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Prüf- und Meßvorrichtung für Stangenkörper, insbesondere Strömungsmaschinenschaufeln
Es ist bekannt, für die Kontrolle von Querschnittsprofilen von Stangenkörpern Profillehren
zu verwenden. Zum Beispiel bedient man sich bei der Kontrolle von Strömungsmaschinenschaufeln,
z. B.
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Dampfturbinen- oder Kompressorschaufeln, scheibenförmiger Lehren,
die in der Mitte einen Durchbruch von der Form des zu prüfenden Profils aufweisen
und in eine sogenannte Standlehre eingebaut werden. Diese Lehren sind meist in dem
Sinne zweiteilig, daß sich erst nach Zusammensetzen der beiden Teile der Profildurchbruch
ergibt.
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Die genannte Standlehre ist so aufgebaut, daß die Profillehren für
die Profile der einzelnen Meridianschnitte in bestimmten Abständen auf einer Grundplatte
senkrecht zu dieser fest eingespannt sind. Mit Hilfe der Lehren wird die Form der
Profile geprüft.
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Für jedes zu prüfende Schaufelquerschnittsprofil muß bei einer solchen
Standlehre eine besondere Profillehre hergestellt werden. Auch wenn die Turbinenschaufel
über ihre gesamte Länge das gleiche Profil aufweist, wird für verschiedene Meridianschnitte
die entsprechende Anzahl Profillehren hergestellt und in die Standlehre fest eingesetzt.
Hier ist der Nachteil zu verzeichnen, daß nur die an den Stellen der feststehenden
Profillehren befindlichen Querschnittsprofile einer Schaufel kontrolliert werden
können. Da die Lehren auf der Grundplatte fest eingespannt sind, ist eine genaue
Kontrolle der einzelnen Profile wegen Sichtbehinderung schlecht möglich.
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Mit den bekannten Kontrollvorrichtungen können die Abweichungen der
einzelnen Profile von den gewünschten Sollagen nur rein gefühlsmäßig festgestellt
werden. Dies gilt auch für Profile, deren Abweichungen in der Umgebung der maximal
zulässigen Abweichungen liegen. Da nun zwar die Größe der maximal zulässigen Abweichungen
rein theoretisch festgelegt, eine Kontrolle auf Grundlage dieser Größe aber mit
Hilfe der bekannten Kontrollvorrichtungen nur sehr ungenau durchgeführt werden kann,
kommt es oft vor, daß entweder die Zulässigkeitsgrenze überschreitende Schaufeln
als verwendbar oder diese Grenze unterschreitende Schaufeln als nicht verwendbar
bezeichnet werden. Im ersten Falle ist die Betriebssicherheit der mit diesen Schaufeln
versehenen Turbomaschine gefährdet, und im zweiten Falle ist der Ausschuß zu hoch.
Beides kann nicht verantwortet werden. Speziell kann aber eine hohe Ausschußziffer
nicht verantwortet werden, wenn es sich um Schaufeln aus hochwertigem und somit
teurem Material handelt.
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Der größte Nachteil der genannten Standlehren ist also der, daß die
Verdrehung des Profils in seiner
Ebene (Profilebene) und die Verschiebung des Profils
in dieser Ebene nicht gemessen werden können.
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Es ist weiterhin eine Einrichtung zur Prüfung der Profilform bekannt,
mit der ein fotografisches Abbild der Profilform über zwei jeweils eine Seite der
Profilbegrenzung während des Abbildens mit ihrer Spitze berührende Fühler hergestellt
wird. Bei dieser Einrichtung wird z. B. eine Turbinenschaufel, die gegenüber einem
Längsschlitten festgelegt ist, während des Abbildens in Richtung einer senkrecht
zur Längserstreckung der Schaufel liegenden Profiltangente, d. h. in Längsrichtung
des Profils, geradlinig bewegt, indem der Längsschlitten geradlinig bewegt wird.
Jeder Fühler befindet sich fest in einem schwenkbar gelagerten Arm. Mit den während
der Fahrt des Längsschlittens vollführten Fühlerspitzenbewegungen, also Schwenkbewegungen,
sind Spiegelbewegungen gekoppelt, so daß durch Reflexion von Lichtstrahlen einer
festen Lichtquelle durch die Spiegel auf einer fotografischen Platte ein Abbild
der Profilform hergestellt wird.
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Vor der genannten Fahrt des Längsschlittens wird also die Turbinenschaufel
od. dgl. gegenüber dem Längs schlitten in bezug auf Drehung um eine ideelle, senkrecht
durch die Profilebene verlaufende Achse festgelegt. Die Schaufel ist in dem unverdrehbaren
Längsschlitten drehbar gelagert. Diese Verdrehbarkeit wird also vor der Fahrt des
Längsschlittens durch
Festlegung des Schaufelsockels gegenüber dem
Längsschlitten aufgehoben. Der Längsschlitten ist auf einem Querschlitten, wie angegeben,
geradlinig bewegbar. Weiterhin ist der Querschlitten auf einem Block quer zur Bewegungsrichtung
des Längsschlittens bewegbar. Dieser Block wiederum ist an einem feststehenden Vorrichtungsteil
in vertikaler Richtung, also in Richtung senkrecht zu der die Verschieberichtungen
des Längs- und Querschlittens enthaltenden Ebene, verschiebbar. Sämtliche verschiebbaren
Teile greifen über Schwalbenschwanzführungen ineinander.
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Die Verschiebbarkeit des Querschlittens und des Blocks hat nur den
Zweck, diese beiden Teile und somit die Turbinenschaufel in der letztgenannten Ebene
in Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Längsschlittens und weiterhin in
genannter vertikaler Richtung vor dem Beginn der fotografischen Aufnahme, also vor
dem Beginn der Fahrt des Längsschlittens, festzulegen. Die Verschiebbarkeit dieser
Teile wird also genauso wie die Drehbarkeit der Turbinenschaufel gegenüber dem Längsschlitten
aufgehoben.
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Die beschriebene Einrichtung ist in ihrem Aufbau kompliziert. Ferner
erfordert ihre Herstellung einen großen Aufwand, wodurch ihr Preis hoch ist. Abgesehen
davon wird mit ihrer Hilfe nur die Form des Profils ermittelt. Für die Praxis, z.
B. für stichprobenartige Prüfungen und Messungen von Profilen, ist eine einfach
aufgebaute, einfach zu bedienende und billige Vorrichtung erforderlich. Das Wesentliche
ist, daß die Prüfung der Profilformen und die Messung einer Verdrehung und Verschiebung
des zu prüfenden Profils in seiner Ebene (Profilebene) gegenüber Nullagen mit ein
und demselben Gerät durchführbar ist. Dies ist bei der beschriebenen Vorrichtung
nicht der Fall; mit ihr wird nur die Form der Profile geprüft.
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Es ist auch eine Vorrichtung zur Messung der Verschiebung einer Bohrung
eines Werkstückes in einer Ebene gegenüber Nullagen bekannt, bei der eine die Lage
der Bohrung in der genannten Ebene festlegende Schablone mit richtiger Bohrung in
einem Rahmen gelagert ist, dieser Rahmen seinerseits in zwei zueinander senkrecht
stehenden Richtungen in der genannten Ebene verschiebbar gegenüber einem in dieser
Ebene unverschiebbaren Rahmen gelagert ist und Einrichtungen zur Messung der Verschiebung
vorgesehen sind. Das Werkstück mit der bezüglich ihrer Lage zu prüfenden Bohrung
liegt dabei fest.
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Auch ist die kinematische Umkehrung bekannt, bei der also die Schablone
festliegt und das Werkstück wie angegeben gelagert ist. Mit diesen Vorrichtungen
werden aber lediglich die Verschiebung (einer Bohrung) in einer Ebene gegenüber
Nullagen gemessen.
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Um die obengenannten Nachteile zu beheben, ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Meß-bzw. Kontrollvorrichtung zur Prüfung von profilierten Stangenkörpern
zu schaffen, mit der sowohl die Prüfung der Profilformen als auch die Messung einer
Verdrehung und Verschiebung des zu prüfenden Profils in seiner Ebene gegenüber Nullagen
durchführbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Prüfung der
Profilform von Stangenkörper-, insbesondere Strömungsmaschinenschaufelquerschnitten
und zur Messung der Verdrehung und Verschiebung des zu prüfenden Profils in seiner
Ebene (Profilebene) gegenüber Nullagen, bei welcher eine die Lage des
Profils in
der Profilebene festlegende an sich bekannte Profillehre um eine senkrecht durch
die Profilebene verlaufende Achse drehbar an einem unverdrehbaren Vorrichtungsteil
gelagert ist, dieses Vorrichtungstei] seinerseits in an sich bekannter Weise in
zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen senkrecht zur Achse verschiebbar
gegenüber einem senkrecht zur Achse unverschiebbaren Vorrichtungsteil gelagert ist
und Einrichtungen zur Messung der Verdrehung und Verschiebung vorgesehen sind.
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Es ist aber auch möglich, an Stelle des genannten Lagerns der genannten
Profillehre einen die Lage des Profils in der Profilebene festlegenden Stangenkörper
um eine senkrecht durch die Profilebene verlaufende Achse drehbar an einem unverdrehbaren
Vorrichtungsteil und eine an sich bekannte Profillehre unverdrehbar an dem genannten
unverdrehbaren, sonst für die Lagerung einer drehbaren Profillehre bestimmten Vorrichtungsteil
zu lagern und dabei die im ersten Fall angegebenen weiteren Merkmale zu belassen.
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Es sei bemerkt, daß mit der genannten Achse im Rahmen der vorliegenden
Erfindung immer eine ideelle Achse gemeint ist.
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An die Stelle einer Profillehre mit Profildurchbruch können auch
andere in dieser Vorrichtung verwendbare Einrichtungen treten. Zum Beispiel kann
es sich dabei um Lehren handeln, die zwecks Kontrolle einer Seite des Stangenkörpers
z. B. nur an der Rückseite desselben anliegen sollen. Es kann sich aber auch um
ein reines Winkelmeßgerät handeln, daß für die Messung der Winkellage der Querschnittsprofile
z. B. verwundener Stangenkörper notwendig ist.
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Es sei bemerkt, daß der zu prüfende Stangenkörperquerschnitt und
seine Profilebene auch schräg zur Längserstreckung des Stangenkörpers liegen können.
Auch ein solcher Schnitt wird im Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung
als Querschnitt bezeichnet.
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Mit einer solchen Vorrichtung kann außer der Kontrolle der Profilform
die Lage des zu prüfenden Profils im Raum einwandfrei bestimmt und somit die Abweichung
von seiner Sollage ermittelt werden.
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Bezugs-, d. h. Nullagen, können die Sollagen der einzelnen Profile
sein. Die Messungen können sich aber auch auf Anfangs- oder Endprofile oder benachbarte
Profilquerschnitte oder bei Strömungsmaschinenschaufeln auf den Schaufelfuß bzw.
das Fußprofil oder andere geeignete Bezugsstellen beziehen. Es wird also z. B. bei
Strömungsmaschinenschaufeln die Abweichung der Form der zu prüfenden Schaufel von
der gewünschten Schaufelform gemessen. Es kann so eine erstmalig hergestellte Schaufel
geprüft werden und danach die Schaufelbearbeitungsmaschine entsprechend den Prüfergebnissen
eingestellt werden. Es kann sich aber auch bei der Prüfung um eine Endkontrolle
bei Serienherstellung handeln.
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Auch wenn die Schwerpunkte der verschiedenen Schnitte nicht auf einer
geraden Linie liegen, besteht durch Messung mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der
Erfindung jetzt die Möglichkeit, die Abweichungen der einzelnen Profile von den
gewünschten Sollagen einwandfrei festzustellen. Da einerseits die Schaufeln mit
gebogener Schwerpunktverbindungslinie oft dann in dieser Form hergestellt werden,
wenn sie im Betrieb hohen Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, und
andererseits
solche hoch beanspruchten Schaufeln aus hochwertigem Material hergestellt werden,
ist die anfangs erwähnte Ausschußfrage durch die jetzt bestehende Kontroll- und
Meßmöglichkeit mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der Erfindung auch für solche Schaufeln
gelöst.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann für sämtliche Schaufelformen
verwendet werden, z. B. für Schaufeln mit gleichen Profilen über die Gesamtschaufellänge,
für sich verjüngende Schaufeln, für verwundene Schaufeln und für sich verjüngende,
verwundene Schaufeln.
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Es sei noch erwähnt, daß die obengenannte ideelle Achse, die also
senkrecht durch die jeweilige Profilebene verläuft, nicht die Verbindungslinie der
einzelnen Querschnittsflächenschwerpunkte zu sein braucht. Dies gilt auf jeden Fall
für gebogene Schaufeln. Die genannte Achse ist die, die jeweils für den betreffenden
zu prüfenden Querschnitt des Stangenkörpers in Frage kommt. Die Achse verläuft immer
entweder durch den Stangenkörperquerschnitt selbst oder liegt bei stark gebogenem,
d. h. die Strömung stark umlenkendem Profil in der Nähe dieses Profils, wo sie aber
auch senkrecht auf der dieses Profil enthaltenden Ebene steht.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird insbesondere so ausgeführt,
daß der genannte die Profillehre lagernde Vorrichtungsteil auf dem genannten senkrecht
zur Achse unverschiebbaren Vorrichtungsteil gelagert ist. Damit die Profillehre
bzw. die entsprechende Profillehre (bei sich verjüngenden Stangenkörpern) bzw. bei
feststehender Profillehre das Stangenkörperquerschnittsprofil leicht an die Meßstelle
herangebracht werden kann, wird in weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß
der Erfindung die Profillehre bzw. der Stangenkörper selbst oder über andere Teile
in Richtung der genannten Achse verschiebbar gelagert. Zur Aufhebung der Verschiebbarkeit
zum Zwecke der Prüfung eines bestimmten Profils ist insbesondere eine Feststelleinrichtung
vorgesehen. Weiterhin handelt es sich dabei insbesondere um mechanische Verschiebbarkeit,
wobei Ausklinkeinrichtungen zur Aufhebung dieser mechanischen Verschiebbarkeit zwecks
Verschiebung von Hand vorgesehen sind (z. B. zum schnelleren Prüfen von langen Schaufeln).
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Im Falle der genannten Hauptausführungsform ist der Stangenkörper
vorzugsweise mit einem bezüglich Verschiebung und Drehung feststehenden Aufnahmeteil
auswechselbar fest verbunden. Eine besonders geeignete Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der Erfindung ist die, bei der die Profillehre in dem unverdrehbaren Vorrichtungsteil
gelagert ist.
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Insbesondere ist der genannte senkrecht zur Achse unverschiebbare
Vorrichtungsteil eine achssenkrechte Platte, die mit dem genannten die Profillehre
lagernden unverschiebbaren Vorrichtungsteil in Richtung der Achse verschiebbar angeordnet
ist. Der Stangenkörper ist hierbei mit dem genannten Aufnahmeteil auswechselbar
fest verbunden. Die Platte kann längs mindestens einer achsparallelen Führungsstange
verschiebbar sein, die durch eine achsparallele Bohrung eines Führungsteiles der
Platte führt. Die Führungsstange kann eine Zahnstange sein, in die ein im Führungsteil
gelagertes Zahnrad greift. Es ist zweckmäßig, das Zahnrad ausklinkbar und die Platte
somit von Hand verschiebbar einzurichten. Das Zahnrad ist insbesondere durch Betätigung
eines auf der
Zahnradwelle sitzenden Drehknopfes drehbar. Zur Prüfung eines bestimmten
Stangenkörperquerschnittes ist das Zahnrad vorzugsweise feststellbar. Die Führungsstange
bzw. die Zahnstange ist zweckmäßigerweise mit der Grundplatte der Vorrichtung gemäß
der Erfindung fest verbunden.
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Bei der genannten Hauptausführungsform kann der Stangenkörper mit
seinem Ende in ein Spannstück fest einspannbar vorgesehen sein, und zwar in ein
Spannstück, dessen Innenform der Form des Stangenkörperendes entspricht und über
das der Stangenkörper nun mit dem genannten Aufnahmeteil auswechselbar fest verbunden
ist. Um den Stangenkörper in eine gewünschte Nullage bringen zu können, kann das
Spannstück in einer Nut des Aufnahmeteiles verschiebbar angeordnet sein. Das Aufnahmeteil
ist vorzugsweise die Grundplatte der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Vorzugsweise ist zwischen dem genannten die Profillehre lagernden,
unverdrehbaren Vorrichtungsteil und dem genannten senkrecht zur Achse unverschiebbaren
Vorrichtungsteil ein weiteres Vorrichtungsteil vorgesehen, wobei an diesen drei
Vorrichtungsteilen Längsführungen vorgesehen sind, die eine Verschiebebewegung des
eben erstgenannten Vorrichtungsteils am eben letztgenannten Vorrichtungsteil parallel
zur Profilebene nur in einer Richtung und eine solche Bewegung des eben letztgenannten
Vorrichtungsteils mit dem eben erstgenannten Vorrichtungsteil am eben zweitgenannten
Vorrichtungsteil ebenfalls parallel zur Profilebene nur senkrecht zu dieser Richtung
gestatten.
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Insbesondere weisen jeweils zwei zusammenarbeitende, zueinander relativ
bewegbare genannte Vorrichtungsteile einander gegenüberliegende Marke und Skala
auf.
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Von den vielen noch möglichen Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß
der Erfindung sei noch folgende angegeben: Die Profillehre ist bei Unverdrehbarkeit
des Stangenkörpers drehbar in einem unverdrehbaren, senkrecht zur Achse unverschiebbaren,
aber in Richtung der Achse verschiebbaren Vorrichtungsteil gelagert, wobei eine
fest mit dem Stangenkörperende verbundene, parallel zur Profilebene liegende Meßplatte
senkrecht zur Achse verschiebbar ist. Die Meßplatte wird insbesondere auf der Grundplatte
der Vorrichtung verschoben.
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Teile, die der Messung der genannten Verdrehung und Verschiebung
dienen, können Feinmeßeinrichtungen, z. B. Noniusschieber od. dgl., aufweisen. Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung wird z. B. zur Messung und Kontrolle von verwundenen
Strömungsmaschinenschaufeln verwendet.
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In Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß
der Erfindung im Längsschnitt II-II und Querschnitt 1-1 dargestellt. Sie dient der
Prüfung und Messung von Strömungsmaschinenschaufeln, z. B. Turbinenschaufeln.
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Die Profillehre 10 ist bei Unverdrehbarkeit der Schaufel 11, die
mit einem bezüglich Verschiebung und Drehung feststehenden Aufnahmeteil 17, gleich
Grundplatte der Vorrichtung, auswechselbar fest verbunden ist, drehbar in einer
Platte 15 gelagert. Die Platte 15 befindet sich auf einer Platte 27 und diese wiederum
auf einer Platte 16, die mit der Platte 15 und der Profillehre 10 in Richtung der
Achse 14 verschiebbar ist. Die Platte 16 ist längs zweier achsparalleler Zahnstangen
20 verschiebbar, die durch
achsparallele Bohrungen 18 der Führungsteile
19 der Platte 16 führen. In die Zahnstangen 20 greifen in den Führungsteilen 19
gelagerte Zahnräder 21 ein.
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Diese Zahnräder 21 sitzen auf der Zahnradwelle 22 und sind durch Betätigung
eines auf dieser Welle 22 sitzenden Drehknopfes 23 drehbar. Die Zahnräder 21 sind
durch eine an einem Führungsteil 19 angebrachte, nicht dargestellte Feststelleinrichtung
über den Drehknopf 23 feststellbar. Die Zahnstangen 20 sind mit dem Aufnahmeteil
17 fest verbunden.
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Die Schaufel 11 ist mit ihrem Ende 26 in ein Spannstück 24 fest eingespannt,
dessen Innenform der Form des Schaufelendes 26, also des Schaufelfußes, entspricht
und über das die Schaufel 11 mit dem Aufnahmeteil 17 auswechselbar fest verbunden
ist. Das Spannstück 24 ist in einer Nut 25 des Aufnahmeteils 17 verschiebbar. Die
Platten 15, 27 und 16 weisen Längsführungen 28 und 29 auf, die eine Verschiebung
der Platte 15 mit Profillehre 10 auf der Platte 27 parallel zur Profilebene 12 nur
in einer Richtung 30 und eine Verschiebung der Platte 27 mit der Platte 15 mit Profillehre
10 auf der Platte 16 ebenfalls parallel zu dieser Ebene 12 nur senkrecht zu dieser
Richtung, nämlich in Richtung 31, gestatten. Mit 13 ist die Profillehrenebene bezeichnet,
die mit der Profilebene 12 zusammenfällt. 33 ist der zu prüfende Schaufelquerschnitt.
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Die Platten 15, 27 und 16 weisen Skalen 34, 35 und 36 auf, wobei
an den gegenüberliegenden Teilen 10. 15 und 27 Noniusschieber 37, 38 und 39 angebracht
sind. Skalen und Schieber dienen der Messung der genannten Verdrehung und Verschiebung.
Auch eine der Zahnstangen 20 weist eine Skala auf, an der über die Fläche 32 des
zugehörigen Führungsteils 19 die Höhenlage der Profillehre 10 eingestellt werden
kann. Auch das Spannstück 24 und das Aufnahmeteil 17 können Marke und Skala, eventuell
auch eine Feinmeßeinrichtung, z. B. einen Noniusschieber, aufweisen.