separat zu sowie auch einteilig mit dem Gegenelement 28 ausgeführt sein. In einer Ausführungsform ist das Ablenkwerkzeug 38 dabei gemeinsam mit dem Gegenelement 28 relativ zu dem die Durchgangsöffnung 24 aufweisenden Bauteilbereich 20 anordnenbar.
Das mittels der beschriebenen Vorrichtung durchzuführende Verfahren zum Ultraschall-Kugelstrahlen des die Durchgangsöffnung 24 umfassenden Bauteilbereichs 20 zeichnet sich insbesondere durch die Induktion eines äußerst homogenen Druckeigenspannungsprofils bzw. einer äußerst homogenen Verfestigung aus. Da die Oberfläche 12 der Vibrationseinrichtung 10 in einem Abstand zur korrespondierenden unteren Seite 18 angeordnet ist, trifft ein Teil der durch die Oberfläche 12 beschleunigten Kugeln 14 auf eine Oberfläche 42 der unteren Seite 18 auf. Zudem trifft ein Teil der Kugeln 14 unmittelbar auf den unteren Bereich einer Innenfläche 44 der Durchgangsöffnung 24 auf. Darüber hinaus wird der Randbereich 46 zwischen der Oberfläche 42 und der Innenfläche 44 der Durchgangsöffnung gleichmäßig oberflächengestrahlt, so dass der Randbereich 46 einerseits verfestigt und andererseits entsprechend – mit einem Radius versehen – abgerundet wird.
Ein Teil der mittels der Oberfläche 12 der Vibrationseinrichtung 10 beschleunigten Kugeln 14 wird darüber hinaus mittels des Ablenkwerkzeugs 38 bzw. der Ablenkspitze 40 derart abgelenkt bzw. umgeleitet, dass die Kugeln 14 insbesondere in Richtung des oberen Bereichs der Innenfläche 44 der Durchgangsöffnung 24 gelangen. Somit wird durch das Ablenkwerkzeug 38 eine homogene Verfestigung bzw. ein homogenes Druckeigenspannungsprofil über die gesamte Innenfläche 44 der Durchgangsöffnung 24 erreicht.
Ein weiterer Teil der durch die Oberfläche 12 der Vibrationseinrichtung 10 beschleunigten Kugeln 14 prallt an dem Gegenelement 28 ab, welches in einem Abstand zur korrespondierenden oberen Seite 26 des Bauteilbereichs 20 angeordnet wird. Eine der Durchgangsöffnung 24 zugewandte Innenseite 48 des Gegenelements 28 ist dabei nicht-planar, sondern vielmehr im vorliegenden Fall leicht kegelförmig bzw. schräg zulaufend ausgebildet. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass die auf die Innenseite 48 treffenden Kugeln schräg nach außen abgelenkt werden, so dass einerseits eine Oberfläche 50 der oberen Seite 26 des Bauteilbereichs 20 und andererseits insbesondere ein Randbereich 52 zwischen der Oberfläche 50 und der Innenfläche 44 der Durchgangsöffnung 24 verfestigt wird. Der Randbereich 52 zwischen der Oberfläche 50 und der Innenfläche 44 wird dabei gleichzeitig verfestigt und – mit einem Radius versehen – abgerundet. Als im Rahmen der Erfindung liegend ist es dabei zu betrachten, dass die Innenfläche 44 auch eine andere Gestalt, insbesondere eine abgerundete Form, aufweisen könnte.
Wie bereits erläutert, befinden sich sowohl das Gegenelement 28 wie auch die Vibrationseinrichtung 10 innerhalb der Strahlkammer 30, so dass die Menge an Strahlgut bzw. Stahlkugeln 14 auf einfache Weise gleichmäßig gehalten werden kann. Hierdurch wird ein besonders reproduzierbares Verfestigungsergebnis erreicht. Zwischen der Strahlkammer 30 und dem Bauteilbereich 20 können darüber hinaus entsprechende Dichtungselemente oder dergleichen vorgesehen sein, um einen unerwünschten Austritt von Strahlgut zu verhindern.
Durch die vorliegend horizontale Anordnung des Bauteilbereichs 20 und der Oberfläche 12 der Vibrationseinrichtung 10 wird zudem ein besonders reproduzierbares Strahlergebnis erzielt. Da die Vibrationseinrichtung 10 auf der unteren Seite 18 des Bauteilbereichs 20 angeordnet ist, gelangt das Strahlgut auf einfache Weise alleine aufgrund seiner Schwerkraft zur Vibrationseinrichtung 10 zurück.
Insgesamt ist somit erkennbar, dass vorliegend ein Verfahren sowie eine Vorrichtung geschaffen sind, mittels welchen ein äußerst homogenes Druckeigenspannungsprofil in den Randschichten – vorliegend den Oberflächen 42 und 50, den Randbereichen 46 und 52, sowie der Innenfläche 44 der Durchgangsöffnung 24 – geschaffen werden kann. Dabei sorgt insbesondere das Gegenelement 28 dafür, dass durch die Durchgangsöffnung 24 nach oben austretende Stahlkugeln vorzugsweise auf den oberen Randbereich 52 gerichtet werden und zur Abrundung führen. Dieser Effekt wird auf der unteren Seite 18 am unteren Randbereich 46 von vornherein erhalten. Zur Verstärkung des Effekts an den Innenfläche 44 wird von oben her das Ablenkwerkzeug 38 gegen die Unterseite geführt, wodurch die homogene Verfestigung erreicht wird.
In 2 ist die Tiefenverteilung der Verfestigung bzw. des Druckeigenspannungsprofils in den verfestigten Randschichten bzw. Oberflächen des Bauteils insbesondere im Bereich der Durchgangsöffnung in einem schematischen Diagramm erkennbar, wobei auf der Ordinate die Spannung und auf der Abszisse die Abtragtiefe abgetragen ist. Dabei wird insbesondere die homogene Verfestigung der entsprechenden Bauteile erkennbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004059592 A1 [0002, 0006]

Claims

Verfahren zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, eines Bauteils (22) im Bereich einer Durchgangsöffnung (24), bei welchem eine das Strahlgut beaufschlagende Vibrationseinrichtung (10) auf einer Seite (18) und ein Gegenelement (28) auf einer gegenüberliegenden Seite (26) relativ zu einem die Durchgangsöffnung (24) aufweisenden Bauteilbereich (20) angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (28) in einem Abstand relativ zur korrespondierenden Seite (26) des Bauteilbereichs (20) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelements (28) mit einer der Durchgangsöffnung (24) zugewandten, nichtplanaren Innenseite (48) des eingesetzt wird, mittels welcher ein Randbereich (52) zwischen einer Oberfläche (50) des Bauteilbereichs (20) und einer Innenfläche (44) der Durchgangsöffnung (24) gestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ablenkwerkzeug (38) in der Durchgangsöffnung (24) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkwerkzeug (38) von der Seite des Gegenelements (28) her in der Durchgangsöffnung (24) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkwerkzeug (38) gemeinsam mit dem Gegenelement (28) relativ zu dem die Durchgangsöffnung (24) aufweisenden Bauteilbereich (20) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im Querschnitt geringer als die Durchgangsöffnung (24) bemessene Ablenkwerkzeug (38) in einem zentralen Bereich der Durchgangsöffnung (24) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkwerkzeug (38) über eine Teillänge der Durchgangsöffnung (24) innerhalb dieser angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Strahlgut beaufschlagende Oberfläche (12) der Vibrationseinrichtung (10) in einem Abstand zur korrespondierenden Seite (18) des Bauteilbereichs (20) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die Durchgangsöffnung (24) aufweisende Bauteilbereich (20) im Wesentlichen horizontal und die Vibrationseinrichtung (10) unterhalb des Oberflächenbereichs (20) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil (22) aus einer Aluminium-Basislegierung eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der die Durchgangsöffnung (24) aufweisende Bauteilbereich (20) innerhalb einer Strahlkammer (30) positioniert wird, in welcher die Vibrationseinrichtung (10) und das Gegenelement (28) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, eines Bauteils (22) im Bereich einer Durchgangsöffnung (24), mit einer das Strahlgut beaufschlagenden Vibrationseinrichtung (10) und mit einem Gegenelement (28), welche auf einander gegenüberliegenden Seiten (18, 26) relativ zu einem die Durchgangsöffnung (24) aufweisenden Bauteilbereich (20) anordnenbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (28) in einem Abstand relativ zur korrespondierenden Seite (26) des Bauteilbereichs (20) anordnenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement eine der Durchgangsöffnung (24) zugewandte, nicht-planare Innenseite (48) aufweist, mittels welcher ein Randbereich (52) zwischen einer Oberfläche (50) des Bauteilbereichs (20) und einer Innenfläche (44) der Durchgangsöffnung (24) strahlbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ablenkwerkzeug (38) vorgesehen ist, welches in der Durchgangsöffnung (24) anordnenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkwerkzeug (38) von der Seite des Gegenelements (28) her in der Durchgangsöffnung (24) anordnenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkwerkzeug (38) gemeinsam mit dem Gegenelement (28) relativ zu dem die Durchgangsöffnung (24) aufweisenden Bauteilbereich (20) anordnenbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkwerkzeug (38) im Querschnitt geringer bemessen ist als die Durchgangsöffnung (24), wobei das Ablenkwerkzeug (38) in einem zentralen Bereich der Durchgangsöffnung (24) anordnenbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkwerkzeug (38) über eine Teillänge der Durchgangsöffnung (24) innerhalb dieser anordnenbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkwerkzeug (38) an seinem freien Ende eine Ablenkspitze (40) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Strahlgut beaufschlagende Oberfläche (12) der Vibrationseinrichtung (10) in einem Abstand zur korrespondierenden Seite (18) des Bauteilbereichs (20) anordnenbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halteeinrichtung (54) vorgesehen ist, mittels welcher der die Durchgangsöffnung (24) aufweisende Bauteilbereich (20) im Wesentlichen horizontal und die Vibrationseinrichtung (10) unterhalb des Bauteilbereichs (20) anordnenbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlkammer (30) vorgesehen ist, in welcher die Vibrationseinrichtung (10) und das Gegenelement (28) angeordnet sind und innerhalb welcher der die Durchgangsöffnung (24) aufweisende Bauteilbereich (20) positionierbar ist.