DE102013107497A1

DE102013107497A1 - Vorrichtung zur nicht-abrasiven Randschichtbearbeitung eines Bauteils in einem Behälter

Info

Publication number: DE102013107497A1
Application number: DE102013107497.9A
Authority: DE
Inventors: Goetz Feldmann
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2033-07-16
Also published as: DE102013107497B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur nicht-abrasiven Randschichtbearbeitung eines Bauteils (3) in einem Behälter (11) vorgeschlagen, wobei das Bauteil (3) um eine Achse (25) gegenüber dem Behälter (11) drehbar gelagert ist und zumindest bereichsweise in einem zur Einbringung von Druckeigenspannungen in eine Randschicht des Bauteils (3) und zur Reduzierung einer Rauheit einer Bauteiloberfläche des Bauteils (3) vorgesehenen und in dem Behälter (11) befindlichen Bearbeitungsmittel (13) angeordnet ist. Es ist wenigstens eine Anregungseinrichtung (39) vorgesehen ist, mittels welcher nicht-abrasive Bearbeitungskörper (33) des Bearbeitungsmittels (13) zur Bearbeitung des Bauteils (3) in Bewegung versetzbar sind. Das Bauteil (3) ist relativ zu dem Behälter (11) derart positioniert, dass bei sich in einer Bearbeitungsposition befindlichem Bauteil (3) zwischen einem zu bearbeitenden Bereich (34) des Bauteils (3) und einer dem Bauteil (3) zugewandten Oberfläche (29) des Behälters (11) ein orthogonal zu der Achse (25) vorliegender Abstand (A) vorgesehen ist, welcher kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers (33) des Bearbeitungsmittels (13) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur nicht-abrasiven Randschichtbearbeitung eines Bauteils in einem Behälter gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der DE 10 2009 021 582 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, mittels welcher eine Oberfläche von metallischen Bauteilen, insbesondere von Rotoren bzw. Rotortrommeln mit integraler Beschaufelung für Flugzeugtriebwerke verfestigt und geglättet wird. Ein metallisches Bauteil wird hierzu in einem mit Verfestigungskörpern gefüllten und eine Rüttelbewegung ausführenden Aufnahmebehälter angeordnet und durch eine Relativbewegung zwischen einer Bauteiloberfläche und den Verfestigungskörpern in einem Arbeitsschritt verfestigt und geglättet.
Das Bauteil wird mittels einer Vorrichtung im Inneren des Aufnahmebehälters bzw. des Behältnisses mit im Wesentlichen vertikaler Ausrichtung befestigt, wobei nach einem Befüllen des Behältnisses bzw. des Troges mit einem Bearbeitungsmittel das zu bearbeitende Werkstück und das Behältnis gemeinsam über einen exzentrisch gelagerten Antrieb in Schwingung versetzt werden. Hierdurch werden das in einem vom Behältnis und dem zu bearbeitenden Bauteil begrenzten Zwischenraum angeordnete Bearbeitungsmittel bzw. die darin angeordneten Bearbeitungskörper bewegt. Durch eine dabei erzeugte Relativbewegung zwischen der Oberfläche des Rotorbereiches und den Bearbeitungskörpern wirken die Bearbeitungskörper kontinuierlich auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Bauteiles ein, so dass in eine Randschicht des Bauteils Druckeigenspannungen eingebracht werden und gleichzeitig eine Rauheit der Oberfläche des Bauteils reduziert wird.
Aus der DE 10 2011 007 705 A1 ist eine im Wesentlichen vergleichbare Vorrichtung bekannt, bei welcher das zu bearbeitende Bauteil mit einer horizontalen Ausrichtung in dem Behälter angeordnet ist.
Nachteilhafterweise kann es bei derartigen Vorrichtungen vorkommen, dass Druckeigenspannungen nicht in gewünschtem Umfang in eine Randschicht eines zu bearbeitenden Bereichs des Bauteils eingebracht werden und gegebenenfalls eine Rauheit einer Oberfläche des zu bearbeitenden Bereichs nicht in gewünschtem Umfang einstellbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur nicht-abrasiven Randschichtbearbeitung eines Bauteils in einem Behälter der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mittels welcher ein Bearbeitungsergebnis auf einfache Art gegenüber bekannten Vorrichtungen verbessert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Es wird eine Vorrichtung zur nicht-abrasiven Randschichtbearbeitung eines Bauteils in einem Behälter vorgeschlagen, wobei das Bauteil um eine Achse gegenüber dem Behälter drehbar gelagert ist und zumindest bereichsweise in einem zur Einbringung von Druckeigenspannungen in eine Randschicht des Bauteils und zur Reduzierung einer Rauheit einer Bauteiloberfläche des Bauteils vorgesehenen und in dem Behälter befindlichen Bearbeitungsmittel angeordnet ist, und wobei wenigstens eine Anregungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher nicht-abrasive Bearbeitungskörper des Bearbeitungsmittels zur Bearbeitung des Bauteils in Bewegung versetzbar sind. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Bauteil relativ zu dem Behälter derart positioniert ist, dass bei sich in einer Bearbeitungsposition befindlichem Bauteil zwischen einem zu bearbeitenden Bereich des Bauteils und einer dem Bauteil zugewandten Oberfläche des Behälters ein orthogonal zu der Achse vorliegender Abstand vorgesehen ist, welcher kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers des Bearbeitungsmittels ist.
Durch die Begrenzung des beschriebenen Abstands wird zumindest in dem Bereich des Bauteils ein verbessertes Bearbeitungsergebnis während der Bearbeitung erzielt, in welchem der beschriebene Abstand vorliegt. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass eine Bewegung der frei beweglichen Bearbeitungskörper, beispielsweise eine Schwingung oder Vibration der Bearbeitungskörper, in zu Wänden des Behälters benachbarten Bereichen des Bearbeitungsmittels größer als in wandfernen Bereichen ist. Durch die Anordnung des zu bearbeitenden Bereichs des Bauteils in einem derartigen wandnahen Bereich des Bearbeitungsmittels weisen die jeweiligen Bearbeitungskörper durch die großen Relativbewegungen hohe kinetische Energien auf, durch welche in eine Randschicht des zu bearbeitenden Bereichs des Bauteils Druckeigenspannungen besonders gut eingebracht werden können und ein Bearbeitungsergebnis hierdurch gegenüber Ausführungen mit einem großen Abstand zwischen dem Behälter und dem Bauteil verbessert ist. Zudem ist durch den geringen Abstand eine in dem Behälter zur Bearbeitung erforderliche Menge an Bearbeitungsmittel gegenüber bekannten Vorrichtungen reduziert, so dass eine Trägheit des Bearbeitungsmittels gegenüber Ausführungen mit großen Mengen an Bearbeitungsmittel reduziert ist. Auch durch eine reduzierte Trägheit des Bearbeitungsmittels wird eine Einbringung von Druckeigenspannungen in das Bauteil verbessert.
Unter nicht-abrasiven Bearbeitungskörpern wird hier verstanden, dass ein Abrieb der Bearbeitungskörper während der Bearbeitung nicht erwünscht ist und nahezu ausgeschlossen ist. Die Bearbeitungskörper sind hierzu insbesondere dimensionsfest und geometrisch stabil ausgeführt. Um lediglich eine nicht-abrasive Bearbeitung zu erzielen, weisen die insbesondere metallischen oder keramischen Bearbeitungskörper vorzugsweise eine Dichte größer 5 kg/dm³, insbesondere eine Dichte größer 7 kg/dm³, beispielsweise zwischen etwa 7,8 kg/dm³ und 7,9 kg/dm³, auf. Bei einer entsprechend hohen Dichte können Druckeigenspannungen besonders gut in eine Randschicht des zu bearbeitenden Bereichs eingebracht werden. Zusätzlich zu der großen Dichte weisen die Bearbeitungskörper vorzugsweise eine möglichst große Härte auf, welche minimal etwa 90 einer Härte des zu bearbeitenden Materials beträgt, aber vorzugsweise deutlich größer als die Härte des zu bearbeitenden Materials ist. Je größer die Härte der Bearbeitungskörper relativ zu der Härte des zu bearbeitenden Materials ist, in desto weiter von einer Oberfläche des zu bearbeitenden Bereichs entfernte Bereiche, d. h. umso tiefer in dem zu bearbeitenden Bereich, können Druckeigenspannungen induziert werden. Zudem verschiebt sich das Verhältnis aus eingebrachten elastischen Verformungen gegenüber eingebrachten plastischen Verformungen während der Bearbeitung bei härteren eingesetzten Bearbeitungskörpern weiter in Richtung der gewünschten plastischen Verformungen in dem zu bearbeitenden Bereich.
Das zur Bearbeitung des Bauteils in dem Behälter angeordnete Bearbeitungsmittel kann verschiedene Formen und/oder Größen von Bearbeitungskörpern aufweisen, wobei die Bearbeitungskörper beispielsweise kugelförmig, zylinderförmig, linsenförmig, diskusförmig, satellitenförmig, d. h. im Querschnitt der Form des Planeten Saturn nachempfunden, oder dergleichen ausgebildet sein können. Insbesondere wird eine einzige Art an Bearbeitungskörpern eingesetzt, es können aber auch eine Vielzahl von jeweils verschiedartigen Bearbeitungskörpern zum Einsatz kommen. Insbesondere ist der Abstand kleiner oder gleich 140 mm. Wenn zur Bearbeitung des Bauteils eine Vielzahl von satellitenförmigen Bearbeitungskörpern eingesetzt werden, welche beispielsweise einen kleinsten Durchmesser im Bereich von 5 mm und einen größten Durchmesser im Bereich von 7 mm aufweisen, ist der erfindungsgemäße Abstand kleiner als 140 mm.
Um ein Bearbeitungsergebnis weiter zu verbessern, kann es vorgesehen sein, dass der jeweilige Abstand zwischen dem Behälter und dem Bauteil zusätzlich abhängig von einer verwendeten Anregung des Behälters, insbesondere einer Amplitude einer aufgeprägten Schwingung, gewählt wird.
Das zu bearbeitende Bauteil ist vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt und stellt insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine dar. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können allerdings auch nicht-rotationssymmetrisch ausgeführte Bauteile, wie beispielsweise Einzelschaufeln von Rotoren, bearbeitet werden. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung jedoch zur Bearbeitung von rotationssymmetrischen Rotor- oder Statorbauteilen. Es können beispielsweise Einzelscheiben von Turbinen oder Verdichtern, konventionelle Verdichter- bzw. Turbinentrommeln oder Verdichter- bzw. Turbinentrommeln in Blisk-Bauweise oder Lüfterschaufeln bzw. fan blades bearbeitet werden. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn bei einer Drehung des Bauteils um die Achse der Abstand zwischen dem Bauteil und dem Behälter für verschiedene Bereiche des Bauteils, insbesondere ein Abstand zwischen Schaufelspitzen von Schaufeln einer Rotorvorrichtung und einer diesen zugewandten Oberfläche des Behälters, im oben genannten Bereich liegt, so dass sämtliche dieser Bereiche besonders gut bearbeitet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Behälter bei zur Bearbeitung im Bereich des Behälters angeordnetem Bauteil zumindest bereichsweise wenigstens annähernd konzentrisch zu der Achse des Bauteils ausgeführt sein. Bei im Wesentlichen rotationssymmetrischen Bauteilen ist bei einer Drehung des Bauteils um die Achse ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen einer insbesondere von Schaufelspitzen einer Rotorvorrichtung gebildeten Hüllkurve des zu bearbeitenden Bereiches des Bauteils in Umfangsrichtung der Achse und dem Wandbereich des Behälters erzielt, so dass eine gleichmäßige Bearbeitung des Bauteils in diesen Bereichen, beispielsweise von Schaufeln einer Stufe einer Rotorvorrichtung, erzielt wird. Der Abstand zwischen dem Behälter und dem zu bearbeitenden Bereich des Bauteils in radialer Richtung ist kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers des Bearbeitungsmittels.
Wenn der Behälter des Bauteils derart ausgeführt ist, dass ein orthogonal zu der Achse vorliegender Abstand zwischen einer insbesondere von Schaufelspitzen von Schaufeln verschiedener Stufen einer Rotorvorrichtung gebildeten Hüllkurve des zu bearbeitenden Bereichs des Bauteils in Achsrichtung und einer dem Bauteil zugewandten Oberfläche des Behälters in jedem Punkt kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers des Bearbeitungsmittels ist, kann eine besonders gleichmäßige Bearbeitung des gesamten zu bearbeitenden Bereichs des Bauteils erzielt werden, insbesondere, wenn der Abstand in Achsrichtung im Wesentlichen konstant ist. Bei einem als Rotorvorrichtung ausgeführten Bauteil können hierdurch verschiedene Stufen der Rotorvorrichtung sehr gleichmäßig bearbeitet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann ein in Richtung der Achse vorliegender Abstand zwischen dem zu bearbeitenden Bereich des Bauteils, insbesondere einer Stirnfläche des Bauteils, und einer dem Bauteil zugewandten Oberfläche des Behälters kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers des Bearbeitungsmittels sein. Auch in diesen Bereichen des Bauteils kann hierdurch ein gutes Bearbeitungsergebnis erzielt werden.
Um auch ein verbessertes Bearbeitungsergebnis von in Umfangsrichtung weisenden Flächen von Schaufeln einer Rotorvorrichtung zu erzielen, kann bei einem als Rotorvorrichtung mit einem Scheibenrad und umlaufend vorgesehenen Schaufeln ausgeführten Bauteil in einen Raum zwischen wenigstens zwei in Umfangsrichtung benachbarten Schaufeln einer Stufe der Rotorvorrichtung zumindest bereichsweise eine Einrichtung ragen, so dass ein zwischen der jeweiligen Schaufel und der Einrichtung vorliegender Abstand jeweils kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers des Bearbeitungsmittels ist. Die Einrichtung kann dabei einen insbesondere ringförmigen und umlaufend um eine oder mehrere Stufen der Rotorvorrichtung angeordneten Bereich aufweisen, mit dem in insbesondere sämtliche Zwischenräume der Schaufeln hineinragende Bereiche integral ausgebildet sind. Die Einrichtung ist insbesondere mit einer Welle, auf der die Rotorvorrichtung angeordnet ist, verbunden.
Wenn das Bauteil als Rotorvorrichtung mit mehreren Stufen ausgebildet ist und in axialer Richtung der Achse betrachtet, zwischen Schaufeln von zwei benachbarten Stufen der Rotorvorrichtung wenigstens eine Einrichtung hineinragt, so dass ein in axialer Richtung der Achse zwischen den Schaufeln der jeweiligen Stufe und der Einrichtung vorliegender Abstand jeweils kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers des Bearbeitungsmittels ist, kann ein Bearbeitungsergebnis in diesen Bereichen verbessert werden. Eine Form der den Stufen zugewandten Oberfläche der Einrichtung ist dabei insbesondere einer Form von einer der Einrichtung zugewandten Oberfläche der jeweiligen Stufe nachgebildet, so dass der Abstand im Wesentlichen konstant ist.
Es hat sich gezeigt, dass ein besonders gutes Bearbeitungsergebnis mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt werden kann, wenn einer oder insbesondere alle oben näher bezeichneten Abstände zwischen dem Bauteil und der dem Bauteil zugewandten Oberfläche des Behälters bzw. der Einrichtung zwischen fünf und zehn Mal einem Durchmesser von Bearbeitungskörpern des Bearbeitungsmittels betragen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die einzelnen Abstände jeweils nicht konstant sind, sondern im Rahmen des oben beschriebenen Abstandes variieren.
Die Achse des Bauteils kann während der Bearbeitung des Bauteils im Wesentlichen horizontal oder im Wesentlichen vertikal angeordnet sein, wobei die Achse prinzipiell auch jede Zwischenstellung zwischen einer horizontalen und einer vertikalen Ausrichtung einnehmen kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass wenigstens ein Bereich einer Wand des Behälters relativ zu weiteren Wandbereichen des Behälters bewegbar ist, so dass ein zur Aufnahme des Bearbeitungsmittels vorgesehenes Volumen des Behälters variierbar ist. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, dass für die Bearbeitung von verschiedenartigen Bauteilen zumindest im Bereich der wenigstens einen bewegbaren Wand ein Abstand zwischen dem jeweiligen Bereich der Wand und dem Bauteil einstellbar ist und der Abstand für die Bearbeitung von verschiedenartig ausgeführten Bauteilen in der oben näher beschriebenen Weise gewählt werden kann. Eine derartige Vorrichtung ist einfach und schnell zur Bearbeitung von Bauteilen mit verschiedenen Außenkonturen umrüstbar, so dass auch bei der Bearbeitung verschiedenartiger Bauteile eine hohe Auslastung der Vorrichtung erzielt werden kann. Im Prinzip können mit einer derartig ausgeführten Vorrichtung Bauteile mit den verschiedensten Abmessungen bearbeitet werden, wenn die Vorrichtung bezüglich ihrer Innendimensionen auf die größten zu bearbeitenden Bauteile ausgelegt ist und mittels des wenigstens einen bewegbaren Bereichs einer Wand des Behälters an kleiner dimensionierte Bauteile angepasst wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Wand des Behälters mehrere insbesondere unabhängig voneinander bewegbare Bereiche aufweist. Hierdurch kann auch eine Kontur der Wand an eine der Wand zugewandte Kontur des Bauteils angepasst werden und ein über große Bereiche nahezu konstanter Abstand zwischen der jeweiligen Wand und dem Bauteil erzielt werden. Dies kann sich vorteilhaft auf das zu erzielende Bearbeitungsergebnis auswirken. Je kleiner die einzelnen Bereiche und je größer die Anzahl der Bereiche der Wand sind, desto genauer kann die Wand an eine den Bereichen der Wand zugewandte Kontur des jeweils zu bearbeitenden Bauteils angepasst werden. Wenn mehrere, insbesondere sämtliche Wände des Behälters mit einer Vielzahl von unabhängig voneinander bewegbaren Einzelbereichen ausgebildet sind, ist der Behälter an eine gesamte dem Behälter zugewandte Oberfläche des Bauteils besonders gut anpassbar.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann der Behälter wenigstens eine Volumeneinrichtung aufweisen, mittels welcher ein zur Aufnahme des Bearbeitungsmittels vorgesehenes Volumen des Behälters gegenüber einem Zustand ohne die wenigstens eine Volumeneinrichtung reduziert ist. Durch die wenigstens eine Volumeneinrichtung kann die Vorrichtung zur Bearbeitung verschiedenartiger Bauteile ausgeführt werden, wobei ein Abstand zwischen einer dem jeweiligen Bauteil zugewandten Oberfläche der Volumeneinrichtung bzw. des Behälters und dem jeweiligen Bauteil in gewünschtem Maße einstellbar ist. Hierdurch kann zusätzlich eine zur Befüllung des Behälters benötigte Menge an Bearbeitungsmittel auf die jeweiligen Bauteildimensionen des aktuell zu bearbeitenden Bauteils abgestimmt werden. Die Volumeneinrichtung bzw. der Einsatz kann auf einfache und schnelle Weise von dem Behälter gelöst werden und durch eine andere Volumeneinrichtung ersetzt werden, so dass die Vorrichtung zur Bearbeitung von verschieden geformten Bauteilen schnell umrüstbar ist. Vorzugsweise wird die Vorrichtung bezüglich ihrer Innendimensionen auf die größten zu bearbeitenden Bauteile ausgelegt und kann durch Vorsehen von Volumeneinrichtungen an kleiner dimensionierte Bauteile angepasst werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist wenigstens eine sich zumindest bereichsweise im Wesentlichen orthogonal zu der Achse erstreckende Trenneinrichtung vorgesehen, mittels welcher ein Innenraum des Behälters derart in verschiedene, zumindest bereichsweise voneinander getrennte Bereiche geteilt ist, dass verschiedene Bereiche des Bauteils verschiedenen Bereichen des Behälters zugeordnet sind. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine voneinander abweichende Bearbeitung von verschiedenen Bereichen des Bauteils möglich, wodurch eine Bearbeitung von mit verschiedenen Materialien ausgeführten Bauteilen teilweise erst ermöglicht wird. Die wenigstens eine Trenneinrichtung kann hierbei sowohl mit einer Wand des Behälters als auch mit einer Volumeneinrichtung verbunden sein. Eine Abtrennung der Bereiche des Innenraums durch die jeweilige Trenneinrichtung wird insbesondere dadurch geschaffen, dass die jeweilige Trenneinrichtung mit ihrer einer entsprechenden Wandung des Behälters zugewandten Oberfläche der entsprechenden Wandung des Behälters nachgebildet ist, so dass ein Durchtritt eines Bearbeitungsmittels bzw. von Bearbeitungskörpern eines Bereichs in einen benachbarten Bereich unterbunden ist. Zur Bearbeitung des Bauteils kann es vorgesehen sein, dass lediglich in einem Bereich ein Bearbeitungsmittel angeordnet ist, so dass ein einzelner Bereich des Bauteils unabhängig von anderen Bereichen des Bauteils bearbeitet werden kann. Dies kann beispielsweise bei der Reparatur von Bauteilen vorteilhaft sein. Insbesondere können in verschiedenen Bereichen verschiedenartige Bearbeitungsmittel angeordnet werden, so dass die mit den jeweiligen Bereichen des Behälters zusammenwirkenden Bereiche des Bauteils auf unterschiedliche Weise bearbeitet werden können. Es kann auch das gleiche Bearbeitungsmittel in benachbarten Bereichen angeordnet werden, wobei sich beispielsweise eine Schüttguthöhe des jeweiligen Bearbeitungsmittels voneinander unterscheiden kann. In benachbarten Bereichen des Behälters kann ein Bearbeitungsmittel mit gleichartigen Bearbeitungskörpern oder unterschiedlichen Bearbeitungskörpern vorgesehen sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Behälter gegenüber einer Referenzeinrichtung beweglich gelagert ist, wobei der Behälter über wenigstens eine Anregungseinrichtung gegenüber der Referenzeinrichtung in Bewegung, beispielsweise in Schwingung, Vibration oder eine Rüttelbewegung versetzbar ist und der Behälter über wenigstens eine Anregungseinrichtung mit der Referenzeinrichtung verbindbar ist, wobei die Anregungseinrichtung zur Bewegung des Behälters gegenüber der Referenzeinrichtung in zumindest einer Richtung ausgeführt ist. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, dass über die wenigstens eine mit der Referenzeinrichtung verbindbare Anregungseinrichtung dem Behälter über die im Gegensatz zu einem Unwuchtmotor direkte Koppelung an eine insbesondere ortsfeste Einrichtung, welche beispielsweise eine mit einem Hallenboden verbindbare Maschinenbasis oder der Hallenboden selbst ist, eine gewünschte dem Behälter zur Bearbeitung eines Bauteils vorgegebene Bewegung auch bei verschiedenartigen Bauteilen und/oder sich ändernden Rahmenbedingungen auf einfache Weise direkt aufgeprägt werden kann. Da die wenigstens eine Referenzeinrichtung eine Bewegung des Behälters direkt vorgeben kann, können variierende Rahmenbedingungen wie beispielsweise die Bearbeitung eines andersartigen Bauteils, die Verwendung eines eine andere Zusammensetzung aufweisenden Bearbeitungsmittels oder die Verwendung einer anderen Menge an Bearbeitungsmittel auf einfache Weise über eine entsprechende Betätigung der wenigstens einen Anregungseinrichtung ausgeglichen werden. Hierdurch kann ein vorgegebenes Bewegungsmuster auch bei variierenden äußeren Rahmenbedingungen sehr genau eingehalten werden, wodurch ein Bearbeitungsergebnis eines zu bearbeitenden Bauteils gegenüber mit Unwuchtmotoren ausgeführten Vorrichtungen durch eine größere Gleichmäßigkeit der Anregung verbessert werden kann. Dies kann insbesondere bei der Bearbeitung von sicherheitskritischen Bauteilen sehr vorteilhaft sein. Neben einachsig wirkenden bzw. bewegbaren Anregungseinrichtungen können auch mehrachsig wirkende bzw. bewegbare Anregungseinrichtungen bzw. Aktuatoren eingesetzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die wenigstens eine Anregungseinrichtung als Aktuator, insbesondere pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Aktuator ausgeführt sein, mittels welchem insbesondere eine Bewegung des Behälters in einer Richtung bewirkbar ist. Mittels eines derartigen Aktuators, welcher beispielsweise in der Art einer hydraulisch oder pneumatisch wirkenden Zylinder-Kolben-Einrichtung ausgeführt sein kann, ist eine direkte Bewegung des Behälters auf einfache und kostengünstige Weise möglich. Zur Einstellung einer gewünschten Frequenz kann die wenigstens eine Anregungseinrichtung beispielsweise mit einer gewünschten Pulsfrequenz betätigt werden. Eine Amplitude einer Schwingung des Behälters kann beispielsweise über einen Druck des Pulses definiert werden, so dass zur Bearbeitung des Bauteils insbesondere Schwingungen mit Frequenzen von unter 100 Hz, insbesondere im Bereich von etwa 50 Hz einstellbar sind, kann aber bei auch unter 25 Hz liegen. Die jeweilige Anregungseinrichtung ist bevorzugt im Wesentlichen rechtwinklig zur jeweiligen Wand des Behälters bzw. zu der Referenzeinrichtung angeordnet, kann aber prinzipiell einen nahezu beliebigen Winkel gegenüber der jeweiligen Wand des Behälters bzw. der Referenzeinrichtung aufweisen. Derartig ausgeführte Anregungseinrichtungen können vorteilhafterweise stufenlos eingestellt und Bewegungsabläufe auf einfache Weise dokumentiert werden. Zudem können mit derartig ausgeführten Anregungseinrichtungen größere kinetische Energien von in dem Behälter angeordneten Bearbeitungskörpern als mit bekannten Unwuchtmotoren erzielt werden, so dass beispielsweise die Einbringung von Druckeigenspannungen mit den Anregungseinrichtungen verbessert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das zu bearbeitende Bauteil an dem Behälter gelagert ist. Alternativ hierzu kann das Bauteil auch unabhängig von dem Behälter gelagert sein und zur Bearbeitung beispielsweise über eine separate Halteeinrichtung in Wirkverbindung mit dem Bearbeitungsmittel gebracht werden. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass entweder der Behälter und/oder die Halteeinrichtung zur Bearbeitung des Bauteils in Bewegung versetzt werden. Eine Drehung des Bauteils während einer Bearbeitung kann entweder durch eine separate Antriebseinrichtung erzielt werden oder durch eine entsprechende Anregung des Bearbeitungsmittels, über welche das drehbar gelagerte Bauteil um die Achse gedreht wird.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
1 eine stark vereinfachte Vorrichtung zur Randschichtbearbeitung eines Bauteils mit einem Behälter in einer Längsschnittdarstellung, wobei in dem Behälter ein von einer Anregungseinrichtung bewegbares Bearbeitungsmittel angeordnet ist;
2 eine stark vereinfachte Querschnittsdarstellung der Vorrichtung der 1 entlang der Linie II-II;
3 eine stark vereinfachte Ansicht der Vorrichtung der 1 in einer Längsschnittdarstellung mit zwei Volumeneinrichtungen;
4 eine stark vereinfachte Querschnittsdarstellung der Vorrichtung der 3 entlang der Linie IV-IV mit den zwei Volumeneinrichtungen;
5 eine stark vereinfachte Ansicht der Vorrichtung der 1 in einer Längsschnittdarstellung mit einer alternativ ausgeführten Volumeneinrichtung;
6 eine stark vereinfachte Querschnittsdarstellung der Vorrichtung der 3 entlang der Linie VI-VI mit der alternativ ausgeführten Volumeneinrichtung;
7 eine stark vereinfachte Ansicht eines Ausschnitts einer Einrichtung in einer Längsschnittdarstellung mit einer Einrichtung, welche zwischen Stufen einer zu bearbeitenden Rotorvorrichtung hineinragende Bereiche aufweist;
8 eine stark vereinfachte Ansicht einer zu bearbeitenden Rotorvorrichtung, wobei die Rotorvorrichtung mit einer Einrichtung zusammenwirkt, welche zwischen Schaufeln einer Stufe der Rotorvorrichtung ragende Bereiche aufweist;
9 eine stark vereinfachte Darstellung einer alternativ ausgeführten Vorrichtung mit einem Behälter in einer Längsschnittdarstellung, wobei eine Seitenwand des Behälters gegenüber anderen Wänden des Behälters verlagerbar ist;
10 eine stark vereinfachte Darstellung einer weiteren alternativ ausgeführten Vorrichtung mit einem Behälter in einer Längsschnittdarstellung, wobei ein Boden des Behälters gegenüber Seitenwänden verlagerbar ist;
11 eine stark vereinfachte Darstellung einer weiteren alternativ ausgeführten Vorrichtung mit einem Behälter in einer Längsschnittdarstellung, wobei Wände des Behälters mit einer Vielzahl von bewegbaren Bereichen ausgebildet sind;
12 eine stark vereinfachte Darstellung einer weiteren alternativ ausgeführten Vorrichtung in einer Längsschnittdarstellung, wobei eine alternativ ausgeführte Anregungseinrichtung für den Behälter mit mehreren Anregern vorgesehen ist;
13 eine stark vereinfachte Darstellung der Vorrichtung der 12 in einer Querschnittsdarstellung entlang der Linie XIII-XIII;
14 eine stark vereinfachte Darstellung von drei in einem Punkt zusammenwirkenden Anregungseinrichtungen in Alleinstellung;
15 eine stark vereinfachte Darstellung einer weiteren alternativ ausgeführten Vorrichtung mit einem Behälter in einer Längsschnittdarstellung, wobei mehrere ein Bearbeitungsvolumen des Behälters in verschiedene Bereiche unterteilende Trenneinrichtungen vorgesehen sind, welche jeweils einem anderen Bereich eines zu bearbeitenden Bauteils zugeordnet sind;
16 eine stark vereinfachte Darstellung eines Bereichs des Bauteils der 15, wobei ein Zusammenwirken der Trenneinrichtung mit dem Bauteil näher ersichtlich ist;
17 eine stark vereinfachte Darstellung des Bereichs der 16, wobei eine Dichteinrichtung zwischen der Trenneinrichtung und dem Bauteil vorgesehen ist;
18 eine stark vereinfachte Darstellung der Vorrichtung der 15 mit einer weiteren Trenneinrichtung;
19 eine stark vereinfachte Darstellung einer im Wesentlichen der Vorrichtung der 1 entsprechenden Vorrichtung in einer Längsschnittdarstellung, wobei in einem Innenraum der Rotorvorrichtung ein Bearbeitungsmittel angeordnet ist;
20 eine stark vereinfachte Darstellung einer alternativen Vorrichtung in einer Längsschnittdarstellung, wobei die Rotorvorrichtung alternativ gegenüber einem Behälter der Vorrichtung gelagert ist; und
21 eine stark vereinfachte Darstellung einer weiteren alternativen Vorrichtung, wobei die Rotorvorrichtung unabhängig von einem Behälter der Vorrichtung gelagert ist.
In 1 ist stark vereinfacht eine Vorrichtung 1 gezeigt, mittels welcher eine Randschicht eines Bauteils 3 bearbeitet werden kann. Das zu bearbeitende Bauteil ist hier als eine im Wesentlichen rotationssymmetrische, mit einem metallischen Werkstoff ausgebildete Rotorvorrichtung 3 ausgeführt. Die gezeigte Rotorvorrichtung weist acht Stufen 5 auf, wobei jede Stufe 5 mit einem Scheibenrad 7 und umfangsseitig daran angeordneten Schaufeln 9 ausgeführt ist. Die einzelnen Stufen 5 sind beispielsweise mittels Elektronenstrahlschweißen oder Reibschweißen oder Verschraubung miteinander verbunden und in axialer Richtung nebeneinander angeordnet, wobei die einzelnen Stufen hier in einer sogenannten Blisk-Bauweise ausgebildet sind. Der Begriff Blisk setzt sich aus den englischen Worten „Blade” für Schaufel 9 und „Disk” für Scheibe 7 zusammen. Miteinander verbundene Scheibenräder 7 bzw. miteinander fest verbundene ringförmige Grundkörper sowie mehrere über den Umfängen der Scheibenräder 7 verteilt angeordnete Schaufeln 9 sind hierbei jeweils aus einem Stück gefertigt, womit bei mehrstückig ausgeführten Stufen vorgesehene Schaufelfüße und Scheibennuten entfallen.
Die einstückigen Stufen 5 sind gegenüber konventionell beschaufelten Rotorvorrichtungen durch eine erheblich geringere Teilezahl gekennzeichnet und die Scheibenform der ringförmigen Scheibenräder 7 kann für eine geringere Randlast ausgelegt sein. Dies führt dazu, dass das Gewicht der einstückigen Stufen 5 in Verbindung mit dem Einsatz leichterer Werkstoffe um bis zu 50 Prozent gegenüber herkömmlicher Stufen von Rotorvorrichtungen reduziert ist. Ein weiterer positiver Effekt der integralen Bauweise ist, dass die Schaufeln 9 der integral beschaufelten Stufen 5 mit geringerem Abstand zueinander anordenbar sind, wodurch eine maximal mögliche Verdichtung und ein Wirkungsgrad verbesserbar ist.
Um die Rotorvorrichtung 3 gegenüber Fremdkörperschäden und auch Schwingungsbelastungen mit hoher Beständigkeit bei gleichzeitig geringem Eigengewicht ausführen zu können sowie eine Oberfläche der Rotorvorrichtung 3 mit minimaler Rauheit zur Erzielung guter aerodynamischer Eigenschaften und eines möglichst hohen Wirkungsgrades eines Strahltriebwerkes zur Verfügung stellen zu können, wird die Rotorvorrichtung 3 mittels der Vorrichtung 1 bearbeitet, wobei mit der Vorrichtung 1 sowohl integral beschaufelte Rotorvorrichtungen als auch konventionell beschaufelte Rotorvorrichtungen bearbeitet werden können.
Mittels der Vorrichtung 1 können bei entsprechender Wahl eines zur Bearbeitung der Rotorvorrichtung 3 vorgesehenen und in einem Behälter 11 der Vorrichtung 1 angeordneten Bearbeitungsmittels 13 Druckeigenspannungen in eine Randschicht der Rotorvorrichtung 3 induziert und gleichzeitig eine Rauheit einer Oberfläche der Rotorvorrichtung 3 reduziert werden. Mit anderen Worten gesagt, wird mit der Vorrichtung 1 eine Oberfläche der Rotorvorrichtung 3 sowohl verfestigt als auch geglättet. Um diese Effekte zu erzielen wird ein Bearbeitungsmittel 13 mit nicht-abrasiven Bearbeitungskörpern 33 eingesetzt. Unter nicht-abrasiven Bearbeitungskörpern 33 wird hier verstanden, dass ein Abrieb der Bearbeitungskörper 33 während der Bearbeitung nahezu ausgeschlossen ist. Die Bearbeitungskörper 33 sind hierzu insbesondere dimensionsfest und geometrisch stabil ausgeführt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Einrichtung 15 zum Halten der Rotorvorrichtung 3 in einer Bearbeitungsposition im Bereich des Behälters 11. Die Einrichtung 15 ist hier als Welle ausgeführt, wobei die Rotorvorrichtung 3 über seitliche Einspanneinrichtungen 21, 23 hier in Form von Scheiben mit der Welle 15 verbunden ist, wobei die Rotorvorrichtung 3 mit den einzelnen Stufen 5 im Wesentlichen konzentrisch zu der Welle 15 angeordnet ist. Die Rotorvorrichtung 3 ist über die Welle 15 drehbar im Bereich von Seitenwänden 17, 19 des Behälters 11 gelagert und über eine nicht näher ersichtliche Antriebseinrichtung um eine in der gezeigten Bearbeitungsposition im Wesentlichen horizontal angeordnete Achse 25 der Welle 15 mit einer gewünschten Geschwindigkeit rotatorisch antreibbar. Die Achse 25 kann bei alternativen Ausführungen auch im Wesentlichen vertikal angeordnet sein oder kann beliebige Zwischenstellungen zwischen einer horizontalen und einer vertikalen Lage einnehmen.
In einer weiteren alternativen Ausführung kann die Einrichtung 15 insbesondere schwenkbar gegenüber dem Behälter 11 angeordnet sein oder eine separate Schwenkeinrichtung vorgesehen sein. Die Rotorvorrichtung kann beispielsweise mit einer vertikalen Ausrichtung einer Mittelachse in Wirkverbindung mit der außerhalb des Behälters angeordneten Einrichtung bzw. Schwenkeinrichtung mit einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung der Achse 25 der Einrichtung 15 in Wirkverbindung gebracht werden. Zusammen mit der Einrichtung bzw. Schwenkeinrichtung kann die Rotorvorrichtung, welche beispielsweise auf der mit einer Welle ausgeführten Schwenkeinrichtung angeordnet ist, in die in der 1 gezeigte Position mit einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung der Achse verschwenkt werden. Die Einrichtung bzw. Schwenkeinrichtung ist hierzu insbesondere an den Behälter der Vorrichtung angebunden.
Bei der in der 1 gezeigten, auf der Welle 15 angeordneten, horizontalen Bearbeitungsposition der Rotorvorrichtung 3 ist ein zu bearbeitender Bereich 34 der Rotorvorrichtung 3, welcher vorliegend aus den Schaufeln 9 mit Schaufelspitzen, Schaufelblättern und Schaufelfuß und den Scheibenbereichen zwischen den Schaufeln 9 benachbarter Stufen 5 – einem sogenannten Annulus – besteht, zu einer einem Innenraum 27 des Behälters 11 zugewandten Oberfläche 29 des Behälters 11 beabstandet.
Der zu bearbeitende Bereich 34 kann bei einer alternativen Ausführung beispielsweise nur aus Schaufelspitzen der Schaufeln 9 oder anders gewählten Bereichen bestehen. Beispielsweise bei der Reparatur einer Rotorvorrichtung 3 könnten diesbezüglich andere Bereiche einer Rotorvorrichtung 3 zu bearbeiten sein als bei der Neuherstellung.
Der Behälter 11 ist vorliegend mit im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordneten Seitenflächen 17, 19 und einem Boden 31 ausgeführt, wobei in der Querschnittsdarstellung der 2 ersichtlich ist, dass die Seitenflächen 18, 20 und der Boden 31 an ihrer dem Innenraum 27 zugewandten Seite gebogen ausgeführt sind. Wird im Folgenden auf die von den Seitenwänden 18, 20 und dem Boden 31 gebildete, dem Innenraum 27 zugewandten Fläche Bezug genommen, wird diese der Einfachheit halber lediglich dem Boden 31 zugeordnet. Unter dem Innenraum 27 wird ein hier in axialer Richtung von den Einspanneinrichtungen 21, 23 und in radialer Richtung von Scheibenrädern 7 bzw. den Annuli begrenzter Raum verstanden.
Nach einer Positionierung der Rotorvorrichtung 3 in der in der 1 gezeigten Position gegenüber dem Behälter 11 wird der Innenraum 27 des Behälters 11 in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles bis zu einer definierten Schüttguthöhe H mit dem Bearbeitungsmittel 13 befüllt, wobei das Bearbeitungsmittel 13 eine Vielzahl von nicht-abrasiven Bearbeitungskörpern 33 und insbesondere eine Flüssigkeit aufweist.
Das zur Bearbeitung der Rotorvorrichtung 3 in dem Behälter 11 angeordnete Bearbeitungsmittel 13 kann verschiedene Formen und/oder Größen von Bearbeitungskörpern 33 aufweisen, wobei die Bearbeitungskörper 33 beispielsweise kugelförmig, zylinderförmig, linsenförmig, diskusförmig, satellitenförmig, d. h. im Querschnitt der Form des Planeten Saturn nachempfunden, oder dergleichen ausgebildet sein. Insbesondere wird eine einzige Form und Größe an Bearbeitungskörpern 33 eingesetzt, es können aber auch eine Vielzahl von jeweils verschiedenartigen Bearbeitungskörpern 33 zum Einsatz kommen, welche sich beispielsweise in ihrer Größe und/oder ihrer Form voneinander unterscheiden.
Die Bearbeitungskörper 33, welche vorzugsweise aus einem keramischen oder metallischen Werkstoff bestehen, weisen eine Dichte größer 5 kg/dm³, hier eine Dichte zwischen etwa 7,8 kg/dm³ und 7,9 kg/dm³, auf. Bei einer entsprechend hohen Dichte können Druckeigenspannungen besonders gut in eine Randschicht des zu bearbeitenden Bereichs 34 eingebracht werden. Zusätzlich zu der großen Dichte weisen die Bearbeitungskörper 33 eine möglichst große Härte auf, welche minimal etwa 90% einer Härte des zu bearbeitenden Materials beträgt, aber vorzugsweise deutlich größer als die Härte des zu bearbeitenden Materials ist. Je größer die Härte der Bearbeitungskörper 33 relativ zu der Härte des zu bearbeitenden Materials ist, in desto weiter von einer Oberfläche des zu bearbeitenden Bereichs 34 entfernte Bereiche, d. h. umso tiefer in dem zu bearbeitenden Bereich 34, können Druckeigenspannungen induziert werden. Zudem verschiebt sich das Verhältnis aus eingebrachten elastischen Verformungen gegenüber eingebrachten plastischen Verformungen während der Bearbeitung bei härteren eingesetzten Bearbeitungskörpern 33 weiter in Richtung der gewünschten plastischen Verformungen in dem zu bearbeitenden Bereich 34.
Beispielsweise können zur Bearbeitung eine Vielzahl von satellitenförmigen Bearbeitungskörpern 33 eingesetzt werden, welche beispielsweise einen kleinsten Durchmesser im Bereich von 5 mm und einen größten Durchmesser im Bereich von 7 mm aufweisen.
Das Bearbeitungsmittel 13 weist insbesondere eine Flüssigkeit auf, innerhalb welcher die Bearbeitungskörper 33 insbesondere vollständig angeordnet sind. Als Flüssigkeit kann insbesondere Wasser vorgesehen sein, wobei dieses gegebenenfalls mit einem Zusatz versehen ist, welcher insbesondere ein Schäumen verhindert und dazu führt, dass eine Gleitwirkung und eine Temperatur während der Bearbeitung im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Das Bearbeitungsmittel 13 füllt bei der gezeigten Ausführung einen vom Behälter 11 und der Rotorvorrichtung 3 begrenzten Zwischenraum zwischen der Oberfläche 17 der Rotorvorrichtung 3 und der der Rotorvorrichtung 3 zugewandten Oberfläche 29 des Behälters 11 vollständig aus, so dass in der Schnittzeichnung der 1 und 2 der jeweils nach unten gerichtete Bereich des zu bearbeitenden Bereiches der Rotorvorrichtung 3 vollständig in dem Bearbeitungsmittel 13 eingetaucht ist.
In der Querschnittsdarstellung der 2 ist ersichtlich, dass eine dem Innenraum 27 zugewandte Fläche des Bodens 31 des Behälters 11 im Wesentlichen konzentrisch zu der Achse 25 der Welle 15 ausgebildet ist, so dass ein Abstand A1 zwischen sämtlichen, sich im Bereich des Bodens 31 befindlichen Schaufelspitzen der Schaufeln 9, d. h. ein Abstand zwischen einem größten Durchmesser der Rotorvorrichtung 3 und dem Boden 31 in Umfangsrichtung der Achse 25 im Bereich des Behälters 11, insbesondere für Schaufeln 9 sämtlicher Stufen 5 der Rotorvorrichtung 3, auch während einer Drehung der Rotorvorrichtung 3 um die Achse 25 im Wesentlichen konstant ist.
Der Behälter 11 ist vorliegend über vier Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen 35 gegenüber einer insbesondere ein Maschinenfundament bzw. eine Maschinenbasis oder einen Hallenboden darstellenden Referenzeinrichtung 37 gelagert, wobei jeweils eine Feder- und/oder Dämpfereinrichtung 35 mit einem Eckbereich einer dem Innenraum 27 abgewandten Seite des Bodens 31 zugeordnet ist. Zumindest ein Teil des Gewichts des Behälters 11 wird hierbei von den Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen 35 getragen.
Zusätzlich sind hier vier im Wesentlichen baugleiche Anregungseinrichtungen 39 vorgesehen, welche einerseits mit dem Behälter 11 und andererseits mit der Referenzeinrichtung 37 verbunden sind. Im Bereich des Behälters 11 sind die Anregungseinrichtungen wiederum jeweils mit einem Eckbereich des Bodens 31 bzw. einer fest mit dem Boden 31 verbundenen bzw. integral mit diesem ausgebildeten Platte 41 verbunden.
Die Anregungseinrichtungen 39 sind insbesondere als hydraulisch oder pneumatisch wirkende Aktuatoren beispielsweise in der Art von Zylinder-Kolben-Einheiten ausgebildet, welche derart gemeinsam betätigbar sind, dass dem Behälter 11 eine gewünschte Bewegung aufgeprägt werden kann. Da die Anregungseinrichtungen 39 den Behälter 11 direkt mit der Referenzeinrichtung 37 verbinden, ist der Behälter 11 über die Anregungseinrichtungen 39 aktiv betätigbar, so dass gegenüber einer Anregung mit einem oder mehreren Unwuchtmotoren auf die Bearbeitungskörper 33 größere kinetische Energien übertragen werden können und hierdurch eine Einbringung von Druckeigenspannungen verbessert wird. Insbesondere können hierdurch sehr große Kräfte und Durchbiegungen von Almenstreifen erzielt werden. Die Anregungseinrichtungen 39 sind insbesondere gelenkig mit dem Behälter 11 und/oder der Referenzeinrichtung 37 verbunden.
Dem Behälter 11 kann über die Anregungseinrichtungen 39 beispielsweise eine Schwingung mit einer gewünschten Amplitude und einer gewünschten Frequenz aufgeprägt werden, welche insbesondere kleiner als 100 Hz ist. Die Frequenz liegt beispielsweise im Bereich von 25 Hz bis 100 Hz, insbesondere bei etwa 50 Hz, kann aber auch unter 25 Hz liegen. Alternativ hierzu kann der Behälter 11 in Vibration versetzt werden oder es kann dem Behälter 11 eine Taumel- oder Rüttelbewegung aufgeprägt werden. Prinzipiell kann der Behälter 11 durch eine entsprechende Ansteuerung der einzelnen Anregungseinrichtungen 39 in einem nahezu beliebigen Bewegungsmuster bewegt werden. Wenn wie bei der vorliegenden Vorrichtung 1 die Rotorvorrichtung 3 fest mit dem Behälter 11 verbunden ist, führt die Rotorvorrichtung 3 im Wesentlichen das gleiche Bewegungsmuster wie der Behälter 11 aus.
Um ein angestrebtes Bearbeitungsergebnis zu erzielen, ist es erforderlich, dass ein vorgegebenes Bewegungsmuster innerhalb vorgebbarer Grenzen eingehalten wird. Insbesondere wird dem Behälter 11 eine Schwingung mit einer vorgegebenen Amplitude und einer vorgegebenen Frequenz aufgeprägt. Beispielsweise aufgrund von nachlassenden Feder- und/oder Dämpfungseigenschaften der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen 35 oder von einer sich ändernden Menge an Bearbeitungsmittel in dem Behälter 11 kann eine Amplitude oder eine Frequenz des Behälters 11 sich während einer Bearbeitung ändern, wenn keine Maßnahmen zur Einhaltung der vorgegebenen Werte ergriffen werden. Deshalb ist insbesondere ein Regelmechanismus vorgesehen, welcher mit der wenigstens einen Anregungseinrichtung 39 zusammenwirkt und mittels welchem die wenigstens eine Anregungseinrichtung 39 derart betätigbar ist, dass bei Vorliegen einer Abweichung einer Sollvorgabe für das Bewegungsmuster des Behälters 11 die Abweichung während einer Bearbeitung der Rotorvorrichtung 3 durch eine Betätigung der wenigstens einen Anregungseinrichtung 39 ausgeglichen wird und das Bewegungsmuster, d. h. insbesondere die Frequenz und die Amplitude einer dem Behälter 11 und/oder der Rotorvorrichtung 3 aufgeprägten Schwingung innerhalb festlegbarer Grenzen liegen.
Insbesondere kann ein derartiger Regelmechanismus vorteilhaft sein, wenn verschieden ausgeführte Bauteile mit der Vorrichtung 1 bearbeitet werden und sich aufgrund der beispielsweise verschiedene Massen aufweisenden Bauteile auch ein Gesamtgewicht der Vorrichtung 1 unterscheidet, so dass die Vorrichtung 1 einfach und schnell für die Bearbeitung von anderen Bauteilen adaptiert werden kann. Verschiedene Bauteile, welche beispielsweise den Einsatz einer unterschiedlichen Masse von Bearbeitungsmittel bedingen, können beispielsweise auf einfache Weise mit einer nahezu identischen Schwingung bearbeitet werden, wie bei der Bearbeitung eines anderen Bauteils mit unterschiedlichen Rahmenbedingungen.
Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass bei einer Abweichung von einem vorgegebenen Bewegungsmuster ein Warnsignal ausgegeben wird und eine manuelle Ansteuerung der Anregungseinrichtungen 39 bei unterbrochener Bearbeitung oder während der Bearbeitung vorgenommen werden kann. Hierbei können die Anregungseinrichtungen 39 derart beeinflusst werden, dass Sollwerte der Schwingung mit der vorgegebenen Amplitude und der vorgegebenen Frequenz wieder innerhalb vorgegebener Grenzen liegen.
Durch die Bewegung der Bearbeitungskörper 33 während einer Bearbeitung der Rotorvorrichtung 3 relativ zu dem zu bearbeitenden Bereich 34 der Rotorvorrichtung 3 treten zwei grundsätzliche Haupteffekte auf. Der eine Effekt ist die Verbesserung der Oberflächengüte bzw. der Reduzierung der Rauheit einer Oberfläche des zu bearbeitenden Bereichs 34 der Rotorvorrichtung, welche nicht-abrasiv erfolgt. Die Reduzierung der Rauheit der Oberfläche des zu bearbeitenden Bereichs 34 wird insbesondere durch eine Abwälzbewegung der Bearbeitungskörper 33 auf der jeweiligen Oberfläche bedingt. Dieser Effekt ist in von der Oberfläche 43 des Bearbeitungsmittels 13 entfernten Bereichen des zu bearbeitenden Bereichs 34 der Rotorvorrichtung 3 größer als im Bereich der Oberfläche 43 des Bearbeitungsmittels 13. Einen zweiten Haupteffekt stellt das Einbringen von Druckeigenspannungen in einen oberflächennahen Randbereich des zu bearbeitenden Bereichs 34 der Rotorvorrichtung 3 bzw. ein Verfestigen einer oberflächennahen Randschicht des zu bearbeitenden Bereichs 34 der Rotorvorrichtung 3 dar, durch welchen die Wechselfestigkeit der Rotorvorrichtung 3 verbessert wird. Diese beiden Haupteffekte treten während der insgesamt nicht-abrasiven Bearbeitung gleichzeitig auf, wobei ein derartiges Verfahren beispielsweise als Kugeldruckpolieren, Kugelpolieren, Druckentgranten oder im englischen als vibropeening bezeichnet wird.
Das Bewegungsmuster des Behälters 11 und der Rotorvorrichtung 3 wird über die in Kontakt mit dem Bearbeitungsmittel 13 stehende Oberfläche 29 der Wände 17, 19, 31 des Behälters 11 und eine aktuell in Kontakt mit dem Bearbeitungsmittel 13 stehende Oberfläche der Rotorvorrichtung 3 auf das Bearbeitungsmittel 13 übertragen. Eine Bewegung der Bearbeitungskörper 33 des Bearbeitungsmittels 13 ist dabei im Bereich der jeweiligen Oberfläche 29 des Behälters 11 bzw. der Rotorvorrichtung 3 am größten und nimmt aufgrund einer Trägheit der Bearbeitungskörper 33 und der Flüssigkeit und aufgrund von Reibungsverlusten in eine der jeweiligen Oberfläche 29 abgewandten Richtung ab. Entsprechend ist ein Bearbeitungsergebnis des zu bearbeitenden Bereichs 34 besonders gut, wenn ein Abstand zwischen der dem Innenraum 27 des Behälters 11 zugewandten Oberfläche 29 des Behälters 11 und dem jeweiligen Bereich des zu bearbeitenden Bereichs 34 der Rotorvorrichtung 3 sehr gering ist. Die Bearbeitungskörper 33 des Bearbeitungsmittels 13 weisen dann insgesamt eine große kinetische Energie auf, so dass hierdurch Druckeigenspannungen relativ tief in eine Randschicht der Rotorvorrichtung 3 induziert werden können und eine Rauheit der zu bearbeitenden Bereiche 34 der Rotorvorrichtung 3 besonders gut reduziert werden kann.
Da die Bearbeitungskörper 33 allerdings durch ein dem Behälter 11 aufgeprägtes Bewegungsmuster im Verhältnis zu beim Kugelstrahlen verwendeten Kugeln geringer beschleunigt werden, sind die zum Kugeldruckpolieren vorgesehenen Bearbeitungskörper 33 größer als die Kugeln beim Kugelstrahlen ausgebildet, so dass die Bearbeitungskörper 33 durch das Bewegungsmuster des Behälters 11 eine zur Einbringung von großen Druckeigenspannungen erforderliche große kinetische Energie aufweisen.
Um eine möglichst gleichmäßige Bearbeitung des gesamten zu bearbeitenden Bereichs 34 der Rotorvorrichtung 3 zu erzielen, wird die Rotorvorrichtung 3 während der Bearbeitung langsam um die Achse 25 gedreht. Die Schüttguthöhe H des Bearbeitungsmittels 11 ist dabei derart gewählt, dass sämtliche Bereiche des umlaufenden zu bearbeitenden Bereichs 34 der Rotorvorrichtung zu einem Zeitpunkt in das Bearbeitungsmittel 13 eintauchen und vollständig in dem Bearbeitungsmittel 13 angeordnet sind und zu einem anderen Zeitpunkt aus dem Bearbeitungsmittel 13 auftauchen bzw. aus dem Bearbeitungsmittel 13 austreten und vollständig außerhalb des Bearbeitungsmittels 13 angeordnet sind. Im vorliegenden Fall ist die Schüttguthöhe H des Bearbeitungsmittels 11 derart gewählt, dass sämtliche Bereiche des zu bearbeitenden Bereichs 34 der Rotorvorrichtung gerade einmal vollständig in das Bearbeitungsmittel 13 eintauchen. Da das Bearbeitungsmittel hierbei vollständig unterhalb der Welle 15 angeordnet ist, ist eine Abdichtung im Bereich der Welle 15 vorteilhafterweise nicht erforderlich. Eine Menge und ein Gesamtgewicht des Bearbeitungsmittels 13 sind hierbei relativ gering, so dass die Anregungseinrichtung 39 und/oder die Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen 35 sehr klein dimensioniert werden können und entsprechend kostengünstig sind.
Alternativ hierzu kann die Schüttguthöhe H aber beliebig variiert werden, so dass bei einer alternativ ausgeführten Vorrichtung die Rotorvorrichtung so weit in dem Bearbeitungsmittel angeordnet ist, dass jeder Bereich des zu bearbeitenden Bereichs der Rotorvorrichtung einmal gerade vollständig aus dem Bearbeitungsmittel auftaucht. Dies hat den Vorteil, dass bezüglich einer vollständigen Umdrehung der Rotorvorrichtung sämtliche Bereiche des zu bearbeitenden Bereichs sehr lange in dem Bearbeitungsmittel angeordnet sind und somit ein Verhältnis aus Bearbeitungszeit zu Maschinenzeit sehr groß ist. Da das Bearbeitungsmittel hierbei allerdings insbesondere oberhalb der Welle angeordnet ist, kann hierbei eine Abdichtung im Bereich der Einspanneinrichtungen und der Welle erforderlich sein. Um einen vorteilhaften Kompromiss aus Dimensionierung der Anregungseinrichtungen und der Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen und einem Verhältnis aus Bearbeitungszeit zu Maschinenzeit vorzusehen, kann die Schüttguthöhe H gerade unterhalb der Welle angeordnet sein, so dass auf eine Abdichtung in diesem Bereich verzichtet werden kann. Durch eine entsprechende Wahl der Schüttguthöhe H kann ein gewünschter Glattwalzeffekt bzw. burnishing effect eingestellt werden, welcher abhängig von einer Beweglichkeit der Bearbeitungskörper des Bearbeitungsmittels ist. Da mit größerem Abstand zu der Oberfläche des Bearbeitungsmittels eine Beweglichkeit der Bearbeitungskörper abnimmt, ist in diesem Bereich ein Glattwalzeffekt erhöht.
Eine Beweglichkeit der Bearbeitungskörper 33 ist im Bereich einer der Umgebung zugewandten Oberfläche 43 des Bearbeitungsmittels größer als in weiter von der Oberfläche 43 entfernten Bereichen. Da die Bearbeitungskörper 33 durch eine größere Beweglichkeit eine größere kinetische Energie aufweisen, werden in einen sich in der Nähe der Oberfläche 43 befindlichen Bereich des zu bearbeitenden Bereichs 34 Druckeigenspannungen sehr effektiv induziert. Dementsprechend ist es vorteilhaft, dass jeder Bereich des zu bearbeitende Bereichs 34 der Rotorvorrichtung 3 die Oberfläche 43 während der Bearbeitung möglichst vollständig durchläuft. Dies wird durch das Vorsehen der oben beschriebenen Schüttguthöhe H erreicht.
Die Schüttguthöhe kann bei einer alternativen Ausführung der Erfindung auch derart gewählt werden, dass der gesamte zu bearbeitende Bereich der Rotorvorrichtung vollständig in dem Bearbeitungsmittel angeordnet ist.
Neben der Bearbeitung einer Rotorvorrichtung 3 können mit der Vorrichtung 1 auch vielfältige Arten von Bauteilen, welche sowohl rotationssymmetrisch als auch nicht-rotationssymmetrisch ausgeführt sein können, bearbeitet werden. Als nicht-rotationssymmetrische Bauteile können beispielsweise Einzelschaufeln bearbeitet werden. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung 1 jedoch zur Bearbeitung von Bauteilen von Gasturbinen und dabei insbesondere rotationssymmetrische Rotor- oder Statorbauteile. Es können beispielsweise Einzelscheiben von Turbinen oder Verdichtern, konventionelle Verdichter- bzw. Turbinentrommeln oder Verdichter- bzw. Turbinentrommeln in Blisk-Bauweise oder Lüfterschaufeln bzw. fan blades bearbeitet werden.
In 3 ist die Vorrichtung 1 mit der Rotorvorrichtung 3 gezeigt, wobei im Bereich des Bodens 31 des Behälters 11 vor einem Einfüllen des Bearbeitungsmittels 13 hier zwei Volumeneinrichtungen 45, 47 angeordnet wurden, welche mit ihrer dem Boden 31 des Behälters 11 zugewandten Fläche möglichst passgenau an die dem Innenraum 27 zugewandte Oberfläche des Bodens 31 angepasst sind, um möglichst vollflächig auf diesem aufzuliegen. Hierdurch können die Volumeneinrichtungen 45, 47 insbesondere während der Bearbeitung der Rotorvorrichtung 3 auf sie wirkenden Kräften besonders gut und dauerhaft standhalten. Neben der Anpassung der Volumeneinrichtungen 45, 47 an die Oberfläche des Bodens 31 sind diese auch an die dem Innenraum 27 des Behälters 11 zugewandte Oberfläche 29 der jeweiligen Seitenwand 17, 19 angepasst, so dass die Volumeneinrichtungen 45, 47 auch insbesondere vollflächig an der jeweiligen Seitenfläche 17 bzw. 19 anliegen.
Zur Anordnung der Volumeneinrichtung 45, 47 an dem Behälter 11 können vielfältige Mechanismen vorgesehen sein, wobei bei einer besonders einfachen Ausführung vorgesehen sein kann, dass die jeweilige Volumeneinrichtung 45 bzw. 47 beispielsweise mit einer Nase vorzugsweise mit einer Hinterschneidung in eine in Hochrichtung in der jeweiligen Seitenwand 17 bzw. 19 verlaufenden Nut einführbar ist. Zusätzlich kann eine Befestigungseinrichtung vorgesehen sein, mittels welcher die jeweilige Volumeneinrichtung 45, 47 in ihrer Endposition im Bereich des Bodens 31 des Behälters 11 fixiert werden kann.
Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass die jeweilige Volumeneinrichtung mit einer weiter oben beschriebenen Schwenkeinrichtung in Wirkverbindung bringbar ist, mit welcher die zu bearbeitende Rotorvorrichtung in einer beispielsweise vertikalen Ausrichtung in Wirkverbindung bringbar ist und anschließen mitsamt der jeweiligen Volumeneinrichtung in die horizontale, zumindest bereichsweise in dem Behälter angeordnete Position verlagerbar ist.
Eine der zu bearbeitenden Oberfläche 34 der Rotorvorrichtung 3 zugewandte Oberfläche 49 der Volumeneinrichtung 45 bzw. der Oberfläche 51 der Volumeneinrichtung 47 ist derart gewählt, dass ein orthogonal zu der Achse 25 vorgesehener Abstand A2 zwischen den Schaufelspitzen von Schaufeln 9 verschiedener Stufen 5 und der Volumeneinrichtung 47 für sämtliche Schaufeln 9 im Bereich des Behälters 11 auch während einer Drehung der Rotorvorrichtung 3 um die Achse im Wesentlichen gleich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die der Rotorvorrichtung 3 zugewandte Oberfläche 51 der Volumeneinrichtung 47 im Wesentlichen konzentrisch zu der Achse 25 ausgebildet ist und die Oberfläche 51 der Volumeneinrichtung 47 in Richtung der Achse 25 im Wesentlichen einer Hüllkurve nachgebildet ist, welche durch sämtliche Schaufelspitzen der Schaufeln 9 aller Stufen 5 der Rotorvorrichtung 3 gebildet ist.
Zusätzlich sind die der Rotorvorrichtung 3 in im Wesentlichen axialer Richtung zugewandten Oberflächen 49 und 51 der Volumeneinrichtungen 45, 47 derart ausgeführt, dass auch ein Abstand A3 zwischen den in axialer Richtung äußeren Schaufeln 9 der jeweiligen Stufe 5 und der jeweiligen Oberfläche 49 und 51 im Bereich des Behälters 11 bzw. im dem Bereich, in dem das Bearbeitungsmittel 13 angeordnet ist, in radialer Richtung im Wesentlichen gleich bzw. konstant ist und im Wesentlichen dem Abstand A2 entspricht.
Durch die kleinen und im Wesentlichen im Bereich des Behälters 11 für Bereiche des zu bearbeitenden Bereichs 34 gleich großen Abstände A2 und A3, werden Druckeigenspannungen im gesamten zu bearbeitenden Bereich 34 sehr gleichmäßig eingebracht, wodurch eine Schwingfestigkeit der Rotorvorrichtung 3 positiv beeinflusst ist. Durch die relativ geringen zwischen der Rotorvorrichtung 3 und den Volumeneinrichtungen 45, 47 vorliegenden, oben genannten Abstände A2, A3 ist ein sehr gutes Bearbeitungsergebnis erzielbar, da, wie bereits oben beschrieben, die Bewegung der Bearbeitungskörper 33 im Bereich der jeweiligen von den Anregungseinrichtungen 39 bewegten Oberflächen, zu denen durch die feste Anbindung der Volumeneinrichtungen 45, 47 an den Behälter 11 auch die Oberflächen 49, 51 der Volumeneinrichtung 45, 47 zählen, besonders groß sind und hierdurch große Druckeigenspannungen in den zu bearbeitenden Bereich 34 eingebracht werden. Auf die Reduzierung der Rauheit in dem zu bearbeitenden Bereich 34 haben die geringen Abstände A2 und A3 keinen negativen Einfluss, da hierfür im Wesentlichen eine oberhalb des zu bearbeitenden Bereichs 34 angeordnete Masse an Bearbeitungsmittel 13 entscheidend ist.
Durch das Vorsehen der Volumeneinrichtungen 45, 47, welche hier als Vollmaterial aus Hartkunststoff ausgeführt sind, ist eine benötigte Menge an Bearbeitungsmittel 13 gegenüber einer Menge ohne die Volumeneinrichtungen 45, 47 deutlich reduziert, wie aus einem Vergleich der 1 und 3 hervorgeht.
Die jeweiligen Abstände A1, A2 und A3 sind dabei insbesondere derart gewählt, dass sie kleiner oder gleich 20 Mal einem größten Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers 33 des Bearbeitungsmittels 13 sind. Bei einer Verwendung von oben näher beschriebenen satellitenförmigen Bearbeitungskörpern 33 würden die Abstände somit kleiner oder gleich 140 mm sein. Insbesondere beträgt der jeweilige Abstand A2 und A3 zwischen dem im Bearbeitungsmittel 13 angeordneten Bereich des zu bearbeitenden Bereichs 34 der Rotorvorrichtung 3 und der Oberfläche 49, 51 der jeweiligen Volumeneinrichtung 45, 47 fünf bis zehn Mal dem Durchmesser eines Bearbeitungskörpers 33 des Bearbeitungsmittels 13. Dies entspricht einem Abstand von etwa 25 mm bis 70 mm. Die Abstände können minimal zwei Mal einem Durchmesser des Bearbeitungskörpers 33 betragen, allerdings ist hierbei die Gefahr eines Verklemmens zu beachten, so dass die bevorzugten Abstände A2, A3 demgegenüber insbesondere vergrößert sind.
Die Vorrichtung 1 ist auf besonders einfache Weise für die Bearbeitung von verschieden dimensionierten Bauteilen umrüstbar. In den 5 und 6 ist die Vorrichtung 1 mit einer einzigen, alternativ ausgeführten Volumeneinrichtung 53 gezeigt, welche sich über eine gesamte axiale Länge des Innenraums 27 des Behälters 11 erstreckt und welche zur Bearbeitung einer gegenüber der Rotorvorrichtung 3 sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung kleineren Rotorvorrichtung 55 vorgesehen ist. Die Rotorvorrichtung 55 ist hier vierstufig ausgeführt. Die Volumeneinrichtung 53 ist im Vergleich zu den Volumeneinrichtungen 45, 47 größer dimensioniert und weist dementsprechend ein größeres Volumen auf, wobei die Volumeneinrichtung 53 hier passgenau senkrecht zur Achse 25 in den Behälter 11 einführbar ist und in der in dem Behälter 11 angeordneten Position insbesondere nahezu vollflächig an der dem Innenraum 27 des Behälters 11 zugewandten Oberfläche 29 der Seitenwände 17, 19 und des Bodens 31 des Behälters 11 anliegt. Die Volumeneinrichtung 53 kann wiederum über eine Befestigungseinrichtung in dieser Position gegenüber dem Behälter 11 fixiert sein.
Das zur Bearbeitung der Rotorvorrichtung 55 vorgesehene Bearbeitungsmittel 13 ist hier vollständig in einem von der Volumeneinrichtung 53 gebildeten Raum 57 angeordnet und wirkt nicht direkt mit der Seitenwand 17, 19 oder dem Boden 31 des Behälters 11 zusammen. Ein Abstand zwischen einer dem zu bearbeitenden Bereich 59 der Rotorvorrichtung 55 und einer dem zu bearbeitenden Bereich 59 der Rotorvorrichtung 55 zugewandten Oberfläche 61 der Volumeneinrichtung 53 ist wiederum auf einen Durchmesser von Bearbeitungskörpern 33 des eingesetzten Bearbeitungsmittels 13 abgestimmt, wie dies bereits oben näher erläutert wurde. In 6 ist ersichtlich, dass die dem zu bearbeitenden Bereich 59 zugewandte Oberfläche 61 der Volumeneinrichtung 53 wiederum im Wesentlichen konzentrisch zu der Achse 25 ausgebildet ist.
Durch verschiedenartig ausgeführte Volumeneinrichtungen ist sowohl ein Abstand zwischen den Oberflächen der jeweiligen Volumeneinrichtung und dem zu bearbeitenden Bereich des Bauteils als auch eine Menge des zur Bearbeitung benötigten Bearbeitungsmittels auf einfache Weise an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar, so dass verschiedenartige Bauteile mit einer Vorrichtung mit einem gewünschten Bearbeitungsergebnis bearbeitet werden können. Zudem kann es vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Volumeneinrichtung mehrere voneinander getrennte Bearbeitungsräume für verschiedene Bauteile aufweisen, welche insbesondere gemeinsam auf einer Welle angeordnet sind.
In 7 ist eine Längsschnittdarstellung eines Ausschnitts einer dreistufigen Rotorvorrichtung 67 gezeigt, wobei eine Einrichtung 63 vorgesehen ist, welche mit Bereichen 65 von außen in im Wesentlichen radial zu der Achse 25 verlaufender Richtung zwischen Schaufeln 69 verschiedener Stufen 71 ragen. Zudem sind Bereiche 73 vorgesehen, welche die Schaufeln 69 der axial äußeren Stufen 71 auf einer den anderen Stufen 71 abgewandten Seite eingrenzen. Die Bereiche 65 und 73 sind jeweils an einem im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden, radial beabstandet zu Schaufelspitzen der Schaufeln 69 verlaufenden Bereich 75 angeordnet. Eine den Schaufeln 69 bzw. einem zu bearbeitenden Bereich 77 der Rotorvorrichtung 67 zugewandte Oberfläche der jeweiligen Bereiche 65, 73, 75 der Einrichtung ist dabei jeweils derart an eine der Einrichtung 63 zugewandte Oberfläche des zu bearbeitenden Bereichs 77 angepasst, dass sowohl ein in axialer Richtung vorliegender Abstand A4 als auch ein in radialer Richtung vorliegender Abstand A5 zwischen dem zu bearbeitenden Bereich 77 und der Einrichtung 63 jeweils in wenigstens annähernd radialer Richtung bzw. in axialer Richtung der Achse 25 konstant und insbesondere in oben beschriebener Weise an das eingesetzte Bearbeitungsmittel angepasst ist. Die Bereiche 65, 73, 75 sind dementsprechend einer Form der Stufen nachgebildet und können beispielsweise plan, konvex, konkav oder dergleichen ausgeführt sein.
Die Einrichtung 63 kann dabei in der Art einer oben beschriebenen Volumeneinrichtung ausgeführt sein, wobei eine dem zu bearbeitenden Bereich der Rotorvorrichtung 67 zugewandte Oberfläche des zu bearbeitenden Bereichs 77 im Wesentlichen konzentrisch zu der Achse 25 ausgebildet ist und wie oben beschrieben mit dem Behälter 11 verbunden sein kann.
Alternativ hierzu kann die Einrichtung 63 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt sein, so dass sie die Rotorvorrichtung 67 in radialer Richtung beispielsweise vollständig umfasst. Die Einrichtung 63 kann hierbei mit der Rotorvorrichtung 67 bzw. der Welle 15 verbunden sein. In letzterem Fall dreht sich die Einrichtung 63 mit der Rotorvorrichtung 67 durch den zumindest teilweise mit Bearbeitungsmittel 13 befüllten Innenraum 27 des Behälters 11, wohingegen in ersterem Fall die Einrichtung 63 während einer Bearbeitung der Rotorvorrichtung 67 keine Drehbewegung vollführt.
Wenn die Einrichtung 63 mit der Rotorvorrichtung 67 drehbar ausgeführt ist, kann diese – wie in der 8 näher ersichtlich ist – zusätzlich eine Vielzahl von Bereichen 79 aufweisen, welche insbesondere mit dem in axialer Richtung verlaufenden Bereich 75 verbunden sind. Die Bereiche 79 ragen in Umfangsrichtung jeweils einer Stufe 71 betrachtet ausgehend von dem Bereich 75 von außen in radialer Richtung der Achse 25 zwischen benachbarte Schaufeln 69 hinein. Auch diese Bereiche 79 sind insbesondere der Form der einzelnen Schaufeln 69 wenigstens annähernd derart nachempfunden, dass ein Abstand A6 zwischen einer Oberfläche der jeweiligen Schaufel 69 und dem jeweiligen Bereich 79 in Umfangsrichtung der Achse 25 im Wesentlichen konstant ist und vorzugsweise den Abständen A4 und A5 wenigstens annähernd entspricht.
In den 9 bis 11 sind alternativ ausgeführte Vorrichtungen 81, 83 und 85 mit einer hier nur schematisch angedeuteten Rotorvorrichtung 86 gezeigt, welche jeweils zur Bearbeitung von verschiedenartig geformten Bauteilen vorgesehen sind, und welche sich lediglich durch die im Folgenden näher beschriebenen Merkmale von der Vorrichtung 1 unterscheiden. Im Unterschied zu der Vorrichtung 1 ist bei den Vorrichtungen 81, 83 und 85 eine Wand oder zumindest ein Bereich einer Wand gegenüber anderen Wänden eines Behälters bewegbar ausgeführt.
In der Ausführung gemäß 9 sind eine Seitenwand 87 und ein Boden 89 fest miteinander verbunden und eine weitere Seitenwand 91 ist über eine nur schematisch gezeigte Antriebseinrichtung 93 translatorisch in Richtung der Seitenwand 87 verlagerbar. Durch eine derartige Bewegung der Seitenwand 91 kann ein zur Anordnung des Bearbeitungsmittels 13 vorgesehener Innenraum 95 des Behälters 97 in seiner Größe variiert werden und an das jeweils zu bearbeitende Bauteil angepasst werden. Die Seitenwand 91 ist hierbei in einer ersten Position gezeigt, in welcher der Innenraum 95 größtmöglich ist. Strichliert ist die Seitenwand 91' in einer zweiten Position gezeigt, in welcher der Innenraum 95 an die Größe des aktuell zu bearbeitenden Bauteils angepasst ist. Mittels der Vorrichtung 81 kann ein in Richtung der Achse 25 vorliegender Abstand zwischen dem Bauteil und den Seitenwänden 87, 91 in der oben näher beschriebenen Weise eingestellt werden.
Die in der 10 gezeigte Vorrichtung 83 unterscheidet sich von der Vorrichtung 81 lediglich dadurch, dass der Boden 89 des Behälters 97 gegenüber den Seitenwänden 87, 91 über die Antriebseinrichtung 93 bewegbar ist und hierdurch ein Abstand zwischen dem zu bearbeitenden Bereich des Bauteils und einer dem Bauteil zugewandten Oberfläche des Bodens 89 wie oben beschrieben einstellbar ist. Der Boden 89 ist hier in einer Position gezeigt, in der der Innenraum 95 eine maximale Größe aufweist. Zusätzlich ist der Boden 89' strichliert in einer den Innenraum 95 verkleinernden Position gezeigt.
Bei der in der 11 gezeigten Vorrichtung 85 weisen sowohl die Seitenwände 87, 91 als auch der Boden 89 eine Vielzahl von Bereichen 99 auf, welche jeweils zumindest teilweise unabhängig voneinander hier im Wesentlichen translatorisch zwischen verschiedenen Positionen 99 und 99' verlagerbar sind. Hierdurch ist es möglich den zur Anordnung des Bearbeitungsmittels 13 vorgesehenen Innenraum 95 des Behälters 97 sehr genau an eine Form und Größe eines zu bearbeitenden Bauteils anzupassen. Ein Vorteil der Vorrichtung 85 gegenüber den Vorrichtungen 81 und 83 ist, dass über die Bereiche 99 auch verschiedenartige Konturen der der Rotorvorrichtung zugewandten Oberfläche der Bereiche 99 durch eine entsprechend aufeinander abgestimmte Bewegung benachbarter Bereiche 99 erzeugt werden können. Benachbarte Bereiche 99 können ausgehend von ihrer einen maximal großen Innenraum 95 bildenden Position insbesondere eine voneinander abweichende Wegstrecke bewegt werden.
In den 12 und 13 ist eine Vorrichtung 101 mit einem Behälter 108 gezeigt, bei welchem Seitenwände 102, 104 und ein Boden 106 derart geformt sind, dass ein Abstand zwischen einem zu bearbeitenden Bereich 110 einer hier vierstufigen Rotorvorrichtung 112 in oben näher beschriebener Weise angepasst ist. Ansonsten unterscheidet sich die Vorrichtung 101 von der Vorrichtung 1 im Prinzip lediglich hinsichtlich der Anregung des Behälters 108 von der Vorrichtung 1.
Zur Aufprägung eines Bewegungsmusters auf den Behälter 108 der Vorrichtung 101 ist dieser mit einer Vielzahl von hier jeweils in einer Richtung wirkenden Anregungseinrichtungen 39 verbunden, wobei verschiedene Anregungseinrichtungen in verschiedenen Richtungen, hier in Richtung von Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems, orientiert sind. Hierbei sind wie bei der Vorrichtung 1 vorliegend vier, jeweils einem Eckbereich des Bodens 106 des Behälters 108 zugeordnete und mit einer einen Hallenboden darstellenden Referenzeinrichtung 37 verbundene Anregungseinrichtungen 39 vorgesehen, welche zumindest teilweise ein Gewicht des Behälters 11 tragen und über welche der Behälter 11 gegenüber der Referenzeinrichtung 37 gelagert ist. Die Seitenwänden 102, 104 und der Boden 106 des Behälters 108 sind hier im Wesentlichen wie ein Quader ausgebildet, d. h. die dem Innenraum 27 abgewandten Außenflächen der Seitenwände 104, 106 und des Bodens 106 sind im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet. Zwischen jeweils einer nach außen weisenden Oberfläche einer Wand 104, 106, 108 und im Wesentlichen parallel aber beabstandet zu der jeweiligen Oberfläche ausgeführten, im Wesentlichen vertikal ausgeführten weiteren Referenzeinrichtungen 103, 105, 107, 109 sind hier jeweils vier sich in Richtung der jeweiligen Raumachse verlaufende und im Wesentlichen orthogonal zu den jeweiligen Oberflächen angeordnete weitere Anregungseinrichtungen 39 vorgesehen, welche vorliegend wiederum jeweils mit einem Eckbereich der jeweiligen Wand 104, 106, 108 verbunden sind. Alternativ hierzu kann es beispielsweise auch vorgesehen sein, dass lediglich jeweils zwei unteren Eckbereichen der jeweiligen Wand 104, 106, 108 zugeordnete Anregungseinrichtungen vorgesehen sind. Die Referenzeinrichtungen 103, 105, 107, 109 sind hier integral mit der Referenzeinrichtung 37 ausgeführt und bilden im Wesentlichen einen weiteren Behälter, in welchem der Behälter 108 gelagert ist. Der weitere Behälter kann beispielsweise an einem Hallenboden oder einer Maschinenbasis gelagert werden.
Durch das Vorsehen einer Vielzahl von Anregungseinrichtungen 39, welche insbesondere baugleich ausgeführt sind, können dem Behälter 11 auch sehr komplexe Bewegungsmuster sehr genau aufgeprägt werden. Eine Anzahl, eine Position und eine Orientierung der jeweiligen Anregungseinrichtungen 39 kann je nach vorliegendem Anwendungsfall beliebig variiert werden.
In 14 ist stark vereinfacht ein Zusammenwirken von drei Anregungseinrichtungen 39 gezeigt, wobei jede Anregungseinrichtung 39 in einer Raumrichtung orientiert ist und die Anregungseinrichtungen 39 in einem Punkt vorliegend mit einem Eckbereich des Behälters 11 gelenkig zusammenwirken. Mittels auf dieser Weise zusammenwirkender drei Anregungseinrichtungen 39 kann der Behälter 11 in sämtlichen Raumrichtungen bewegt werden.
Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass drei derartig zusammenwirkende Anregungseinrichtungen 39 nicht mit einem Eckbereich zusammenwirken, sondern an einem beliebigen Bereich des Behälters, insbesondere im Bereich des Bodens, angeordnet sind. Die Anregungseinrichtungen können hierbei in beliebigen, voneinander abweichenden Richtungen – beispielsweise in der Art eines Dreibeinstativs – zueinander angeordnet sein. Es kann vorgesehen sein, dass zur Bewegung des Behälters lediglich eine Kombination aus drei Anregungseinrichtungen vorgesehen ist, insbesondere sind allerdings mehrere solcher Kombinationen aus Anregungseinrichtungen vorgesehen. Wiederum alternativ hierzu kann der Behälter beispielsweise über eine sogenannte Hexapod-Anordnung von Anregungseinrichtungen gegenüber einer Referenzeinrichtung gelagert sein.
In 15 ist wiederum die Vorrichtung 1 ersichtlich, wo bei mit dem Behälter 11 vorliegend zwei Trenneinrichtungen 111, 113 in Wirkverbindung gebracht sind. Die Trenneinrichtungen 111, 113 sind vorliegend plattenförmig und mit vergleichbaren Materialien wie die Volumeneinrichtungen 45, 47, 53 ausgeführt und erstrecken sich hier insgesamt im Wesentlichen orthogonal zu der Achse 25. Mittels der Trenneinrichtungen 111, 113 ist der Innenraum 27 des Behälters 11 in verschiedene Bereiche bzw. Räume unterteilbar, wobei jedem Bereich des Behälters 11 ein Bereich der Rotorvorrichtung 3 zugeordnet ist. Hier ist der Innenraum 27 in drei Bereiche 115, 117, 119 unterteilt, wobei jedem Bereich 115, 117, 119 verschiedene Stufen 5 der Rotorvorrichtung 3 zugeordnet sind.
Einem ersten Bereich 115, welcher seitlich von der Seitenwand 17 und einer ersten Trenneinrichtung 111 und unten von dem Boden 31 des Behälters 11 begrenzt ist, ist vorliegend eine erste Stufe 5 der Rotorvorrichtung 3 zugeordnet. Auf einer dem ersten Bereich 115 abgewandten Seite der ersten Trenneinrichtung 111 befindet sich ein zweiter Bereich 117, welcher seitlich von der ersten Trenneinrichtung 111 und einer zweiten Trenneinrichtung 113 und unten von dem Boden 31 des Behälters 11 begrenzt ist. Dem zweiten Bereich 117 ist hier die zweite bis sechste Stufe 5 der Rotorvorrichtung 3 zugeordnet. Ein dritter Bereich 119 schließlich, dem hier die siebte und achte Stufe 5 der Rotorvorrichtung 3 zugeordnet ist, befindet sich auf einer dem zweiten Bereich 117 abgewandten Seite der zweiten Trenneinrichtung 113 und wird neben der zweiten Trenneinrichtung 113 seitlich von der Seitenwand 19 und unten von dem Boden 31 des Behälters 11 begrenzt.
Die erste Trenneinrichtung 111 und die zweite Trenneinrichtung 113 können auf vielfältige Weise mit dem Behälter 11 verbunden sein, wobei sie beispielsweise in in einer Wand 17, 19, 31 des Behälters 11 vorgesehene Nuten einsteckbar und beispielsweise über Befestigungseinrichtungen in ihrer Endposition festlegbar sind. Die Trenneinrichtungen 111 und 113 sind in ihrem dem Boden 31 zuweisenden Bereich im Wesentlichen der Form der den Trenneinrichtungen 111, 113 zuweisenden Oberfläche des Bodens 31 nachgebildet, so dass die Trenneinrichtungen 111, 113 insbesondere möglichst vollflächig an dem Boden 31 anliegen. Auch ein kleiner Abstand zwischen der jeweiligen Trenneinrichtung 111, 113 und dem Boden 31 in radialer Richtung der Achse 25, welcher beispielsweise aufgrund von Toleranzen bestehen kann, kann vorgesehen sein, insbesondere wenn der dabei vorliegende größte Abstand kleiner als der kleinste Bearbeitungskörper 33 des jeweils verwendeten Bearbeitungsmittels 13 ist und somit ein Durchtritt der Bearbeitungskörper 33 von einem Bereich 115, 117, 119 zu einem anderen Bereich 115, 117, 119 unterbunden ist. Alternativ hierzu kann zwischen der jeweiligen Trenneinrichtung 111, 113 und dem Boden 31 eine Dichteinrichtung vorgesehen sein.
Der Behälter 11 kann eine Vielzahl von Anbindungsstellen für Trenneinrichtungen aufweisen, so dass für die Bearbeitung verschiedener Bauteile verschiedenartig ausgeführte Trenneinrichtungen in verschiedenen Positionen mit dem Behälter 11 verbindbar sind.
Während einer Bearbeitung der Rotorvorrichtung 3 liegt zwischen der jeweiligen Trenneinrichtung 111, 113 und der Rotorvorrichtung 3 eine Relativbewegung vor, wenn die Rotorvorrichtung 3 um die Achse 25 gedreht wird. Entsprechend ist die Trenneinrichtung 111, 113 hier nicht fest mit der Rotorvorrichtung 3 verbunden.
Im vorliegenden Fall wirkt die jeweilige Trenneinrichtung 111, 113 mit einem Bereich zwischen benachbarten Stufen 5 der Rotorvorrichtung 3, einem sogenannten Annulus, zusammen. Wie in den 16 und 17 stark vereinfacht dargestellt ist, kann es hierbei vorgesehen sein, dass in im Wesentlichen radialer Richtung zu der Achse 25 zwischen der jeweiligen Trenneinrichtung 111, 113 und der Rotorvorrichtung 3 jeweils ein kleiner Spalt vorliegt, welcher insbesondere kleiner als der kleinste Bearbeitungskörper 33 eines zur Bearbeitung vorgesehenen Bearbeitungsmittels 13 ist. Die einander zuweisenden Konturen der Rotorvorrichtung 3 und der Trenneinrichtungen 111, 113 können wie in der 16 gezeigt – beispielsweise jeweils zackenförmig ausgeführt und aufeinander abgestimmt sein. Alternativ hierzu können die Konturen auch plan ausgeführt sein, wie dies in der 17 ersichtlich ist.
Bei der zu der Ausführung der 16 alternativen Ausführung der 17 ist zwischen der Trenneinrichtung 111, 113 eine Dichteinrichtung 121 vorgesehen, welche hier in der Art einer Bürstendichtung ausgeführt ist. Ein in radialer Richtung der Achse 25 vorliegender Abstand zwischen der Trenneinrichtung 111, 113 kann hierbei auch größer als ein Durchmesser der kleinsten Bearbeitungskörper 33 des Bearbeitungsmittels 13 sein. Die Dichteinrichtung 121 kann dabei sowohl umlaufend mit der Rotorvorrichtung 3 als auch mit der Trenneinrichtung 111 bzw. 113 verbunden sein. Alternativ hierzu können auch sowohl an der Trenneinrichtung 111, 113 als auch an der Rotorvorrichtung 3 Dichteinrichtungen angeordnet sein, welche zur Abdichtung zwischen benachbarten Bereichen 115 und 117 bzw. 117 und 119 des Behälters 11 zusammenwirken. Bei der Wahl der jeweiligen Dichteinrichtung 121 ist zu beachten, dass diese möglichst keine Bearbeitungskörper 33 einlagern, da dies bei einer Relativbewegung der Rotorvorrichtung 3 zu der Dichteinrichtung 121 zu einer Beschädigung der Rotorvorrichtung 3 führen könnte.
Ein Zusammenwirken der jeweiligen Trenneinrichtung 111, 113 mit der Rotorvorrichtung 3 findet insbesondere in einem Bereich der Rotorvorrichtung 3 statt, welcher nicht bearbeitet werden muss. Insbesondere kann eine Trenneinrichtung 111, 113 mit im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Bereichen zwischen benachbarten Stufen 5 der Rotorvorrichtung 3 zusammenwirken, welche eine sogenannte Plasmaschicht oder eine als seal fin bezeichnete umlaufende Dichtlippe aufweisen.
Die Trenneinrichtungen 111, 113 werden insbesondere zur Bearbeitung einer Rotorvorrichtung 3 vorgesehen, bei welcher verschiedene Bereiche unterschiedlich bearbeitet werden sollen. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass verschiedene Stufen 5 der Rotorvorrichtung mit unterschiedlichen Materialien oder Materialgruppen ausgebildet sind, welche beispielsweise mit unterschiedlichen Arten von Bearbeitungsmittel 13 und/oder einer unterschiedlichen Menge von Bearbeitungsmittel 13 bearbeitet werden sollen. Hierdurch wird beispielsweise die Bearbeitung von in Blisk-Bauweise ausgeführten Rotorvorrichtungen 3, welche erst nach einer Verbindung der einzelnen Stufen 5 gemeinsam bearbeitet werden können, und bei welcher einzelne Stufen 5 mit unterschiedlichen Werkstoffen ausgeführt sind, erst ermöglicht.
Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass eine einzelne oder ausgewählte Stufen 5 der Rotorvorrichtung 3 alleine bearbeitet wird bzw. werden, indem lediglich in einem Bereich Bearbeitungsmittel 13 angeordnet wird und andere Bereiche während der Bearbeitung leer belassen werden. Dies kann insbesondere bei der Reparatur von einzelnen Stufen 5 einer Rotorvorrichtungen 3 vorteilhaft sein.
Mittels der Trenneinrichtungen 111, 113 kann für jeden Bereich 115, 117, 119 ein separates Bearbeitungsmittel 13 mit gegebenenfalls unterschiedlichen Bearbeitungskörpern 33 und/oder unterschiedlichem Zusatz gewählt werden, wobei das jeweilige Bearbeitungsmittel 13 auf die Bearbeitung des Materials des jeweils zu bearbeitenden Bereichs der Rotorvorrichtung 3 abgestimmt werden kann. Zudem kann eine Schüttguthöhe H in den einzelnen Bereichen 115, 117, 119 an die Bearbeitung des jeweils zu bearbeitenden Bereiches individuell angepasst werden.
Wenn die Trenneinrichtungen 111, 113 fest mit dem Behälter 11 verbunden sind, schwingen sie bei einer Anregung des Behälters 11 über die Anregungseinrichtungen 39 mit dem Behälter 11 mit. Hierdurch ist eine in Kontakt mit Bearbeitungskörpern 33 stehende Oberfläche des Bearbeitungsmittels 13 vergrößert, wodurch eine gleichmäßige Anregung der Bearbeitungskörper 33 mit geringeren Verlusten erreicht werden kann.
Es kann auch vorgesehen sein, dass über die Trenneinrichtungen 113, 115 die Rotorvorrichtung 3 zumindest teilweise gelagert wird, wodurch eine Lagerung der Welle 15 im Bereich der Seitenwände 17, 19 entlastet werden kann und länger haltbar ist.
Insbesondere vorteilhaft ist das Vorsehen der Trenneinrichtungen 113, 115 in Kombination mit bewegbaren Wänden 87, 89, 91 und/oder dem Vorsehen von Volumeneinrichtungen 45, 47, 53, da hierdurch auch ein in axialer Richtung und/oder radialer Richtung zwischen dem jeweils zu bearbeitenden Bereich 34 der Rotorvorrichtung und der jeweils angrenzenden Oberfläche des jeweiligen Bereichs 115, 117, 119 vorliegender Abstand, wie oben näher beschrieben, eingestellt werden kann, so dass eine für den jeweiligen Bereich 115, 117, 119 benötigte Menge an Bearbeitungsmittel 13 gegebenenfalls sehr gering sein kann.
Es kann hierbei vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Trenneinrichtungen integral mit einer Volumeneinrichtung ausgeführt oder in analoger Weise zur Anbindung an den Behälter auch mit der Volumeneinrichtung verbindbar ist bzw. sind. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass eine Trenneinrichtung oder mehrere Trenneinrichtungen in analoger Weise zur Anbindung an den Behälter auch mit einer bewegbaren Wand verbindbar ist bzw. sind.
In 18 ist die Vorrichtung 101 mit einer weiteren Trenneinrichtung 120 ersichtlich, wobei die Trenneinrichtung 120 vergleichbar zu den Trenneinrichtungen 113, 115 ausgeführt ist und mit einem Bereich der Rotorvorrichtung 3 zwischen einer fünften Stufe 5 der Rotorvorrichtung und einer sechsten Stufe 5 der Rotorvorrichtung 3 zusammenwirkt, so dass eine weiterer unabhängig von den Bereichen 115, 117, 119 zu bearbeitender Bereich 122 gebildet wird. In der 18 ist ein Zusammenwirken der Trenneinrichtungen 113, 115, 120 mit der Rotorvorrichtung 3 näher ersichtlich, wobei die Trenneinrichtungen 113, 115, 120 hierbei eine seal fin im Wesentlichen in axialer Richtung seitlich umgreifen.
In 19 ist eine zu der Vorrichtung 1 der 1 vergleichbare Vorrichtung 123 gezeigt, wobei sich diese von der Vorrichtung 1 in folgenden Merkmalen unterscheidet. In einem Innenraum 125 der Rotorvorrichtung 3 ist neben dem in dem Behälter 11 angeordneten Bearbeitungsmittel 13 ebenfalls ein Bearbeitungsmittel 127 mit einer Vielzahl von Bearbeitungskörpern 129 angeordnet. Das Bearbeitungsmittel 127 ist zur Bearbeitung insbesondere der Scheibenräder 7 der einzelnen Stufen 5 und der die Stufen 5 verbindenden Bereiche der Rotorvorrichtung 3, sogennanten Annuli, vorgesehen.
Vor einer Anordnung der Rotorvorrichtung 3 an dem Behälter 11 ist es hier vorgesehen, dass zunächst ein in axialer Richtung erster seitlicher Bereich der Rotorvorrichtung 3 mit einer hier im Querschnitt etwa U-förmigen ersten Abschlussvorrichtung 131 in Wirkverbindung gebracht wird. Die erste Abschlussvorrichtung 131 kann insbesondere an bereits vorhandenen Anbindungsstellen der Rotorvorrichtung 3 angeordnet werden, wobei ein mit der ersten Abschlussvorrichtung 131 zusammenwirkender Bereich der Rotorvorrichtung 3 insbesondere ein nicht zur Bearbeitung mit dem Bearbeitungsmittel 127 vorgesehener Bereich ist. Anschließend wird eine gewünschte Menge des Bearbeitungsmittels 127 in den Innenraum 125 der Rotorvorrichtung 3 eingefüllt und ein zweiter, dem ersten seitlichen Bereich in axialer Richtung abgewandter seitlicher Bereich der Rotorvorrichtung 3 mit einer im Querschnitt ebenfalls im Wesentlichen U-förmigen und insgesamt wie die erste Abschlussvorrichtung 131 deckelförmig ausgeführten zweiten Abschlussvorrichtung 133 verbunden.
Der Innenraum 125 der Rotorvorrichtung 3 wird von der Welle 15 durchlaufen und in axialer Richtung zumindest bereichsweise von den Abschlussvorrichtungen 131 und 133 begrenzt und insbesondere abgeschlossen. In radialer Richtung wird der Innenraum 125 von den einzelnen Stufen 5 der Rotorvorrichtung 3 und insbesondere von einer der Welle 15 zugewandten Seite der die einzelnen Stufen 5 verbindenden Bereiche, der Annuli, begrenzt.
Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass die seitlichen Abschlussvorrichtungen 131 und 133 in der Art der Einspanneinrichtungen 21 und 23 ausgeführt oder beliebig andersartig geformt sind. Die Verwendung der Abschlussvorrichtungen 131 und 133 hat allerdings den Vorteil, dass diese im Prinzip eine Kammer jeweils in axialer Richtung außerhalb der äußersten Stufen 5 der Rotorvorrichtung 3 bilden und hierdurch der Innenraum 125 gegenüber dem Innenraum 27 derart in axialer Richtung vergrößert ist, dass auch eine jeweils der Abschlussvorrichtungen 131 bzw. 133 zugewandte Oberfläche der Scheibenräder 7 der jeweils äußeren Stufen dem Innenraum 125 zugeordnet ist und während der Bearbeitung mitbearbeitet werden kann.
Da der zu bearbeitende Bereich 135 prinzipiell mit größeren Kräften als der zu bearbeitende Bereich 34 bearbeitet werden soll, insbesondere da dem Innenraum 125 zugewandte Wandstärken größer als Wandstärken des zu bearbeitenden Bereichs 34 sind, können die Bearbeitungskörper 129 des Bearbeitungsmittels 127 größer als die Bearbeitungskörper 33 des Bearbeitungsmittels 13 ausgeführt sein. Ansonsten können das Bearbeitungsmittel 127 und die Bearbeitungskörper 129 im Wesentlichen in analoger Weise zu dem Bearbeitungsmittel 13 und den Bearbeitungskörpern 33 ausgeführt sein, wobei insbesondere lediglich nicht-abrasive Bearbeitungskörper 33 zum Einsatz kommen, mit den in eine Randschicht des zu bearbeitenden Bereichs 135 Druckeigenspannungen eingebracht werden können und eine Rauheit einer Oberfläche des zu bearbeitenden Bereichs 135 reduziert werden kann.
Die Abschlussvorrichtungen 131 und 133 können in vergleichbarer Weise wie die Einspanneinrichtungen 21 und 23 mit der Welle 15 verbunden werden, wobei die Welle 15 anschließend mit der Rotorvorrichtung 3 mit den Seitenwänden 17, 19 des Behälters 11 in Wirkverbindung gebracht wird. Vor einer Anordnung der Rotorvorrichtung 3 an dem Behälter 11 kann der Behälter 11 – wie oben beschrieben – mit Volumeneinrichtungen 45, 47, 53 in Wirkverbindung gebracht werden oder die jeweiligen Volumeneinrichtungen 45, 47, 53 können mit der Welle 15 verbunden werden. Alternativ hierzu kann der Behälter auch mit bewegbaren Wänden ausgeführt sein und/oder vor einer Anordnung der Welle 15 an dem Behälter 11 und/oder den Volumeneinrichtungen 45, 47, 53 Trenneinrichtungen 111, 113 angeordnet werden.
Besonders einfach ist die Befüllung des Innenraums 127 der Rotorvorrichtung 3 durchführbar, wenn eine oben näher beschriebene Schwenkeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Rotorvorrichtung außerhalb des Behälters in Eingriff bringbar ist, die Rotorvorrichtung anschließend in einer im Wesentlichen vertikalen Anordnung mit Bearbeitungsmittel befüllt wird und die Rotorvorrichtung nach einer Anordnung der weiteren Abschlussvorrichtung an der Rotorvorrichtung 3 in den Innenraum 127 des Behälters 11 geschwenkt wird.
Eine Schüttguthöhe H des Bearbeitungsmittels 127 ist hier wiederum 3 derart gewählt, dass jeder Bereich eines gesamten zu bearbeitender Bereichs 135 der Rotorvorrichtung 3, welcher hier aus den Scheibenrädern 5 und den Annuli besteht, während einer Rotation der Rotorvorrichtung 3 um die Achse 25 wenigstens einmal vollständig aus dem Bearbeitungsmittel 127 auftaucht und einmal vollständig in das Bearbeitungsmittel 127 eintaucht. Im Prinzip kann die Menge des eingesetzten Bearbeitungsmittels 127 und die daraus resultierende Schüttguthöhe H des Bearbeitungsmittels 127 wie weiter oben näher beschrieben variiert werden, wobei bei der gezeigten Ausführung mit einem vollständig mit einem geringen Abstand unterhalb der Welle 15 angeordneten Bearbeitungsmittel 127 gegebenenfalls auf eine Abdichtung im Bereich der Abschlussvorrichtungen 131, 133 verzichtet werden kann.
Während einer Bearbeitung mit aktivierten Anregungseinrichtungen 39 wird mit der Vorrichtung 123 nunmehr gleichzeitig der dem Innenraum 125 zugeordnete zu bearbeitende Bereich 135 als auch der äußere zu bearbeitende Bereich 34 mit einer einzigen Vorrichtung 125 bearbeitet, so dass eine gesamte Bearbeitungszeit sehr gering ist. Während einer Bearbeitung wird die Rotorvorrichtung 3 über die Welle 15 gedreht, wobei die Welle 15 drehbar aber ansonsten fest mit dem Behälter 11 verbunden ist. Prinzipiell sind zur Anregung des Behälters 11 sämtliche oben näher beschriebenen Möglichkeiten einsetzbar. Nach einer Bearbeitung der Rotorvorrichtung 3 wird das Bearbeitungsmittel 127 wieder aus dem Innenraum 125 ausgeleert.
In 20 ist eine stark vereinfachte Ausführung einer weiteren Vorrichtung 137 gezeigt, welche im Wesentlichen der Vorrichtung 123 der 19 entspricht. Bei der Vorrichtung 137 ist die Lagerung der Rotationsvorrichtung 3 gegenüber dem Behälter 11 allerdings abgeändert, wobei eine mit den Seitenwänden 17, 19 wirkverbundene Lagerung integral mit Abschlussvorrichtungen 139, 141 ausgeführt ist, so dass den Innenraum 125 der Rotorvorrichtung 3 keine Welle durchläuft. Bei einer derartigen Ausführung ist durch den Entfall der Welle keine Abdichtung in diesem Bereich erforderlich. Die Abschlussvorrichtungen 139, 141 weisen, wie in 20 schematisch gezeigt ist, jeweils einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Achsfortsatz 143, 145 auf, über welchen die Rotorvorrichtung 3 im Bereich der Seitenwände 17, 19 des Behälters 11 gelagert ist, wobei die Rotorvorrichtung 3 über die Achsfortsätze 143, 145 wiederum um die Achse 25 drehbar gelagert ist.
Eine weitere alternative Ausführung einer Vorrichtung 147 ist in der 21 ersichtlich. Hierbei ist eine hier vierstufige Rotorvorrichtung 149 in ähnlicher Weise wie die Rotorvorrichtung 3 in der 19 mit zwei seitlichen Abschlussvorrichtungen 151, 153 verbunden. Die Abschlussvorrichtungen 151, 153 sind wiederum um die Achse 25 drehbar, wobei die Abschlussvorrichtungen 151, 153 hierzu allerdings nicht im Bereich der Seitenwände 17, 19 des Behälters 11 gelagert sind, sondern mit einer separaten Haltevorrichtung 155, welche in der 21 stark schematisiert gezeigt ist, verbunden sind. Die Haltevorrichtung 155 kann beispielsweise mit Roboterarmem verbunden sein, wobei die Haltevorrichtung 155 über die Roboterarme bewegbar ist und der Rotorvorrichtung 149 ein Bewegungsmuster aufgeprägt werden kann. Zusätzlich kann eine Antriebseinrichtung vorgesehen sein, über welche die Rotorvorrichtung 149 um ihre Achse 25 angetrieben werden kann.
Die Rotorvorrichtung 149 wird über die Halteeinrichtung 155 unabhängig von dem Behälter 11 gelagert und kann zur Bearbeitung eines äußeren zu bearbeitenden Bereichs 157, in das in dem Behälter 11 angeordneten Bearbeitungsmittels 13 gehalten werden. Die Rotorvorrichtung 149 ist bei dieser Ausführung während der Bearbeitung von dem Behälter 11 entkoppelt und kann über die Haltevorrichtung 155 neben einer rein rotatorischen Bewegung auch mit komplexeren Bewegungsmustern während einer Bearbeitung bewegt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Rotorvorrichtung 149 während einer Bearbeitung um Winkel α gegenüber einer vertikalen Achse 159 verschwenkt wird. Hierdurch kann die Rotorvorrichtung 3 beispielsweise in eine Taumelbewegung versetzt werden, durch welche sichergestellt werden kann, dass das Bearbeitungsmittel 127 zwischen von zwei benachbarten Scheibenrädern 7 gebildeten ”Kammern” bewegt wird und ein kontinuierlicher Fluss des Bearbeitungsmittels 127 erzeugt wird. Auch mit der Vorrichtung 147 ist eine simultane Bearbeitung von einer einem Innenraum 161 zugewandten Fläche und einer äußeren Fläche der Rotorvorrichtung 147 im Rahmen der bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich.
Eine von dem Behälter entkoppelte Lagerung der Rotorvorrichtung ist prinzipiell auch bei allen vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen einsetzbar, wobei hierbei auch vorgesehen sein kann, dass lediglich die Rotorvorrichtung in Schwingung versetzbar ist oder sowohl der Behälter als auch die Rotorvorrichtung in Schwingung versetzbar ist. In letzterem Fall kann es auch vorgesehen sein, dass die Anregungsfrequenzen der Rotorvorrichtung und des Behälters sich voneinander unterscheiden oder gleich sind, wobei diese auch beispielsweise phasenversetzt zueinander angeregt werden können.
Sowohl bei an dem Behälter gelagerter Rotorvorrichtung als auch bei einer von dem Behälter entkoppelten Lagerung der Rotorvorrichtung kann eine Drehbewegung der Rotorvorrichtung um die Achse auch durch eine über Anregungseinrichtungen induzierte Bewegung der Bearbeitungskörper verursacht werden, so dass keine separate Antriebseinrichtung zur Drehung der Rotorvorrichtung vorzusehen ist.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
3: Rotorvorrichtung
5: Stufe
7: Scheibenrad
9: Schaufel
11: Behälter
13: Bearbeitungsmittel
15: Einrichtung; Welle
17: Seitenwand des Behälters
18: Seitenwand des Behälters
19: Seitenwand des Behälters
20: Seitenwand des Behälters
21: Einspanneinrichtung
23: Einspanneinrichtung
25: Achse
27: Innenraum
29: Oberfläche des Innenraums
31: Boden des Behälters
33: Bearbeitungskörper
34: zu bearbeitender Bereich der Rotorvorrichtung
35: Feder-/Dämpfereinrichtung
37: Referenzeinrichtung
39: Anregungseinrichtung
41: Platte
43: Oberfläche des Bearbeitungsmittels
45: Volumeneinrichtung
47: Volumeneinrichtung
49: Oberfläche der Volumeneinrichtung
51: Oberfläche der Volumeneinrichtung
53: Volumeneinrichtung
55: Rotorvorrichtung
57: Raum
59: zu bearbeitender Bereich der Rotorvorrichtung
61: Oberfläche der Volumeneinrichtung
63: Einrichtung
65: Bereich
67: Rotorvorrichtung
69: Schaufel
71: Stufe
73: Bereich der Einrichtung
75: Bereich der Einrichtung
77: zu bearbeitender Bereich der Rotorvorrichtung
79: Bereich der Einrichtung
81: Vorrichtung
83: Vorrichtung
85: Vorrichtung
86: Rotorvorrichtung
87: Seitenwand des Behälters
89, 89': Boden des Behälters
91, 91': Seitenwand des Behälters
93: Antriebseinrichtung
95: Innenraum
97: Behälter
99: Bereich
101: Vorrichtung
102: Seitenwand
103: Referenzeinrichtung
104: Seitenwand
105: Referenzeinrichtung
106: Boden
107: Referenzeinrichtung
108: Behälter
109: Referenzeinrichtung
110: zu bearbeitender Bereich
111: erste Trenneinrichtung
112: Rotorvorrichtung
113: zweite Trenneinrichtung
115: erster Bereich
117: zweiter Bereich
119: dritter Bereich
120: Trenneinrichtung
121: Dichteinrichtung
122: Bereich
123: Vorrichtung
125: Innenraum
127: Bearbeitungsmittel
129: Bearbeitungskörper
131: erste Abschlussvorrichtung
133: zweite Abschlussvorrichtung
135: zu bearbeitender Bereich der Rotorvorrichtung
137: Vorrichtung
139: Abschlussvorrichtung
141: Abschlussvorrichtung
143: Achsfortsatz der Abschlussvorrichtung
145: Achsfortsatz der Abschlussvorrichtung
147: Vorrichtung
149: Rotorvorrichtung
151: Abschlussvorrichtung
153: Abschlussvorrichtung
155: Haltevorrichtung
157: zu bearbeitender Bereich der Rotorvorrichtung
159: vertikale Achse
161: Innenraum
H: Schüttguthöhe
A1 bis A6: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009021582 A1 [0002]
DE 102011007705 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1, 81, 83, 85, 101, 123, 137, 147) zur nicht-abrasiven Randschichtbearbeitung eines Bauteils (3, 55, 67, 86, 112, 149) in einem Behälter (11, 97, 108), wobei das Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) um eine Achse (25) gegenüber dem Behälter (11, 97, 108) drehbar gelagert ist und zumindest bereichsweise in einem zur Einbringung von Druckeigenspannungen in eine Randschicht des Bauteils (3, 55, 67, 86, 112, 149) und zur Reduzierung einer Rauheit einer Bauteiloberfläche des Bauteils (3, 55, 67, 86, 112, 149) vorgesehenen und in dem Behälter (11, 97, 108) befindlichen Bearbeitungsmittel (13) angeordnet ist, und wobei wenigstens eine Anregungseinrichtung (39) vorgesehen ist, mittels welcher nicht-abrasive Bearbeitungskörper (33) des Bearbeitungsmittels (13) zur Bearbeitung des Bauteils (3, 55, 67, 86, 112, 149) in Bewegung versetzbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) relativ zu dem Behälter (11, 97, 108) derart positioniert ist, dass bei sich in einer Bearbeitungsposition befindlichem Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) zwischen einem zu bearbeitenden Bereich (34, 59, 77, 110, 157) des Bauteils (3, 55, 67, 86, 112, 149) und einer dem Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) zugewandten Oberfläche (29) des Behälters (11, 97, 108) ein orthogonal zu der Achse (25) vorliegender Abstand (A) vorgesehen ist, welcher kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers (33) des Bearbeitungsmittels (13) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt ist und insbesondere ein Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) einer Gasturbine ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11, 97, 108) bei zur Bearbeitung im Bereich des Behälters (11, 97, 108) angeordneten Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) zumindest bereichsweise wenigstens annähernd konzentrisch zu der Achse (25) des Bauteils (3, 55, 67, 86, 112, 149) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11, 97, 108) in Achsrichtung des Bauteils (3, 55, 67, 86, 112, 149) derart ausgeführt ist, dass ein orthogonal zu der Achse (25) vorliegender Abstand (A) zwischen einer Hüllkurve des zu bearbeitenden Bereiches (34, 59, 77, 110, 157) des Bauteils (3, 55, 67, 86, 112, 149) in Achsrichtung und einer dem Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) zugewandten Oberfläche (29) des Behälters (11, 97, 108) in jedem Punkt kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers (33) des Bearbeitungsmittels (13) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Richtung der Achse (25) vorliegender Abstand (A) zwischen dem zu bearbeitenden Bereich (34, 59, 77, 110, 157) des Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) und einer dem Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) zugewandten Oberfläche (29) des Behälters (11, 97, 108) kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers (33) des Bearbeitungsmittels (13) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Rotorvorrichtung (3, 55, 67, 86, 112, 149) mit einem Scheibenrad (7) und umlaufend vorgesehenen Schaufeln (9, 69) ausgeführt ist, wobei in einen Raum zwischen wenigstens zwei in Umfangsrichtung benachbarten Schaufeln (9, 69) einer Stufe (5, 71) der Rotorvorrichtung (3, 55, 67, 86, 112, 149) zumindest bereichsweise eine Einrichtung (63) ragt, so dass ein zwischen der jeweiligen Schaufel (9, 69) und der Einrichtung (63) vorliegender Abstand (A) jeweils kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers (33) des Bearbeitungsmittels (13) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Rotorvorrichtung (3, 55, 67, 86, 112, 149) mit mehreren Stufen (5, 71) ausgebildet ist und in axialer Richtung der Achse (25) betrachtet, zwischen Schaufeln (9, 69) von zwei benachbarten Stufen (5, 71) der Rotorvorrichtung (3, 55, 67, 86, 112, 149) wenigstens eine Einrichtung (63) hineinragt, so dass ein in axialer Richtung der Achse (25) zwischen den Schaufeln (9, 69) der jeweiligen Stufe (5, 71) und der Einrichtung (63) vorliegender Abstand (A) jeweils kleiner oder gleich 20 Mal einem maximalen Durchmesser des größten Bearbeitungskörpers (33) des Bearbeitungsmittels (13) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Abstand (A1 bis A6) zwischen dem Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) und der dem Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) zugewandten Oberfläche (29) des Behälters (11, 97, 108) bzw. der Einrichtung (63) zwischen fünf und zehn Mal einem Durchmesser von Bearbeitungskörpern (33) des Bearbeitungsmittels (13) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (25) im Wesentlichen horizontal oder im Wesentlichen vertikal angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bereich einer Wand (87, 89, 91, 99) des Behälters (97) relativ zu weiteren Wandbereichen (87, 89, 91, 99) des Behälters (97) bewegbar ist, so dass ein zur Aufnahme des Bearbeitungsmittels (13) vorgesehenes Volumen des Behälters (97) variierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand (87, 89, 91) des Behälters (97) mehrere insbesondere unabhängig voneinander bewegbare Bereiche aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11, 97, 108) wenigstens eine Volumeneinrichtung (45, 47, 53) aufweist, mittels welcher ein zur Aufnahme des Bearbeitungsmittels (13) vorgesehenes Volumen des Behälters (11, 97, 108) gegenüber einem Zustand ohne die wenigstens eine Volumeneinrichtung (45, 47, 53) reduziert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine sich zumindest bereichsweise im Wesentlichen orthogonal zu der Achse (25) erstreckende Trenneinrichtung (111, 113, 120) vorgesehen ist, mittels welcher ein Innenraum (27, 95) des Behälters (11, 97, 108) derart in verschiedene, zumindest bereichsweise voneinander getrennte Bereiche (115, 117, 119, 122) geteilt ist, dass verschiedene Bereiche des Bauteil (3, 55, 67, 86, 112, 149) verschiedenen Bereichen (115, 117, 119, 122) des Behälters (11, 97, 108) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11, 97, 108) über wenigstens eine Anregungseinrichtung (39) mit einer Referenzeinrichtung (37) verbindbar ist, wobei die Anregungseinrichtung (39) zur Bewegung des Behälters (11, 97, 108) gegenüber der Referenzeinrichtung (37) in zumindest einer Richtung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anregungseinrichtung (39) als Aktuator, insbesondere pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Aktuator ausgeführt ist, mittels welcher insbesondere eine Bewegung des Behälters (11, 97, 108) in einer Richtung bewirkbar ist.