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Die Erfindung betrifft eine Biegevorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zum Biegen einer Schaufel eines Schaufelrings. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Biegen einer Schaufel eines Schaufelrings.
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Bei der Herstellung eines Schaufelrings, der beispielsweise als Schaufelgitterring für eine Flugzeugturbine ausgebildet sein kann, ist es wichtig, eine definierte geometrische Querschnittsfläche bzw. eine effektive Oberflächengeometrie zu erzeugen, um eine gewünschte Strömungsbeeinflussung zu erzielen. Damit kann beispielsweise das Luftmassendurchsatzvermögen einer als Flugzeugturbine, Turboprop- oder Wellenleistungstriebwerk ausgebildeten Strömungsmaschine gezielt beeinflusst und der Betriebspunktes dieser Strömungsmaschine exakt eingestellt werden. Um die gewünschten Eigenschaften zuverlässig zu erzielen ist es jedoch erforderlich, dass die einzelnen Schaufeln präzise und mit hoher Wiederholgenauigkeit gebogen werden können.
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Eine Biegevorrichtung und ein Verfahren zum Biegen eines Werkstücks ist beispielsweise bereits aus der
EP 1 961 502 A2 zu entnehmen. Die Biegevorrichtung umfasst dabei einen Biegestempel, der in eine Matrize bewegt wird, wobei das zu biegende Werkstück auf der Matrize aufliegt und durch den Biegestempel gebogen wird. Während des Biegevorgangs werden verschiedene Biegewinkel zusammen mit dem zugehörigen Weg des Biegestempels erfasst.
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Als nachteilig an der bekannten Biegevorrichtung und dem bekannten Verfahren ist jedoch der Umstand anzusehen, dass insbesondere bei Schaufeln unterschiedlicher Bauart kein optimales Biegeergebnis erzielt werden kann, da die Biegevorrichtung nicht oder nur mit hohem Aufwand an Schaufeln unterschiedlicher Geometrie anpassbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Biegevorrichtung sowie ein Verfahren zum Biegen einer Schaufel eines Schaufelrings bereitzustellen, die ein verbessertes Biegeergebnis ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Biegevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch gemäß Patentanspruch 13 zum Biegen einer Schaufel eines Schaufelrings gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Biegevorrichtung als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen sind.
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Bei einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung zum Biegen einer Schaufel eines Schaufelrings ist es vorgesehen, dass die Halteeinrichtung eine Schwenkeinrichtung umfasst, mittels welcher der an der Halteeinrichtung festgelegte Schaufelring und der Biegestempel relativ zueinander um eine Schwenkachse der Schwenkeinrichtung verschwenkbar sind. Auf diese Weise kann ein Anstellwinkel zwischen dem Biegestempel und der zu biegenden Schaufel im Unterschied zum Stand der Technik mit Hilfe der Schwenkeinrichtung optimal eingestellt werden, so dass auch unterschiedlich geformte Schaufeln präzise, reproduzierbar und beschädigungsfrei gebogen werden können. Weiterhin ist es hierdurch möglich, dass der Anstellwinkel zwischen dem Biegestempel und der Schaufel während eines Biegevorgangs mehrmals verändert wird, so dass auch komplexe Biegekonturen problemlos erzeugbar sind. Der Biegestempel wird vorzugsweise derart ausgelegt, dass er an die zu erzeugende Endkontur der Schaufel angepasst ist und für den gesamten Biegevorgang eine Mindestauflagefläche gewährleistet. Damit werden Beschädigungen beispielsweise an Leitschaufeln und deren Innenluftkühlungskanälen zuverlässig ausgeschlossen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schaufelring und der Biegestempel mittels der Schwenkeinrichtung innerhalb eines Anstellwinkelbereichs zwischen 1° und 180°, insbesondere zwischen 1° und 125° und vorzugsweise zwischen 1° und 100°, relativ zueinander verschwenkbar sind. Dieser Anstellwinkelbereich hat sich für die gängigen Schaufelringe als vorteilhaft gezeigt, da die Schaufel hierdurch mit einer zumindest im Wesentlichen gleichmäßigen Krafteinwirkung optimal und reproduzierbar gebogen werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schwenkeinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Biegestempel und der Schaufelring ausgehend von einer Nullstellung um bis zu ±90° verschwenkt werden können.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Halteeinrichtung eine Spanneinrichtung umfasst, mittels welcher der Schaufelring lösbar gegenüber der Halteeinrichtung festlegbar ist. Dies stellt eine konstruktiv einfache, kostengünstige und flexible Möglichkeit dar, um den Schaufelring während des Biegeverfahrens fest und beschädigungsfrei an der Halteeinrichtung zu fixieren und anschließend wieder von Halteeinrichtung abnehmen zu können. Die Spanneinrichtung kann dabei grundsätzlich manuell und/oder computergesteuert betätigbar sein, wobei die den Schaufelring haltende Kraft grundsätzlich mechanisch, magnetisch, pneumatisch und/oder hydraulisch aufgebracht werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halteeinrichtung eine mit der Schwenkeinrichtung gekoppelte und um die Schwenkachse verschwenkbare Halteplatte umfasst, auf welcher der Schaufelring anordenbar ist. Auf diese Weise kann der Schaufelring an der Halteplatte abgestützt und optimal zum Biegestempel positioniert werden. Somit können auch geometrisch stark unterschiedlich ausgestaltete Schaufelringe problemlos mittels der Halteeinrichtung lagegesichert und die gewünschten Schaufeln entsprechend optimal gebogen werden.
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Eine zusätzliche Verbesserung der Anpassbarkeit der Biegevorrichtung wird in weiterer Ausgestaltung dadurch erreicht, dass die Spanneinrichtung relativ zur Halteplatte bewegbar ist.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, wenn die Spanneinrichtung entlang wenigstens eines Führungsmittels, insbesondere entlang zweier gegenüberliegender Führungsnuten, der Halteplatte bewegbar ist. Hierdurch ist die Spanneinrichtung einerseits mit der Halteplatte gekoppelt und einfacher handhabbar, andererseits kann die Spanneinrichtung dennoch flexibel entlang des Führungsmittels bewegt und individuell an den jeweiligen Schaufelring angepasst werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich, indem der Biegestempel entlang einer senkrecht zur Schwenkachse angeordneten Stempelachse bewegbar ist. Hierdurch greift die Biegekraft immer über die Mitte zur Haltekraft der Halteeinrichtung an, so dass keine Kippmomente entstehen und die betreffende Schaufel beschädigungsfrei gebogen werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwenkeinrichtung eine vorzugsweise mittels eines Fußpedals betätigbare Klemmbuchse umfasst, mittels welcher die Halteplatte in einem eingestellten Anstellwinkel relativ zum Biegestempel lösbar festlegbar ist. Dies stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit dar, den auf der Halteplatte festgelegten Schaufelring und den Biegestempel relativ zueinander um die Schwenkachse der Schwenkeinrichtung zu verschwenken und mittels der Klemmbuchse in einem gewünschten Anstellwinkel lagezusichern. Indem die Klemmbuchse mittels eines Fußpedals betätigbar ist, hat der Benutzer der Biegevorrichtung die Hände für anderweitige Arbeiten frei.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegeeinrichtung einen mechanischen und/oder elektrischen und/oder hydraulischen und/oder pneumatischen Aktuator zum Bewegen des Biegestempels umfasst. Hierdurch kann die Biegeeinrichtung besonders flexibel ausgebildet und an unterschiedliche Einsatzzwecke, Ausstattungslinien oder dergleichen angepasst werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Aktuator und der Biegestempel über einen Kugelgewindetrieb, insbesondere einen Präzisions-Kugelgewindetrieb, miteinander in Wirkverbindung stehen. Diese Konstruktion gewährleistet eine spielfreie Kraftübertragung, so dass mechanische Einflussfaktoren in Bezug auf die Wiederholgenauigkeit des Biegevorgangs minimiert werden. Durch die Verwendung eines kugelgewindegetriebenen Biegestempels wird der bei anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen auftretende sog. „Stick-Slip-Effekt” ausgeschlossen. Die durch den Aktuator erzeugte Biegekraft wird somit wegen des direkten Kraftflusses spielfrei über den Biegestempel zur zu verbiegenden Schaufel übertragen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Biegestempel mit einem Formschuh gekoppelt ist, wobei der Formschuh eine mit einer Endkontur der zu biegenden Schaufel korrespondierende Biegekontur aufweist. Mit Hilfe eines derartigen Formschuhs kann die gewünschte Endkontur der Schaufel besonders einfach vorgegeben und die Schaufel beschädigungsfrei und präzise gebogen werden. Eine einfache Anpassbarkeit an unterschiedlichen Endkonturen ist dadurch ermöglicht, dass der Formschuh und der Biegestempel lösbar miteinander gekoppelt sind. Auf diese Weise können individuell angefertigte Formschuhe mit dem Biegestempel gekoppelt und bei Bedarf leicht gegen Formschuhe mit einer alternativen Biegekontur ausgetauscht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegevorrichtung ein Heizsystem zum Erhitzen der Schaufel umfasst. Mit Hilfe des Heizsystems kann das Schaufelmaterial erwärmt und in einen duktileren Zustand überführt werden, so dass die Schaufel mit einer geringeren Biegekraft gebogen werden kann. Hierdurch werden etwaige Beschädigungen der Schaufel besonders zuverlässig verhindert. Zum Erwärmen kann das Heizsystem beispielsweise ein Heißluftsystem umfassen, wodurch Temperaturen bis zu 900°C oder mehr erreichbar sind. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise ein elektrisches und/oder induktives Heizsystem vorgesehen sein.
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Um die Präzision und Wiederholbarkeit des Biegevorgangs zusätzlich zu verbessern, hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Biegevorrichtung ein Messsystem umfasst, mittels welchem eine Geometrieänderung der Schaufel ermittelbar ist. Dies bieten den Vorteil, dass der Biegevorgang nicht indirekt über einen Verfahrweg des Biegestempels, sondern direkt über die effektive Geometrieänderung während des Biegens gesteuert werden kann. Auf diese Weise können nicht nur mechanische Einflussfaktoren, sondern auch Elastizitäts- und Erwärmungseffekte für jede zu biegende Schaufel individuell berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit des Biegevorgangs. Darüber hinaus ist es möglich, eine gewünschte Gesamtgeometrieänderung gleichmäßig auf alle Schaufeln des Schaufelrings zu verteilen und folglich den Betriebspunkt der zugeordneten Strömungsmaschine besonders genau einzustellen. Vorzugsweise ist das Messsystem berührungsfrei ausgebildet, wodurch das Messsystem flexibel gegenüber der Biegeeinrichtung positionierbar ist und auch unter beengten räumlichen Bedingungen verwendet werden kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Messsystem ausgebildet ist, die Geometrieänderung mittels eines optischen Triangulationsverfahrens zu ermitteln. Bei diesem optischen Messverfahren wird ein Laserlichtbild auf die Oberfläche der Leitschaufelhinterkante projiziert und beispielsweise mittels eines CCD-Sensors erfasst. Über eine Winkelberechnung kann dann die Kontur und damit die effektive Geometrieänderung des vermessenen Schaufelbereichs ermittelt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Steuer- und/oder Regelsystem vorgesehen, welches mit dem Messsystem und der Biegeeinrichtung gekoppelt ist und welches ausgelegt ist, die Bewegung des Biegestempels in Abhängigkeit der ermittelten Geometrieänderung der Schaufel zu steuern und/oder zu regeln. Dies erlaubt eine automatisierte Steuerung bzw. Regelung des Biegestempels, wodurch der Biegevorgang mit Hilfe der Biegevorrichtung besonders schnell, präzise und reproduzierbar durchgeführt werden kann. Mit Hilfe des Messsystems kann beispielsweise die vom Verfahrweg des Biegestempels abhängige Geometrieänderung ein- oder mehrmals ermittelt und bei Bedarf zusätzlich als entsprechender Zahlenwert auf einem Bildschirm ausgegeben werden. Ist die gewünschte Geometrieänderung der Schaufel erreicht, kann der Biegevorgang durch das Steuer- und/oder Regelsystem gestoppt und der Biegestempel zurück in seine Startposition bewegt werden. Die durch das Biegen erzeugte Geometrieänderung kann ebenfalls auf dem Bildschirm in geeigneter Weise dargestellt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen einer Schaufel eines Schaufelrings, insbesondere einer Schaufel eines Schaufelgitterrings für eine Flugzeugturbine, wobei zumindest die Schritte Festlegen des Schaufelrings mittels einer Halteeinrichtung, Einstellen eines Anstellwinkels zwischen dem Schaufelring und einem Biegestempel einer Biegeeinrichtung, indem der Schaufelring und der Biegestempel relativ zueinander mittels einer Schwenkeinrichtung der Halteeinrichtung um eine Schwenkachse verschwenkt werden, und Beaufschlagen der Schaufel mit einer Biegekraft mittels des Biegestempels, wobei der Biegestempel zum Beaufschlagen relativ zur Halteeinrichtung bewegt wird, durchgeführt werden. Auf diese Weise kann der Anstellwinkel zwischen dem Biegestempel und der zu biegenden Schaufel im Unterschied zum Stand der Technik mit Hilfe der Schwenkeinrichtung optimal eingestellt werden, so dass auch unterschiedlich geformte Schaufeln präzise, reproduzierbar und beschädigungsfrei gebogen werden können. Weiterhin ist es hierdurch möglich, dass der Anstellwinkel zwischen dem Biegestempel und der Schaufel während des Verfahrens mehrmals verändert wird, so dass auch komplexe Biegekonturen problemlos erzeugbar sind. Der Biegestempel wird vorzugsweise derart ausgelegt, dass er an die zu erzeugende Endkontur der Schaufel angepasst ist und für den gesamten Biegevorgang eine Mindestauflagefläche gewährleistet. Damit werden Beschädigungen beispielsweise an Leitschaufeln und deren Innenluftkühlungskanälen zuverlässig ausgeschlossen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Geometrieänderung der Schaufel mittels eines Messsystems ermittelt wird. Dies bieten den Vorteil, dass der Biegevorgang nicht indirekt über einen Verfahrweg des Biegestempels, sondern direkt über die effektive Geometrieänderung während des Biegens erfasst werden kann. Somit können nicht nur mechanische Einflussfaktoren, sondern auch Elastizitäts- und Erwärmungseffekte für jede zu biegende Schaufel individuell berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit des Verfahrens. Darüber hinaus ist es möglich, eine gewünschte Gesamtgeometrieänderung des Schaufelrings gleichmäßig auf alle Schaufeln zu verteilen und folglich den Betriebspunkt der zugeordneten Strömungsmaschine besonders genau einzustellen. Vorzugsweise wird hierbei ein berührungsfreies Messsystem verwendet. Zum Ermitteln der Geometrieänderung kann die Geometrie der Schaufel vor, während und/oder nach dem Beaufschlagen mit dem Biegestempel erfasst werden.
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Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, wenn beim Erreichen einer vorgegebenen Geometrieänderung das Beaufschlagen der Schaufel abgebrochen und/oder der Biegestempel in eine Ausgangsstellung zurückbewegt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Schaufel nach dem Erreichen der gewünschten Endkontur nicht weiter gebogen wird. Durch das Zurückbewegen des Biegestempels aus einer Biegestellung zurück in die Ausgangsstellung wird die gebogene Schaufel des Schaufelrings freigegeben, wonach das Verfahren entweder mit einer weiteren Schaufel durchgeführt, oder der fertige Schaufelring entnommen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor und/oder nach dem Biegen der Schaufel ein Massendurchsatz des Schaufelrings ermittelt wird. Dies erlaubt das Ermitteln einer Korrelation zwischen der effektiven Geometrieänderung der Schaufel vor und/oder nach dem Biegen und dem resultierenden Massendurchsatz des Schaufelrings. Beispielsweise kann der Luftmassendurchsatz des Schaufelrings mit Hilfe eines sogenannten ”FlowRigs” ermittelt werden.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, wenn eine einen Zusammenhang zwischen der Geometrieänderung der Schaufel und dem Massendurchsatz des Schaufelrings charakterisierende Kalibriertabelle erzeugt wird. Wenn der Schaufelring zumindest vor und nach der Umformung einer oder mehrerer Schaufeln am FlowRig vermessen wurde, kann einem diese Umformung charakterisierenden Zahlenwert ein die durch das Biegen erzeugte Geometrieänderung charakterisierender Zahlenwert zugewiesen werden. Auf diese Weise kann die Kalibriertabelle erzeugt werden. Diese Kalibriertabelle kann in der Folge dazu verwendet werden, an weiteren Leitringen, insbesondere an Leitringen des gleichen Typs, eine gezielte Geometrieänderung und damit einen gewünschten Massendurchsatz zu erzeugen. Diese Kalibriertabelle kann beispielsweise mit Hilfe eines graphischen Programmiersystems – z. B. ”LabView” – erstellt werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Kalibriertabelle in einem nachfolgenden Verfahrensdurchgang zum Biegen einer weiteren Schaufel verwendet wird, wobei der Biegestempel in Abhängigkeit der Kalibriertabelle derart bewegt wird, dass eine vorbestimmte Geometrieänderung erzeugt wird. Hierdurch kann das Verfahren mit einem hohen Automatisierungsgrad an weiteren Schaufelringen durchgeführt werden, wodurch erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen erzielt werden. Zusätzlich werden auch die vorstehend beschriebenen Vorteile – insbesondere hohe Präzision und Reproduzierbarkeit – verwirklicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren mit wenigstens zwei und/oder allen Schaufeln des Schaufelrings und/oder mit Schaufeln mehrerer Schaufelringe durchgeführt wird. Dies erlaubt ein besonders individuelles Einstellen des jeweils gewünschten Massendurchsatzes eines einzelnen Schaufelrings oder mehrerer Schaufelringe.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:
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1 eine perspektivische und ausschnittsweise Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung;
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2 eine weitere perspektivische und ausschnittsweise Schrägansicht der Biegevorrichtung;
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3 eine perspektivische und ausschnittsweise Seitenansicht der Biegevorrichtung;
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4 eine perspektivische Schrägansicht der Biegevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
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5 eine Prinzipdarstellung eines Steuer- und/oder Regelsystems der Biegevorrichtung.
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1 zeigt eine perspektivische Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung 10 einer Schaufel 12 eines Schaufelrings 14. Bei dem Schaufelring 14 handelt es sich vorliegend um einen Schaufelgitterring für eine Flugzeugturbine. Die Biegevorrichtung 10 umfasst eine Halteeinrichtung 16, welche zum lösbaren Festlegen des Schaufelrings 14 ausgebildet ist, sowie eine Biegeeinrichtung (nicht abgebildet), welche einen relativ zur Halteeinrichtung 16 bewegbaren Biegestempel 18 (s. 2) zum Beaufschlagen der einzelnen Schaufeln 12 mit einer Biegekraft aufweist. Der Biegestempel 18, welcher in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist, ist an seinem der zu biegenden Schaufel 12 zugewandten Ende über eine Schraubverbindung mit einem grundsätzlich optionalen Formschuh 20 gekoppelt, wobei der Formschuh 20 eine mit einer Endkontur der zu biegenden Schaufel 12 korrespondierende Biegekontur aufweist. Mit anderen Worten wird der Endbereich des Biegestempels 18 so ausgelegt, dass er einerseits an die Leitschaufelgeometrie angepasst ist und andererseits während des gesamten Biegevorgangs eine Mindestauflagefläche bietet. Damit werden Beschädigungen an den Schaufeln 12 und – sofern vorhanden – an deren Innenluftkühlungskanälen zuverlässig ausgeschlossen.
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Die Halteeinrichtung 16 umfasst ihrerseits eine Halteplatte 21 und eine Schwenkeinrichtung 22, mittels welcher der auf der Halteplatte 21 angeordnete Schaufelring 14 und der Biegestempel 18 relativ zueinander um eine Schwenkachse A der Schwenkeinrichtung 22 verschwenkbar sind. Die Schwenkeinrichtung 22 ist hierzu mit der Halteplatte 21 gekoppelt und vorliegend derart ausgebildet, dass die Halteplatte 21 bzw. der auf dieser angeordnete Schaufelring 14 ausgehend von einer zumindest im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Nullstellung um bis zu ±50° gegenüber dem Biegestempel 18 verschwenkbar ist, so dass sich insgesamt ein Anstellwinkelbereich von etwa 100° ergibt. Die Schwenkeinrichtung 22 umfasst vorzugsweise eine Klemmbuchse 40, mittels welcher die Halteplatte 21 in dem jeweils eingestellten Anstellwinkel relativ zum Biegestempel 18 festlegbar oder zum erneuten Verschwenken freigebbar ist. Die Betätigung der Klemmbuchse 40 erfolgt mittels eines der drei Fußpedale 38.
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Die Halteeinrichtung 16 weist weiterhin eine Spanneinrichtung 24 auf, mittels welcher der Schaufelring 14 lösbar gegenüber der Halteeinrichtung 16 festgelegt ist. Die Spanneinrichtung 24 umfasst zwei Halteteile 26, die entlang zweier gegenüberliegender Führungsnuten 28 der Halteplatte 21 bewegbar sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 1 lediglich ein Halteteil 26 dargestellt. Die Halteteile 26 sind jeweils mit einem Kipphebel 30 verbunden, wobei jeder Kipphebel einenends mit einer zugeordneten Zugfeder 32 beaufschlagt ist und sich anderenends über eine Gewindespindel 33 auf einem Spannbrett 34 abstützt. Eine der beiden Gewindespindeln 33 kann dabei innerhalb einer Nut 35 des Spannbretts 34 geführt bewegt werden, um die durch das Bewegen der Halteteile 26 entlang der Führungsnuten 28 verursachten Abstandsdifferenzen der Halteteile 26 zueinander ausgleichen zu können. Die andere Gewindespindel 33 ist in einer passgenauen Nut 36 angeordnet und bildet eine Drehachse, um welche das Spannbrett 34 drehbar ist. Das federkraftbeaufschlagte Spannbrett 34 fixiert somit den Schaufelring 14 einfach und beschädigungsfrei auf der Halteplatte 21. Nach dem Lösen bzw. Entlasten der Zugfedern 32 kann das Spannbrett 34 vom Schaufelring 14 abgehoben, der Schaufelring 14 frei auf der Halteplatte 21 positioniert und anschließend zum Biegen einer weiteren Schaufel 12 erneut lagegesichert werden. Das Lösen der Zugfedern 32 und/oder das Beaufschlagen des Spannbretts 34 mit der Federkraft der Zugfedern 32 kann beispielsweise mit Hilfe eines der Fußpedale 38 gesteuert werden, so dass ein Benutzer der Biegevorrichtung 10 beide Hände zum Positionieren des Schaufelrings 14 verwenden kann.
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Der Biegestempel 18 ist entlang einer senkrecht zur Schwenkachse A angeordneten Stempelachse S bewegbar, so dass die durch den Biegestempel 18 auf die Schaufel 14 ausgeübte Biegekraft immer über die Mitte zur Haltekraft der Klemmbuchse 40 angreift und keine Kippmomente entstehen.
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Die Biegevorrichtung 10 umfasst des Weiteren ein Messsystem 42, mittels welchem eine Geometrieänderung der betreffenden Schaufel 12 vor, während und/oder nach dem Biegen ermittelbar ist. Das Messsystem 42 ist dabei ausgebildet, die Geometrieänderung mittels eines optischen Triangulationsverfahrens zu ermitteln. Bei diesem optischen Messverfahren wird ein Laserlichtbild 44 auf die Oberfläche der Hinterkante der zu biegenden Schaufel 12 projiziert und mit Hilfe von CCD-Sensoren (nicht gezeigt) des Messsystems 42 erfasst. Über eine Winkelberechnung wird daraus die Biegelinie ermittelt. Auch das Messsystem 42 kann über eines der Fußpedale 38 an- und/oder abgeschaltet werden. Durch Anwendung des Triangulationsverfahrens kann somit die Biegelinie der Hinterkante der Schaufel 12 eindeutig zu einer Referenzfläche bestimmt werden. Des Weiteren hat eine Erwärmung der Schaufel 12 keine Auswirkung auf die Genauigkeit der Messung der Biegelinie. Zudem kann ein während des Biegens ermittelter Elastizitätseffekt für jede Schaufel 12 oder für jedes Schaufelsegment berücksichtigt werden. Hierdurch wird eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit der Biegevorrichtung 10 sichergestellt. Es ist daher möglich, eine gewünschte Gesamtflächenänderung auf alle Schaufeln 12 gleichmäßig zu verteilen und folglich den Betriebspunkt der zugeordneten Strömungsmaschine genau einzustellen. Der Biegestempel 18 kann hierzu direkt über die effektive Geometrieänderung der betreffenden Schaufel 12 gesteuert werden.
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2 zeigt eine weitere perspektivische und ausschnittsweise Schrägansicht der Biegevorrichtung 10 und wird in Zusammenschau mit 3 erläutert werden, in welcher eine perspektivische und ausschnittsweise Seitenansicht der in 2 gezeigten Biegevorrichtung 10 abgebildet ist. Zum besseren Verständnis sind dabei die Spanneinrichtung 24 sowie eine Abdeckung zwischen der Schwenkeinrichtung 22 und den Fußpedalen 38 nicht abgebildet.
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Die Bewegung des mit dem Formschuh 20 verbundenen Biegestempels 18 erfolgt durch einen elektromechanischen Aktuator 50 (s. 5) der Biegeeinrichtung, wobei der Aktuator 50 und der Biegestempel 18 über einen Präzisions-Kugelgewindetrieb miteinander in Wirkverbindung stehen. Hierdurch ist eine spielfreie Kraftübertragung gewährleistet, so dass alle mechanischen Einflussfaktoren in Bezug auf die Wiederholgenauigkeit des Biegevorgangs minimiert werden.
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4 zeigt eine perspektivische Schrägansicht der Biegevorrichtung 10, die in ihrem grundsätzlichen Aufbau der in den vorhergehenden Figuren gezeigten Biegevorrichtung 10 entspricht, jedoch zusätzlich ein Heizsystem 46 aufweist. Das Heizsystem 46 ist vorliegend als Heißluftsystem ausgebildet und kann die zu biegende Schaufel 12 durch Beaufschlagen mit Heißluft auf bis zu 900°C erhitzen. Die erhitzte Luft strömt dabei aus einer Heißluftdüse 46a auf die zu biegende Schaufel 12 und wird durch ein Saugrohr 46b wieder abgesaugt. Alternativ oder zusätzlich kann das Heizsystem 46 ein induktives Heizelement aufweisen.
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5 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Steuer- und/oder Regelsystems 48 der Biegevorrichtung 10. Mit Hilfe des Steuer- und/oder Regelsystems 48 kann eine vollautomatische Steuerung des Biegestempels 18 durchgeführt werden. Das Steuer- und/oder Regelsystem 48 umfasst hierzu einen Computer 51, der zum Datenaustausch über geeignete Schnittstellen 52 – z. B. VGA, DVI, HDMI, USB, Fire Wire, Process Field Bus, Ethernet oder dergleichen – mit dem Messsystem 42, einer Steuereinheit 54, einem Handrad 56 und einem Bildschirm 58 gekoppelt ist. Die Steuereinheit 54 ist über eine grundsätzlich optionale Regeleinheit 60 mit dem Aktuator 50 des Biegestempels 18 gekoppelt. Der Computer 51 und seine angeschlossenen Peripherieelemente 42, 50, 54, 56, 58 und 60 werden über ein entsprechendes hard- und/oder softwareimplementiertes Computerprogramm – beispielsweise über ein graphisches Programmiersystem wie ”LabView” oder dergleichen – gesteuert. Mit Hilfe des Computers 51 kann der Aktuator 50 somit in Abhängigkeit der mittels des Messsystems 42 gemessenen Geometrieänderung der jeweiligen Schaufel 12 gesteuert bzw. geregelt bewegt werden.
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Das grundsätzlich optionale Handrad 56 kann zur Vorpositionierung des Biegestempels 18 verwendet werden. Es besteht dabei die Möglichkeit, dem Handrad 56 mit Hilfe eines Getriebes verschiedene Übersetzungsverhältnisse pro Umdrehung vorzugeben. Ist der Biegestempel 18 auf ca. 1 mm Abstand zur Schaufel 12 vorpositioniert wird ein Biegevorgang gestartet. Das Messsystem 42 ermittelt dabei permanent oder in gewissen Abständen die verursachte Flächen- und Geometrieänderung der Schaufel 12, die dann als Zahlenwert auf dem Bildschirm 58 dargestellt wird. Ist die gewünschte Geometrieänderung erreicht, wird der Biegevorgang gestoppt und der Biegestempel 18 mit Hilfe des Aktuators 50 in seine Ausgangsstellung zurückbewegt. Die entstandene Geometrie- und Flächenänderung der Schaufel 12 wird auf dem Bildschirm 58 als Zahlenwert ausgegeben. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Biegevorgang manuell mit Hilfe des Handrads 56 durchzuführen.
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Nach dem Biegen kann mit Hilfe eines sogenannten ”FlowRigs” der effektive Massendurchsatz (d. h. die effektive Fläche) des Leitringes 14 ermittelt werden. Nachdem der Leitring 14 zumindest vor und nach der Umformung am FlowRig vermessen wurde, kann dem dazugehörigen Zahlenwert an der Biegevorrichtung 10 ein Zahlenwert der effektive Geometrie- und Flächenänderung zugewiesen und eine Kalibriertabelle erzeugt werden. Die Kalibriertabelle beschreibt mit anderen Worten den Zusammenhang der Messwerte aus der optischen Geometrie-Vermessung und dem resultierenden Luftmassendurchsatz. Diese Kalibriertabelle kann dann an darauffolgenden Leitringen 14 des gleichen oder eines unterschiedlichen Typs zum Erzeugen einer effektiven Geometrie- und Flächenänderung verwendet werden. Die Kalibriertabelle kann beispielsweise über das Programm LabView erstellt und anschließend beim Aufruf eines bestimmten Leitring-Typen zum automatisierten Biegen verwendet werden.
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Neben den Schaufeln 12 von Schaufelringen 14 können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung 10 grundsätzlich auch andere Werkstücke, z. B. Schaufeln von Schaufelscheiben oder dergleichen, gebogen werden.
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Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen – beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen – als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.
