DE102017208949A1

DE102017208949A1 - Verfahren zum Reinigen einer Schaufelfußaufnahmenut

Info

Publication number: DE102017208949A1
Application number: DE102017208949.0A
Authority: DE
Inventors: Artem Bork; Thomas Meyer; Kai Mielich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2018-11-29
Also published as: WO2018219587A1; EP3600761A1; US20200078900A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen einer an einem Rotor (2) einer Axialströmungsmaschine ausgebildeten Aufnahmenut (4), die zur Aufnahme eines Schaufelfußes einer Laufschaufel dient, bei dem ein wenigstens bereichsweise mit zumindest einer abrasiven Oberfläche (5) versehener, länglich ausgebildeter Basiskörper (6) eines Bearbeitungswerkzeugs (1) in die Aufnahmenut (4) eingeführt und in dieser unter Durchführung einer spanenden Bearbeitung vor und zurück bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Basiskörpers (6) derart an die Kontur der zu reinigenden Aufnahmenut (4) angepasst ist, dass der Basiskörper im in die Aufnahmenut (4) eingesetzten Zustand im Wesentlichen formschlüssig an der Wandung der Aufnahmenut derart anliegt, dass er während der Vor- und Zurückbewegung als Führungskörper dient. Ferner betrifft die Erfindung ein Bearbeitungswerkzeug zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen einer an einem Rotor einer Axialströmungsmaschine ausgebildeten Aufnahmenut, die zur Aufnahme eines Schaufelfußes einer Laufschaufel dient, bei dem ein wenigstens bereichsweise mit zumindest einer abrasiven Oberfläche versehener, länglich ausgebildeter Basiskörper eines Bearbeitungswerkzeugs in die Aufnahmenut eingeführt und in dieser unter Durchführung einer spanenden Bearbeitung vor und zurück bewegt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Bearbeitungswerkzeug zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
In Axialströmungsmaschinen, wie beispielsweise in Turbinen oder Verdichtern, sind die Schaufelfüße der Laufschaufeln in am Rotor vorgesehenen Aufnahmenuten gehalten, die entlang des Umfangs einer Welle oder einer Radscheibe des Rotors äquidistant beabstandet ausgebildet sind und sich in im Wesentlichen axialer Richtung der Strömungsmaschine erstrecken. Die Kontur der Aufnahmenuten entspricht dabei der Kontur der aufzunehmenden Schaufelfüße, so dass die Schaufelfüße in axialer Richtung in die Aufnahmenuten eingeschoben werden können und im montierten Zustand formschlüssig in der jeweiligen Aufnahmenut sitzen. Eine hinlänglich bekannte und vielfach zum Einsatz kommende Kontur der Aufnahmenuten und korrespondierenden Schaufelfüße ist die Schwalbenschwanzkontur oder die Tannenbaumkontur.
Im Betrieb der Strömungsmaschine unterliegen die Laufschaufeln hohen Beanspruchungen, die dazu führen können, dass sich unerwünschte Oxidschichten im Bereich der Aufnahmenuten bilden. Solche Oxidschichten sind im Rahmen von Wartungs- oder Reparaturarbeiten regelmäßig zu entfernen. Hierzu werden derzeit meist Diamantfeilen eingesetzt. Auch ist die Verwendung von Schleifpapier weit verbreitet. In beiden Fällen ist die Bearbeitung sehr mühsam, da einige Bereiche der Aufnahmenut nur schlecht zugänglich sind. Darüber hinaus bedarf es zur Erzielung eines gleichmäßigen Arbeitsergebnisses aber auch handwerklichen Geschicks.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein alternatives Bearbeitungswerkzeug zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Außenkontur des Basiskörpers derart an die Kontur der zu reinigenden Aufnahmenut angepasst ist, dass der Basiskörper im in die Aufnahmenut eingesetzten Zustand im Wesentlichen formschlüssig an der Wandung der Aufnahmenut derart anliegt, dass er während der Vor- und Zurückbewegung als Führungskörper dient. Dank einer solchen Ausgestaltung des Basiskörpers sind auch manuell nur schwer erreichbare Bereiche der Aufnahmenut einfach zu bearbeiten. Darüber hinaus sind die Anforderungen an das handwerkliche Geschick der bearbeitenden Person vergleichsweise gering.
Vorteilhaft wird die zumindest eine abrasive Oberfläche während der spanenden Bearbeitung mit einer Federkraft gegen die Wandung der Aufnahmenut gedrückt. Entsprechend erfolgt über die Federkraft eine automatische Zustellung der abrasiven Oberfläche zur zu bearbeitenden Wandung der Aufnahmenut. Darüber hinaus wird aber auch einem unerwünschten Verkeilen des Basiskörpers innerhalb der Aufnahmenut während der Durchführung der Vor- und Zurückbewegung effektiv entgegengewirkt.
Die Federkraft ist bevorzugt einstellbar, wodurch die Flexibilität der Bearbeitung verbessert wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Basiskörper innerhalb der Aufnahmenut manuell bewegt. Entsprechend sind die Kosten für das Bearbeitungswerkzeug gering.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Bearbeitungswerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend einen mit zumindest einer abrasiven Oberfläche versehenen, länglich ausgebildeten Basiskörper, dessen Außenkontur derart an die Kontur der zu reinigenden Aufnahmenut angepasst ist, dass sich dieser im Wesentlichen formschlüssig in die Aufnahmenut einsetzen lässt und als Führungskörper dient.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeugs stehen von der Unterseite des Basiskörpers Rollenkörper vor, welche die Bewegung des Basiskörpers durch die Aufnahmenut erleichtern.
Die Rollenkörper sind bevorzugt an einer Rollenkörperplatte angeordnet, die gegen die Federkraft zumindest einer Rückholfeder abwärts bewegbar an dem Basiskörper gehalten ist, wobei ein Stellmittel vorgesehen ist, bei dessen Betätigung die Platte federelastisch gegen die Federkraft der zumindest einen Rückholfeder abwärts gedrückt wird. Dank einer solchen Konstruktion wird der Basiskörper zusammen mit der zumindest einen abrasiven Oberfläche während der Vor- und Zurückbewegung durch eine zu reinigende Aufnahmenut über die Stellmittel gegen die Wandung der Aufnahmenut gedrückt, wobei über die zumindest eine Rückholfeder die gewünschte Flexibilität bereitgestellt wird.
Das Stellmittel weist bevorzugt eine Stellschraube, die von oben in eine mit einem Innengewinde versehene, sich bis zu der Platte erstreckende Durchgangsbohrung des Basiskörpers geschraubt ist, und eine in der Durchgangsbohrung aufgenommene Druckfeder auf, die sich einerseits gegen die Stellschraube und andererseits gegen die Platte abstützt. Auf diese Weise wird ein einfacher und preiswerter Aufbau erzielt.
Vorteilhaft ist die zumindest eine abrasive Oberfläche als eine Schleifoberfläche ausgebildet, insbesondere in Form einer Diamantbeschichtung. Mit einer solchen Diamantbeschichtung lassen sich auch Materialien höchster Festigkeit bearbeiten.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zumindest eine abrasive Oberfläche lösbar an dem Basiskörper befestigt, insbesondere in Form einer mit der abrasiven Oberfläche versehenen Werkzeugplatte, die bevorzugt in einer am Basiskörper ausgebildeten Vertiefung aufgenommen ist. Die lösbare Befestigung der abrasiven Oberfläche ist daher von Vorteil, dass verschlissene abrasive Oberflächen ohne weiteres ausgetauscht werden können. Die Aufnahme in einer am Basiskörper ausgebildeten Vertiefung wirkt einem versehentlichen Verrutschen der abrasiven Oberfläche entgegen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeugs ist die zumindest eine abrasive Oberfläche an einem aufwärts weisenden Flächenabschnitt eines seitich vorstehenden Vorsprungs des Basisabschnitts angeordnet.
Der Basiskörper ist bevorzugt in Längsrichtung in drei Teile unterteilt, die über Schnellverschlüsse aneinander befestigbar sind. Entsprechend kann der Basiskörper zum Transport zerlegt und einfacher verstaut werden.
Vorteilhaft ist an dem Basiskörper ein aufwärts vorstehender Handgriff befestigt, der die Handhabung des Bearbeitungswerkzeugs erleichtert.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Bearbeitungswerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

1 eine schematische perspektivische Draufsicht eines Bearbeitungswerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Unteransicht des in 1 dargestellten Bearbeitungswerkzeugs;
3 eine Seitenansicht des Bearbeitungswerkzeugs;
4 eine stirnseitige Ansicht des Bearbeitungswerkzeugs;
5 eine geschnittene Seitenansicht des Bearbeitungswerkzeugs und
6 eine Ansicht des Bearbeitungswerkzeugs während der Reinigung einer an einem Rotor einer Axialströmungsmaschine ausgebildeten Aufnahmenut.

Die Figuren zeigen ein Bearbeitungswerkzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bearbeitungswerkzeug 1 dient zum Reinigen von an einem Rotor 2 einer in 6 nur teilweise dargestellten Axialströmungsmaschine 3 ausgebildeten Aufnahmenuten, in denen in bekannter Weise die Schaufelfüße der Laufschaufeln aufgenommen werden. Das Bearbeitungswerkzeug 1 umfasst als Hauptkomponenten einen eine abrasive Oberfläche 5 aufweisenden Basiskörper 6 und einen an diesem angeordneten, aufwärts vorstehenden Handgriff 7.
Der Basiskörper 6 ist länglich ausgebildet, wobei die Längsrichtung vorliegend mit der X-Richtung des eingezeichneten Koordinatensystems zusammenfällt, auf das nachfolgend Bezug genommen wird.
Im unteren Bereich ist die Außenkontur des Basiskörpers 6 derart an die Kontur der Aufnahmenuten 4 angepasst, dass sich der Basiskörper 6 seitlich in die Aufnahmenuten 4 einschieben lässt und dann im Wesentlichen formschlüssig an der Wandung der Aufnahmenut anliegt. Vorliegend umfasst der Basiskörper 6 hierzu beidseitig in Y-Richtung vorstehende Vorsprünge 8, die in die entsprechenden Hinterschneidungen 9 der schwalbenschwanzförmigen Aufnahmenuten 4 greifen. Entlang der aufwärts weisenden Flächenabschnitte der Vorsprünge 8 des Basiskörpers 6 erstreckt sich in X-Richtung jeweils eine durchgehende Vertiefung 10, in die jeweils mit einer abrasiven Oberfläche 5 versehene Werkzeugplatten 11 eingelegt und mit dem Basiskörper 6 verschraubt sind. Die abrasiven Oberflächen 5 werden vorliegend jeweils durch eine Diamantbeschichtung gebildet, die eine Schleifoberfläche definiert. Von einem mittleren Bereich der Unterseite des Basiskörpers 6 stehen mehrere Rollkörper 12 vor, die vorliegend in X-Richtung miteinander fluchtend angeordnet sind. Die Rollkörper 12 sind über entsprechende Schraubverbindungen lösbar an einer Rollkörperplatte 13 angeordnet, die in den Basiskörper 6 eingelassen ist und über Halteschrauben 14 an diesem gehalten ist. Die Halteschrauben 14 sind dabei von oben in entsprechende Durchgangsbohrungen 15 des Basiskörpers 6 eingesetzt und stützen sich über eine zugeordnete Rückholfeder 16 gegen den Basiskörper 6 derart ab, dass die Rollkörperplatte 13 gegen die Federkraft der Rückholfedern 16 abwärts relativ zum Basiskörper 6 bewegt werden kann. Ferner ist ein Stellmittel 17 vorgesehen, bei dessen Betätigung die Rollkörperplatte 13 federelastisch gegen die Federkraft der Rückholfedern 16 abwärts gedrückt wird. Das Stellmittel 17 umfasst vorliegend eine Stellschraube 18, die von oben in eine mit einem Innengewinde 19 versehene, sich bis zu der Rollkörperplatte 13 erstreckende Durchgangsbohrung 20 des Basiskörpers 6 geschraubt ist, und eine in der Durchgangsbohrung 20 aufgenommene Druckfeder 21, die sich einerseits gegen die Stellschraube 18 und andererseits gegen die Rollkörperplatte 13 abstützt.
Auch wenn der Basiskörper 6 grundsätzlich einteilig ausgebildet sein kann, ist er vorliegend in Längsrichtung in drei Teile unterteilt, und zwar in zwei baugleich ausgeführte Seitenteile 22 und in ein mittleres Teil 23, an dem der Handgriff 7, die Rollkörperplatte 13 und das Stellmittel 17 angeordnet sind. Die Seitenteile 22 sind vorliegend von oben formschlüssig auf das mittlere Teil 23 aufgesteckt, was über entsprechende Schwalbenschwanzverbindungen 24 realisiert ist.
Die Fixierung der Seitenteile 22 am mittleren Teil 23 erfolgt jeweils über einen Schnellverschluss 25. Jeder Schnellverschluss 25 umfasst einen Schnellverschlusshebel 26, der etwa mittig am entsprechenden Seitenteil 22 angeordnet und um einen sich in Y-Richtung erstreckenden Schwenkbolzen 27 verschwenkbar ist. Von dem Schnellverschlusshebel 26 steht abwärts eine Verzahnung 28 vor, die, wenn der Schnellverschlusshebel 26 abwärts um den Schwenkbolzen 27 verschwenkt wird, in eine korrespondierende Gegenverzahnung 29 eines Gleitelementes 30 greift, das in X-Richtung vor und zurück bewegbar an dem Seitenteil 22 gehalten ist. Die Geleitbewegung des Gleitelementes 30 wird in Richtung des freien Endes des Seitenteils 22 durch einen Anschlagbolzen 31 begrenzt. In der entgegengesetzten Richtung liegt das Gleitelement 30 an einem Verriegelungsbolzen 32 an, der in einer sich in X-Richtung erstreckenden Durchgangsöffnung 33 des Seitenteils 22 aufgenommen und über eine Rückholfeder 34 in Richtung des Gleitelementes 30 gedrückt wird. Das gegenüberliegende freie Ende des Verriegelungsbolzens 32 greift im verriegelten Zustand in eine fluchtend zur Durchgangsöffnung 33 ausgebildete Vertiefung 35 des mittleren Teils 23 ein.
Das Bearbeitungswerkzeug 1 wird im zerlegten Zustand transportiert. Um mit dem Bearbeitungswerkzeug 1 Aufnahmenuten 4 eines Rotors 2 einer Axialströmungsmaschine 3 zu reinigen, insbesondere von Oxidschichten zu befreien, muss das Bearbeitungswerkzeug 1 in einem ersten Schritt montiert werden. Hierzu werden die Seitenteile 22 jeweils von oben auf das mittlere Teil 23 bei geöffnetem Schnellverschluss 25 aufgeschoben. Anschließend werden die Schnellverschlusshebel 26 schwenkend um ihre Schwenkbolzen 27 abwärts bewegt, wobei die Verzahnungen 28 in die zugeordneten Gegenverzahnungen 29 der Gleitelemente 30 greifen, so dass diese entgegen der Federkraft der Rückholfedern 34 in Richtung des mittleren Teils 23 bewegt werden und die Verriegelungsbolzen 32 in die Vertiefungen 35 des mittleren Teils 23 schieben. In einem weiteren Schritt wird der nunmehr zusammengesetzte Basiskörper 6 in die zu bearbeitende Aufnahmenut 4 geschoben, wie es in 6 gezeigt ist. Daraufhin wird die Stellschraube 18 des Stellmittels 17 um ein vorbestimmtes Maß eingeschraubt, wodurch die Rollenkörperplatte 13 entgegen der Federkräfte der Rückholfedern 16 über die Druckfeder 21 abwärts bewegt wird. Auf diese Weise werden die abrasiven Oberflächen 5 in Abhängigkeit von der Einschraubtiefe der Stellschraube 18 mit einer vorbestimmten Kraft gegen die Wandung der Aufnahmenut 4 gedrückt. Nunmehr kann die Oberfläche der Aufnahmenut 4 spanend bearbeitet werden, indem der Handgriff 7 des Bearbeitungswerkzeugs 1 manuell gegriffen und der Basiskörper 6 innerhalb der Aufnahmenut 4 vor und zurück bewegt wird wobei der Basiskörper 6 bei dieser Bewegung als Führungskörper dient. Die Rollkörper 12 unterstützen diese Bewegung. Durch die federelastische Andrückkraft wird darüber hinaus ein Verkanten des Basiskörpers 6 innerhalb der Aufnahmenut 4 während der Vor- und Zurückbewegung verhindert.
Zum Einstellen der über die Stellschraube 18 bewirkten Andrückkraft kann am mittleren Teil 23 eine Skalierung 36 vorgesehen sein, wodurch insbesondere die Reproduzierbarkeit einer Bearbeitung verbessert werden kann. Die Skalierung 36 ist aber als optionales Merkmal zu betrachten.
Im Falle eines Verschleißes einer abrasiven Oberfläche 5 lässt sich die zugehörige Werkzeugplatte 11 einfach entfernen und durch eine neue Werkzeugplatte 11 ersetzen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Reinigen einer an einem Rotor (2) einer Axialströmungsmaschine ausgebildeten Aufnahmenut (4), die zur Aufnahme eines Schaufelfußes einer Laufschaufel dient, bei dem ein wenigstens bereichsweise mit zumindest einer abrasiven Oberfläche (5) versehener, länglich ausgebildeter Basiskörper (6) eines Bearbeitungswerkzeugs (1) in die Aufnahmenut (4) eingeführt und in dieser unter Durchführung einer spanenden Bearbeitung vor und zurück bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Basiskörpers (6) derart an die Kontur der zu reinigenden Aufnahmenut (4) angepasst ist, dass der Basiskörper im in die Aufnahmenut (4) eingesetzten Zustand im Wesentlichen formschlüssig an der Wandung der Aufnahmenut derart anliegt, dass er während der Vor- und Zurückbewegung als Führungskörper dient.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine abrasive Oberfläche (5) während der spanenden Bearbeitung mit einer Federkraft gegen die Wandung der Aufnahmenut (4) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft einstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (6) innerhalb der Aufnahmenut (4) manuell bewegt wird.
Bearbeitungswerkzeug (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen mit zumindest einer abrasiven Oberfläche (5) versehenen, länglich ausgebildeten Basiskörper (6), dessen Außenkontur derart an die Kontur der zu reinigenden Aufnahmenut (4) angepasst ist, dass sich dieser im Wesentlichen formschlüssig in die Aufnahmenut (4) einsetzen lässt und als Führungskörper dient.
Bearbeitungswerkzeug (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von der Unterseite des Basiskörpers (6) Rollkörper (12) vorstehen.
Bearbeitungswerkzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollkörper (12)an einer Rollkörperplatte (13) angeordnet sind, die gegen die Federkraft zumindest einer Rückholfeder (16) abwärts bewegbar an dem Basiskörper (6) gehalten ist, und dass ein Stellmittel (17) vorgesehen ist, bei dessen Betätigung die Rollkörperplatte (13) federelastisch gegen die Federkraft der zumindest einen Rückholfeder (16) abwärts gedrückt wird.
Bearbeitungswerkzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (17) eine Stellschraube (18), die von oben in eine mit einem Innengewinde (19) versehene, sich bis zu der Rollkörperplatte (13) erstreckende Durchgangsbohrung (20) des Basiskörpers (6) geschraubt ist, und eine in der Durchgangsbohrung (20) aufgenommene Druckfeder (21) aufweist, die sich einerseits gegen die Stellschraube (18) und andererseits gegen die Rollkörperplatte (13) abstützt.
Bearbeitungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine abrasive Oberfläche (5) als eine Schleifoberfläche ausgebildet ist, insbesondere in Form einer Diamantbeschichtung.
Bearbeitungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine abrasive Oberfläche (5) lösbar an dem Basiskörper befestigt ist, insbesondere in Form einer mit der abrasiven Oberfläche (5) versehenen Werkzeugplatte (11), die bevorzugt in einer am Basiskörper (6) ausgebildeten Vertiefung (10) aufgenommen ist.
Bearbeitungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine abrasive Oberfläche (5) an einem aufwärts weisenden Flächenabschnitt eines seitlich vorstehenden Vorsprungs (8) des Basisabschnitts (6) angeordnet ist.
Bearbeitungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (6) in Längsrichtung in drei Teile (22, 23) unterteilt ist, die über Schnellverschlüsse (25) aneinander befestigbar sind.
Bearbeitungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Basiskörper (6) ein aufwärts vorstehender Handgriff (7) befestigt ist.