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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rekonturierung von Gasturbinenschaufeln im eingebauten Zustand.
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Bekannte Gasturbinen umfassen einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Wird eine Gasturbine als Flugzeugtriebwerk eingesetzt, sind darüber hinaus noch ein speziell geformter Einlass und eine Schubdüse vorgesehen.
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Bei Gasturbinen kommen Schaufeln sowohl in der Kompressor- als auch in der Turbinenstufe zum Einsatz. Diese Schaufeln weisen in der Regel ein Flügelprofil auf. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist dieses Profil für die Schaufeln jeder einzelnen Kompressor- und Turbinenstufe optimiert. Wichtiger Teil dieser Optimierung ist auch die Formgebung der Eintrittskante der Schaufel.
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In der Luftfahrt werden insbesondere bei größeren Verkehrsflugzeugen Zweistrom-Turboluftstrahl-Triebwerke als Flugantrieb eingesetzt, die nach dem Rückstoßprinzip arbeiten. Der von einem solchen Triebwerk erzeugte Schub wird durch die Düsenaustrittsgeschwindigkeit der Luft und den Massendurchsatz bestimmt. Neben einem durch eine Gasturbine führenden Kernluftstrom ist bei Zweistrom-Turboluftstrahl-Triebwerken auch noch ein durch ein Gebläse bzw. einem Fan erzeugter Zweitluftstrom vorgesehen, durch den der Massendurchsatz durch das Triebwerk und somit der Schub erhöht werden kann. Der Zweitluftstrom ist dabei ringförmig um den Kernluftstrom bzw. die Gasturbine angeordnet.
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Um die Luft im Zweitluftstrom zu beschleunigen ist an der Gasturbine ein Gebläse bzw. ein Fan vorgesehen, wobei das Gebläse gleichzeitig die erste Verdichterstufe der Gasturbine bilden kann. Es ist aber auch möglich, dass das Gebläse getrennt von dem Verdichter der Gasturbine ausgeführt ist und bspw. über ein Getriebe oder eine separate Turbinenstufe angetrieben wird. Das Gebläse ragt seitlich über die Gasturbine hinaus und dient so der Beschleunigung der Luft im Zweitluftstrom. Bei modernen Triebwerken leistet das Gebläse ca. 80% des Schubs.
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Das Gebläse umfasst Gebläseschaufeln bzw. Fan-Blades, die in der Regel ein dreidimensionales Flügelprofil aufweisen. Die Gebläseschaufeln weisen im Querschnitt also ein Flügelprofil auf, wobei sich dieses Flügelprofil über die Schaufellänge – d. h. von dem Schaufelfuß bis zur Schaufelspitze – kontinuierlich verändert. Die Veränderung über die Schaufellänge kann insbesondere in geometrischer und/oder aerodynamischer Schränkung bzw. Twist, sowie der Veränderung der Sehnenlänge bestehen.
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Gebläseschaufeln von den Flugzeugtriebwerken verschleißen im Flugbetrieb unter anderem durch Schmutz-, Staub-, Hagel oder sonstige feste Partikel, die in der Luft vorhanden sind und vom Triebwerk eingesaugt werden. Die vorgenannten Partikel können auf die Gebläseschaufeln aufschlagen, was zu einer Erosion insbesondere der Eintrittskanten der Gebläseschaufeln führt. Dabei wird u. a. die Oberfläche der Eintrittskanten aufgeraut. Diese Veränderung der Eintrittskanten der Gebläseschaufeln führt zu einem erhöhten Strömungswiderstand und einer Verschlechterung der Aerodynamik der Gebläseschaufel, was einen Effizienzverlust des gesamten Triebwerks zur Folge hat.
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Es ist bekannt, die vorbeschriebene Erosion der Eintrittskante von Gebläseschaufeln durch spanende Bearbeitung zu beseitigen. Dazu ist bekannt, die Gebläseschaufeln zu demontieren und die Eintrittskanten der Gebläseschaufeln einzeln per Hand nachzubearbeiten, z. B. durch Schleifen.
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Aus der
US 6,302,625 ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt, mit der die Eintrittskante einer Gasturbinenschaufel fräsend bearbeitet werden kann, um Erosionsschäden zu beseitigen. Bei dieser Vorrichtung wird ein Fräswerkzeug an der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel vorbeigeführt. Das Fräswerkzeug ist dabei über stationäre Gleitbacken, die an der Gasturbinenschaufel angreifen, geführt.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass die Vorrichtung aus dem Stand der Technik eine unbefriedigende, da ungenaue Führung aufweist, was ggf. zu Beschädigungen einzelner Gasturbinenschaufeln führen kann. Dies gilt insbesondere für solche Gasturbinenschaufeln, die ein komplexes dreidimensionales Profil aufweisen. Außerdem hat sich in der Praxis gezeigt, dass sich diese Vorrichtung bei vielen Triebwerksbauarten nicht ausreichend sicher an Gebläseschaufeln im eingebauten Zustand verwenden lässt. In der Praxis müssen daher auch bei Verwendung der Vorrichtung aus
US 6,302,625 die einzelnen Gebläseschaufeln aufwendig demontiert werden, bevor ihre Eintrittskanten rekonturiert werden können. Als weiterer Nachteil hat sich herausgestellt, dass der Nutzer keine freie Sicht auf den Bereich hat, in der das Fräswerkzeug mit der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel in Kontakt kommt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Rekonturierung von Gasturbinenschaufeln zu schaffen, welche die Nachteile im Stand der Technik nicht oder nur noch im verminderten Maße aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Rekonturierung von Gasturbinenschaufeln im eingebauten Zustand, umfassend ein spanendes Werkzeug und eine Führungsvorrichtung zur Führung des spanenden Werkzeuges entlang der Eintrittskante einer Gasturbinenschaufel mit einer Eingriffstiefe in einer Bearbeitungsrichtung, wobei die Führungsvorrichtung wenigstens ein drehbares Führungselement umfasst und eine Kamera zur Aufnahme eines Teils des spanenden Werkzeuges und eines in Bearbeitungsrichtung vor dem spanenden Werkzeug liegenden Teils der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel vorgesehen ist.
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Die Erfindung hat erkannt, dass durch Verwendung von einem oder mehreren drehbaren Führungselementen anstelle von stationären Führungsbacken die Gefahr der Beschädigung der Gasturbinenschaufel deutlich reduziert werden kann. Durch geschickte Anordnung der drehbaren Führungselemente kann insbesondere vermieden werden, dass die Vorrichtung gegenüber der Gasturbinenschaufel so verkippt werden kann, dass das spanende Werkzeug in ungewollter Weise mit dem Profil bzw. der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel in Berührung kommt und sie so ggf. beschädigt. Erfahrungen haben gezeigt, dass Entsprechendes mit den Führungsbacken aus dem Stand der Technik nicht ausreichend sicher erreicht werden kann.
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Um darüber hinaus eine Bearbeitung der Gasturbinenschaufeln im montierten Zustand zu ermöglichen, ist weiterhin eine Kamera vorgesehen, die den Bearbeitungsbereich der Vorrichtung, d. h. das spanende Werkzeug inklusive der zu bearbeitenden Eintrittskante der Gasturbinenschaufeln, aufnimmt. Das durch die Kamera aufgenommene Bild kann dem Benutzer der Vorrichtung bspw. über einen Monitor zur Anzeige gebracht werden, so dass dieser den Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung überprüfen und die Vorrichtung sicher entlang der Eintrittskante einer Gasturbinenschaufel führen kann.
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Durch die Kombination einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Führungsvorrichtung und der vorbeschriebenen Kamera wird die Verwendungssicherheit einer Vorrichtung zur Rekonturierung einer Gasturbinenschaufel deutlich verbessert, so dass die Rekonturierung auch an Gebläseschaufeln im eingebauten Zustand sicher durchgeführt werden kann. Eine kostenintensive und zeitaufwendige Demontage der Gebläseschaufeln kann somit entfallen.
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Mit spanenden Werkzeugen sind solche Werkzeuge bezeichnet, die durch Abtragen von Material die Formgebung eines Bauteils verändern. Unter spanende Werkzeuge fallen u. a. Fräswerkzeuge und Schleifwerkzeuge.
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Es ist bevorzugt, wenn als drehbare Führungselemente zwei Eintrittskantenführungsrollen zum Abrollen auf der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel vorgesehen sind. Die eine Eintrittskantenführungsrolle ist dabei vorzugsweise in Bearbeitungsrichtung vor, die andere in Bearbeitungsrichtung hinter dem spanenden Werkzeug angeordnet. Indem zwei Eintrittskantenführungsrollen vorgesehen sind, die auf dem Teil der Gasturbinenschaufel abrollen, der durch das spanende Werkzeug bearbeitet werden soll, kann die Eingriffstiefe, mit der das spanende Werkzeug in die Gasturbinenschaufeln eingreift, vorgegeben werden. Die Eingriffstiefe des spanenden Werkzeuges bestimmt sich dabei aus dem Überstand desselben über die durch die beiden Eintrittsführungsrollen definierte Rollebene.
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Die Eingriffstiefe kann durch die Eintrittskantenführungsrollen fest vorgegeben sein. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die Position der Eintrittskantenführungsrollen in einer radialen Richtung zur Einstellung der Eingriffstiefe verstellbar ist. Diese radiale Richtung kann dabei insbesondere senkrecht zur Rollebene verlaufen. Es ist ausreichend, wenn wenigstens eine von zwei Eintrittskantenführungsrollen entsprechend verstellbar ist. Es ist aber auch möglich, dass beide Eintrittskantenführungsrollen entsprechend verstellbar sind.
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Es ist bevorzugt, wenn die Lauffläche wenigstens einer Eintrittskantenführungsrolle zur seitlichen Führung der Eintrittskante der Gasturbine profiliert ist. Die Profilierung kann vorzugsweise als umlaufende Nut zur Aufnahme der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel ausgebildet sein. Durch eine entsprechende Profilierung wenigstens einer Eintrittskantenführungsrolle ist es möglich, dass die Eintrittskantenführungsrollen nicht nur der Einhaltung der richtigen Eingriffstiefe dienen, sondern auch die richtige Positionierung des spanenden Werkzeuges gegenüber der Eintrittskante der zu bearbeitenden Gasturbinenschaufeln sichergestellt wird. Die Position des spanenden Werkzeuges gegenüber der Gasturbinenschaufel wird dann also nicht nur in radialer Richtung der Eintrittskantenführungsrollen, sondern auch in axialer Richtung der Eintrittskantenführungsrollen definiert.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn seitliche Führungsrollen zum Abrollen auf der Profilfläche der Gasturbinenschaufel als drehbare Führungselemente vorgesehen sind. Insbesondere in Kombination mit profilierten Eintrittskantenführungsrollen wird durch entsprechende seitliche Führungsrollen der Winkel, mit denen das spanende Werkzeug gegenüber der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel geführt wird, definiert. Um bei einem dreidimensionalen Profil gegebenenfalls veränderliche Profildicken in dem Bereich, in dem die seitlichen Führungsrollen angreifen, ausgleichen zu können, ist bevorzugt, wenn die seitlichen Führungsrollen wenigstens teilweise federbelastet sind, d. h. gegen Überwindung eines Federdruckes nachgeben können. Weiter bevorzugt ist es, wenn sich die Achsen der Führungsrollen mit der Achse des spanenden Werkzeuges schneiden. Dadurch wird erreicht, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung selbst bei aufwendigem dreidimensionalem Profil während der Bearbeitung nicht verkeilen kann und/oder keine ungewollte Bewegung durch die seitlichen Führungsrollen eingebracht wird.
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Um die Verwendung der Vorrichtung, insbesondere das erstmalige Aufsetzen auf eine Gasturbinenschaufel, zu vereinfachen, ist bevorzugt, wenn der Abstand von zwei gegenüberliegenden seitlichen Führungsrollen einstellbar ist, vorzugsweise durch einen Schnellspanner. Beim Aufsetzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf eine Gasturbinenschaufel kann der vorgenannte Abstand dabei so groß gewählt sein, dass ein problemloses Aufsetzen möglich ist. Bevor die eigentliche Bearbeitung der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel beginnt, kann der Abstand zwischen den seitlichen Führungsrollen so verringert werden, dass die gewünschte Führung erreicht wird.
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Handelt es sich bei dem spanenden Werkzeug um ein Fräswerkzeug mit einer Fräsfläche zur spanenden Bearbeitung der Eintrittskante einer Gasturbinenschaufel, ist es auch möglich, dass wenigstens ein Reibkontaktring als drehbares Führungselement zur Führung des Fräswerkzeuges vorgesehen ist. Der Reibkontaktring rotiert dabei mit dem Fräswerkzeug mit und besteht wenigstens teilweise aus einem Verschleißwerkstoff. Der Begriff „Verschleißwerkstoff” bezeichnet im Zusammenhang mit der Erfindung einen Werkstoff, der gegenüber dem typischen Werkstoff einer Gasturbinenschaufel deutlich weniger widerstandsfähig gegen Reibabrieb ist.
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Die Fräsfläche des Fräswerkzeuges dient der Rekonturierung der Eintrittskante von Gasturbinenschaufeln und muss für die gewünschte spanende Bearbeitung mit dieser in Anlage gebracht werden. Das Fräswerkzeug kann aufgrund des Verschleißwerkstoffes des Reibkontaktringes zusätzlich auch mit dem Reibkontaktring an der Gasturbinenschaufel zur Anlage gebracht werden. Dadurch wird eine gewünschte Führung des Fräswerkzeuges entlang der Eintrittskante einer Gasturbinenschaufel erreicht.
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Da der Reibkontaktring aus einem Verschleißwerkstoff besteht, wird die Gasturbinenschaufel durch die Anlage des Reibkontaktrings nicht beschädigt. Es wird nämlich lediglich Material vom Reibkontaktring abgetragen, d. h. der Reibkontaktring wird verbraucht. Der Reibkontaktring besteht also vorzugsweise aus einem Werkstoff, der – wie oben beschrieben – gute Abriebseigenschaften zur Vermeidung von Beschädigungen an den Gasturbinenschaufeln aufweist. Allerdings sollte der Werkstoff gleichzeitig auch so widerstandsfähig sein, dass eine möglichst lange Lebensdauer des Reibkontaktringes erreicht wird.
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Der Reibkontaktring kann zumindest in dem Bereich, mit dem er an der Gasturbinenschaufel zur Anlage kommt, aus Epoxidharz oder Kunststoff gefertigt sein. Im Falle von Epoxidharz ist besonders das unter dem Namen Interfill® bekannte modifizierte Epoxidharz der Lufthansa Technik Intercoat GmbH bevorzugt. Dieser modifizierte Epoxidharz ist für die Luftfahrt zertifiziert und weist gute inhärente Schmiereigenschaften auf.
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Der Reibkontaktring kann direkt an das Fräswerkzeug angeformt sein. Ist der Reibkontaktring nach Verwendung der Vorrichtung durch Abrieb verbraucht, so kann das abgeriebene Material wieder erneuert werden. Es ist aber auch möglich, dass der Reibkontaktring lösbar mit dem Fräswerkzeug verbunden ist. Ist der Reibkontaktring dann durch Abrieb verbraucht, kann er einfach ausgetauscht werden.
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Grundsätzlich ist auch bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend einen Reibkontaktring, wie beschrieben, eine Kamera vorgesehen, die den Bearbeitungsbereich der Vorrichtung aufzeichnet, um die Verwendung der Vorrichtung bzw. die korrekte Führung der Vorrichtung entlang der Eintrittskante einer Gasturbinenschaufel besser überprüfen zu können. Allerdings kann die Führung der Vorrichtung durch den beschriebenen Reibkontaktring gegenüber dem Stand der Technik bereits so stark verbessert sein, dass auf die erfindungsgemäße Kamera verzichtet werden kann. Eine entsprechende Ausführungsform mit Reibkontaktring, jedoch ohne Kamera verdient ggf. gesonderten Schutz.
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Es ist bevorzugt, wenn die Kamera der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Endoskopkamera ist. Entsprechende Kameras bieten den Vorteil, dass der Kamerakopf besonders klein dimensioniert ist, was die Anordnung der Kamera in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht. Außerdem kann durch die Verwendung einer Endoskopkamera das Gewicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung klein gehalten werden, was die Benutzerfreundlichkeit erhöht.
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Weiterhin ist bevorzugt, wenn eine Beleuchtungsvorrichtung zur Ausleuchtung des durch die Kamera erfassten Bereiches vorgesehen ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass selbst bei ungünstigen Lichtverhältnissen die Kamera durchgehend ein gut ausgeleuchtetes Bild aufnimmt, anhand dessen ein Benutzer die erfindungsgemäße Vorrichtung führen kann. Die Beleuchtungsvorrichtung kann dabei lichtemittierende Dioden und/oder Lichtleiter umfassen.
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Das durch die Kamera aufgenommene Bild kann auf einem Monitor, der getrennt von der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist, angezeigt werden. Alternativ ist es möglich, dass an der Vorrichtung selbst eine Anzeigeeinheit zur Anzeige des von der Kamera aufgenommenen Bildes vorgesehen ist.
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Es ist bevorzugt, wenn das Fräswerkzeug profiliert und/oder austauschbar ist. Durch eine entsprechende Profilierung kann bei der Rekonturierung der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel eine bestimmte Kontur erreicht werden. Ist das Fräswerkzeug austauschbar, so können Fräswerkzeuge mit unterschiedlichem Profil für verschiedene Gasturbinenschaufeln und/oder für verschiedene Bereiche einzelner Gasturbinenschaufeln verwendet werden. Somit kann sichergestellt werden, dass für jede Gasturbinenschaufel eine optimierte Rekonturierung erreicht wird.
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Das Profil des Fräswerkzeuges kann vorzugsweise als umlaufende Nut mit rundem Nutgrund ausgebildet sein, wobei der Radius des Nutgrundes vorzugsweise 0,13 mm bis 0,23 mm, weiter vorzugsweise 0,18 mm, oder vorzugsweise 0,26 mm bis 0,46 mm, weiter vorzugsweise 0,36 mm beträgt. Erstgenannter Radiusbereich wird bspw. für den Bereich einer Gasturbinenschaufel von der Schaufelspitze bis zu einer Wirbelrippe eingesetzt, während letzterer vorzugsweise für den Bereich von Wirbelrippe bis zum Schaufelfuß oder bis zu dem Punkt 2/3 bis 3/4 der Schaufellänge ausgehend von der Schaufelspitze eingesetzt wird. Fräswerkzeuge mit unterschiedlichem Nutgrundradius können auch für beliebig gewählte Bereiche einer Gasturbinenschaufel eingesetzt werden. Dies gilt auch für Gasturbinenschaufeln, die keine Wirbelrippe aufweisen.
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Das Fräswerkzeug ist bevorzugt beschichtet. Die drehbaren Führungselemen bzw. die Führungsrollen sind bevorzugt aus Kunststoff gefertigt.
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Bevorzugt können außerdem eine Detektionseinheit zur Detektion der Oberflächenrauhigkeit der Eintrittskante im Bereich vor dem Fräswerkzeug in Bearbeitungsrichtung und eine damit verbundene Verstelleinheit zur automatischen Verstellung der Eingriffstiefe in Abhängigkeit der Oberflächenrauhigkeit vorgesehen sein. Durch eine entsprechende Kombination von Detektionseinheit und Verstelleinheit kann gewährleistet werden, dass ausreichende sparende Bearbeitung durchgeführt wird, um Erosionsschäden zu beseitigen, gleichzeitig jedoch nicht unnötig Material von der Gasturbinenschaufel abgetragen wird.
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Als Antrieb für das spanende Werkzeug kann bevorzugt ein pneumatischer Antrieb, bspw. ein Druckluftmotor, vorgesehen sein. Der pneumatische Antrieb setzt Luftdruck bzw. Luftströmung in Rotationsbewegung um. Ein entsprechender Antrieb kann gegenüber konventionellen Antrieben, wie bspw. Elektromotoren, leichter ausgestaltet sein und bietet so den Vorteil, dass die an der Gasturbinenschaufel entlangzuführende Vorrichtung leicht und gut handhabbar ausgestaltet werden kann.
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Die Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1a, b eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie II-II aus 1;
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3 eine beispielhafte Aufnahme der Kamera der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1;
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4 eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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5a, b Detailansichten zweier Varianten der Vorrichtung aus 4.
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In 1a, b ist eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Rekonturierung von Gasturbinenschaufeln 90 dargestellt. 1a zeigt dabei die Vorrichtung 1 in einem Zustand vor einer Rekonturierung einer Gasturbinenschaufel 90, während 1b die Vorrichtung 1 während der Rekonturierung einer Gasturbinenschaufel 90 zeigt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst ein Fräswerkzeug 10, mit dem die Eintrittskante 91 einer Gasturbinenschaufel 90 rekonturiert werden kann. Das Fräswerkzeug 10 weist dazu eine umlaufende Nut 11 auf, in der die Eintrittskante 91 der Gasturbinenschaufeln 90 aufgenommen werden kann. Das Fräswerkzeug 10 ist so orientiert, dass die Achse des Fräswerkzeuges 10 senkrecht zur Eintrittskante 91 der Gasturbinenschaufeln 90 liegt. Das Fräswerkzeug 10 wird durch eine Antriebseinheit 2 angetrieben, so dass eine spanende Bearbeitung durch das Fräswerkzeug 10 möglich ist.
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Anstelle eines Fräswerkzeuges 10 kann auch ein Schleifwerkzeug vorgesehen sein. Die Antriebseinheit 2 kann ein Elektromotor oder ein pneumatischer Antrieb, bspw. ein Druckluftmotor, sein.
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Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Führungsvorrichtung 20 mit Führungsrollen, durch die das Fräswerkzeug 10 mit einer vorgegebenen Eingriffstiefe entlang der Eintrittskante 91 einer Gasturbinenschaufel 90 in einer Bearbeitungsrichtung, die in 2 durch den Pfeil 80 angedeutet ist, geführt werden kann. Die Führungsvorrichtung 20 umfasst dabei zwei Eintrittskantenführungsrollen 21', 21'', sowie zwei seitliche Führungsrollen 22', 22''.
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Von den Eintrittskantenführungsrollen 21', 21'' ist die eine 21' in Bearbeitungsrichtung 80 vor dem Fräswerkzeug 10 angeordnet, die andere 21'' in Bearbeitungsrichtung 80 hinter dem Fräswerkzeug 10. Durch die beiden Eintrittskantenführungsrollen 21', 21'', die zum Abrollen auf der Eintrittskante 91 einer Gasturbinenschaufel 90 ausgebildet sind, wird eine Rollebene 81 definiert. Die Eingriffstiefe 82 des Fräswerkzeuges 10 bestimmt sich aus dem Überstand des Fräswerkzeuges 10 über der Rollebene 81.
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Um die Eingriffstiefe 82 des Fräswerkzeuges 10 einstellbar zu gestalten, sind die Eingriffskantenführungsrollen 21', 21'' durch einstellbare Lager 23 in Richtung senkrecht zur Rollebene 81 verstellbar. Dadurch lässt sich der Überstand des Fräswerkzeuges 10 einstellen, womit auch die Eingriffstiefe 82 variiert werden kann.
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Die Eintrittskantenführungsrollen 21', 21'' weisen jeweils eine umlaufende Nut 24 auf, die zur Aufnahme der Eintrittskante 91 einer Gasturbinenschaufel 90 ausgebildet ist. Durch die umlaufende Nut 24 wird eine seitliche Führung der Vorrichtung 1 gegenüber der Gasturbinenschaufeln 90 erreicht.
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Als Führungsrollen sind weiterhin noch zwei seitliche Führungsrollen 22', 22'' vorgesehen. Diese seitlichen Führungsrollen 22', 22'' sind zum Abrollen auf der Profilfläche 92 der Gasturbinenschaufel 90 vorgesehen. Durch die seitliche Führungsrollen 22', 22'' wird der Winkel, mit dem das Fräswerkzeug 10 gegenüber der Eintrittskante 91 geführt wird, definiert. Die Achsen der seitlichen Führungsrollen 22', 22'' schneiden sich mit der Achse des Fräswerkzeuges 10. Dadurch wird sichergestellt, dass die Vorrichtung 1 auch bei dreidimensionalen Profilen der Gasturbinenschaufeln 90 nicht verkeilen oder verklemmen kann. Die seitlichen Führungsrollen 22', 22'' sind außerdem federnd gelagert, um so gegebenenfalls veränderlichen Profildicken in dem Bereich, in dem sie auf der Profilfläche 92 abrollen, ausgleichen zu können. Die seitlichen Führungsrollen 22', 22'' können also in eine Richtung senkrecht zur Profilfläche 92 nachgeben.
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Die eine seitliche Führungsrolle 22'' ist außerdem an einer Baugruppe 3 befestigt, die gegenüber den übrigen Komponenten der Vorrichtung 1, wie z. B. dem Fräswerkzeug 10, den Eintrittskantenführungsrollen 21', 21'' und dem Elektromotor 2, in Richtung der Achse des Fräswerkzeuges 10 verschiebbar ist. Diese Baugruppe 3 ist dabei durch Führungsstifte 26 und die Achsen der Eintrittskantenführungsrollen 21', 21'', die alle parallel zur Achse der Führungsrolle 10 verlaufen, gelagert. Des Weiteren ist ein Schnellspanner 4 vorgesehen, mit dem die Baugruppe 3 zwischen zwei Endpositionen hin und her bewegt werden kann. In 1a ist eine erste Endposition der Baugruppe 3 dargestellt, nämlich die Endposition, bei der die Baugruppe 3 entfernt von dem Fräswerkzeug 10 angeordnet ist. 1b zeigt die Endposition, bei der die Baugruppe 3 nahe dem Fräswerkzeug 10 angeordnet ist. Der Schnellspanner 4 ist so ausgebildet, dass die Baugruppe 3 zumindest in der in 1b dargestellten Position gegen ungewolltes Verschieben gesichert wird.
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Indem die Baugruppe 3 und damit eine der beiden seitlichen Führungsrollen 22'' wie beschrieben verschiebbar ist, lässt sich der Abstand zwischen den beiden Führungsrollen 22', 22'' variieren. Dies bietet den Vorteil, dass die Vorrichtung 1 einfach auf die Eintrittskante einer Gasturbinenschaufel 90 aufgesetzt werden kann, bevor der vorgenannte Abstand so verkleinert wird, dass beide seitlichen Führungsrollen 22', 22'' in Kontakt mit der Profilfläche 92 der Gasturbinenschaufel 90 gebracht werden, um so die gewünschte Führung der Vorrichtung zu gewährleisten.
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Durch die Eingriffskantenführungsrollen 21', 21'' sowie die seitlichen Führungsrollen 22', 22'' wird eine genaue und sichere Führung des Fräswerkzeuges 10 entlang der Eintrittskante 92 der Gasturbinenschaufel 90 gewährleistet. Durch die Einstellbarkeit der Eingriffstiefe 82 ist außerdem ein hohes Maß an Flexibilität bei der Verwendung der Vorrichtung 1 gegeben.
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Bei der in 1a, 1b und 2 dargestellten Vorrichtungen 1 ist außerdem das Fräswerkzeug 10 austauschbar. Es ist daher möglich, Fräswerkzeuge 10 mit unterschiedlicher Profilierung, d. h. unterschiedlich ausgebildeter Nut 11, zu verwenden, um so die Vorrichtung 1 mit verschiedenen Gebläseschaufeltypen einsetzen zu können. Die umlaufende Nut 11 kann beispielsweise einen runden Nutgrund aufweisen, wobei der Radius des Nutgrundes 0,13 mm bis 0,23 mm, vorzugsweise 0,18 mm beträgt. Bei einem anderen Fräswerkzeug 10 kann der Radius des Nutgrundes 0,26 mm bis 0,46 mm, vorzugsweise 0,36 mm betragen. Es ist auch möglich, unterschiedliche Fräswerkzeuge 10 für unterschiedliche Bereiche einer und derselben Gasturbinenschaufel 90 zu verwenden.
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Um die Verwendungssicherheit der Vorrichtung 1 weiter zu verbessern, ist eine Kamera 30 vorgesehen, die jeweils einen Teil des Fräswerkzeuges 10 und eines in Bearbeitungsrichtung vor dem Fräswerkzeug 10 liegenden Teils der Eintrittskante 91 der Gasturbinenschaufel 90 aufnimmt. Das von der Kamera 30 aufgenommene Bild wird auf dem Monitor 31 zur Anzeige gebracht. In der Kamera 30 ist darüber hinaus noch eine Beleuchtungsvorrichtung aus LEDs vorgesehen, die den von der Kamera 30 aufgenommenen Bildbereich ausleuchtet. Ein beispielhafter Bildbereich, wie er von der Kamera 30 aufgenommen wird, ist in 3 dargestellt.
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Über das auf dem Monitor 31 ausgegebene Bild kann der Nutzer der Vorrichtung 1 überprüfen, dass das Fräswerkzeug 10 richtig an der Eintrittskante 91 der Gasturbinenschaufel 90 entlang geführt wird. Es wird somit verhindert, dass der Nutzer die Vorrichtung 1 aufgrund schlechter Lichtverhältnisse oder ungünstiger Blickwinkel „blind” entlang der Eintrittskante 91 der Gasturbinenschaufel 90 führen muss.
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Die Kombination aus der vorbeschriebenen Führungsvorrichtung 20 und der Kamera 30 ermöglicht es, die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Rekonturierung von Gasturbinenschaufeln an Gasturbinenschaufeln auch im eingebauten Zustand zu verwenden.
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In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Rekonturierung von Gasturbinenschaufeln 90 dargestellt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst ein Fräswerkzeug 10, mit dem die Eintrittskante 91 einer Gasturbinenschaufel 90 rekonturiert werden kann. Das Fräswerkzeug 10 weist eine umlaufende Nut 11 auf und wird von einer Antriebseinheit 2 angetrieben. Bei der Antriebseinheit 2 kann es sich um einen Elektromotor handeln. Es ist aber auch möglich, dass der Antrieb des Fräswerkzeuges 10 als pneumatische Antrieb, bspw. als Druckluftmotor, ausgestaltet ist.
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Wird das Fräswerkzeug 10 mit der umlaufenden Nut 11 so auf die Eintrittskante 91 einer Gasturbinenschaufel 90 aufgesetzt, so dass die Achse des Fräswerkzeuges 10 senkrecht zur Eintrittskante 91 der Gasturbinenschaufel 90 liegt, kann die Eintrittskante 91 rekonturiert werden.
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Zur sicheren Führung der Vorrichtung 1 entlang der Eintrittskante 91 einer Gasturbinenschaufel 90 weist das Fräswerkzeug 10 einen Reibkontaktring 100 auf, wobei der Reibkontaktring 100 die eine Seitenwand der Nut 11 bildet. Der Reibkontaktring 100 ist aus Interfill®, einem Verschleißwerkstoff, gefertigt. Der Reibkontaktring 100 ist dabei gegenüber dem Material des Fräswerkzeuges 10 deutlich weniger widerstandsfähig gegen Reibabrieb. In der Folge wird die zur Bearbeitung in die Nut 11 eingeführte Eintrittskante 91 der Gasturbinenschaufel 90 nur in den Bereichen spanend bearbeitet, in denen sie direkt mit dem Material des Fräswerkzeuges 10 in Kontakt kommt (der sog. Fräsfläche 101), während der Kontakt mit dem Reibkontaktring 100 keine spanende Bearbeitung zur Folge hat. Vielmehr wird der Reibkontaktring 100 bei Kontakt mit der Eintrittskante 91 der Gasturbinenschaufel 90 abgetragen bzw. „verbraucht”.
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Der Reibkontaktring 100 hat, wie dargelegt, keine formgebende Wirkung auf eine in die Nut 11 eingeführte Eintrittkante 91 einer Gasturbinenschaufel 90. Allerdings ist sie für die exakte Führung der Vorrichtung 1 entlang der Eintrittkante 91 einer Gasturbinenschaufel 90 vorteilhaft. Indem der Kontakt der Vorrichtung 1 mit der Eintrittkante 91 der Gasturbinenschaufel 90 durch den Reibkontaktring 100 über die für die spanende Bearbeitung genutzte Fräsfläche 101 hinausgeht, wird die Führung der Vorrichtung 1 deutlich verbessert. Da der Reibkontaktring 100 aus einem Verschleißmaterial ist, wird eine ungewollte Formgebung der Eintrittkante 91 vermieden.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel aus 1 bis 3 ist auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 eine Kamera 30 vorgesehen, die jeweils einen Teil des Fräswerkzeuges 10 und eines in Bearbeitungsrichtung vor dem Fräswerkzeug 10 liegenden Teils der Eintrittskante 91 aufnimmt. Über das aufgenommene Bild kann überprüft werden, dass das Fräswerkzeug 10 richtig an der Eintrittskante 91 der Gasturbinenschaufel 90 entlang geführt wird. Die Führung durch den Reibkontaktring 100 bei der Vorrichtung 1 gemäß 4 kann aber ggf. auch in einem solchen Maße erfolgen, dass auf die Kamera 30, die zur Überprüfung der korrekten Führung der Vorrichtung entlang der Eintrittskante 91 vorgesehen ist, verzichtet werden kann.
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Der Reibkontaktring 100 kann, wie in 5a dargestellt, an das Fräswerkzeug 10 angeformt sein. Beispielsweise kann dazu im Fräswerkzeug 10 eine umlaufende Einbuchtung vorgesehen sein, die mit dem Verbrauchsmaterial des Reibkontaktrings 100 aufgefüllt ist. Ist der Reibkontaktring 100 verbraucht, kann die Einbuchtung erneut mit Verbrauchsmaterial aufgefüllt werden, sodass der Reibkontaktring 100 wiederhergestellt wird und das Fräswerkzeug 1 weiter zur Rekonturierung der Eintrittskanten von Gasturbinenschaufeln verwendet werden kann. Alternativ dazu ist es möglich, den Reibkontaktring 100 als separates Bauteil auszuführen, welches zwischen die beiden Teile eines zweiteiligen Fräswerkzeuges 10 geklemmt wird (vgl. Explosionszeichnung 5b). Die beiden Teile des Fräswerkzeuges 10 sind durch Schrauben (angedeutet durch Achsen 102) lösbar miteinander verbunden. Ist der Reibkontaktring 100 verbraucht, so kann er gegen einen neuen, unverbrauchten Reibkontaktring 100 ausgetauscht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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