DE19516834A1 - Walzvorrichtung zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einem Bauteil sowie Verwendung der Walzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walzvorrichtung zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einem Bauteil, insbesondere in einer Kerbe des Bauteils, sowie eine Verwendung der Walzvorrichtung zur Oberflächenbearbeitung, insbesondere zum Fest- oder Glattwalzen der Oberfläche einer Kerbe eines Bauteils.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Festwalzen von metallischen Bauteilen, die Kerben zur Halterung von Bau­ elementen aufweisen. Eine solche Kerbe ist beispielsweise ei­ ne Haltenut zur Verankerung einer Turbinenschaufel in einem Turbinenrotor. Durch die betrieblichen Fliehkraftbelastungen, die entlang einer Belastungsachse wirken, sind solche Halte­ nuten ebenfalls Kräften in Richtung der Belastungsachse der gehaltenen Bauelemente ausgesetzt, wobei die Haltenuten häu­ fig im wesentlichen senkrecht zu der Belastungsachse verlau­ fen.

Das Festwalzen von Bauteilen, welches neben dem oberflächen­ glättenden Glattwalzen und dem geringfügig formveränderten Maßwalzen unter dem Allgemeinbegriff "Oberflächen-Feinwalzen" fällt, ist in dem Buch "Festwalzen und Glattwalzen zur Festigkeitssteigerung von Bauteilen" des Deutschen Verbandes für Materialprüfung e.V., indem die Vorträge einer 1982 abge­ haltenen Achtensitzung des "Arbeitskreises Betriebsfestig­ keit" im Deutschen Verband für Materialprüfung e.V. zusammen­ gefaßt sind, eingehend erläutert. Im einzelnen wird hier Bezug genommen auf die Vorträge "Ermüdungseigenschaften fest­ gewalzter Probestäbe" von B. Fuchsbauer, Seite 23ff, und "Eigenspannung, Ausbildung und Dauerfestigkeit von festge­ walzten CK45-Proben" von R. Brümmer und R. Zeller, Seite 63ff. Demnach ist das Festwalzen, welches üblicherweise mit kleinen balligen Rollen aus Hartmetall durchgeführt wird, eine deformierende Oberflächenbearbeitung mit dem Ziel, die Dauerhaltbarkeit, insbesondere die Haltbarkeit unter Schwin­ gungsrißkorrosionsangriffen, zu erhöhen. Beim Festwalzen ist die Oberflächendeformation zum Teil elastisch und zum Teil plastisch. Sie führt einerseits zur Steigerung der Härte des bearbeiteten Werkstoffes an der Oberfläche sowie in ober­ flächennahen Schichten und andererseits zur Ausbildung von Druckeigenspannung unter der Oberfläche. Diese Druckeigen­ spannungen sind unter Umständen geeignet, Rißwachstum von der Oberfläche in den Werkstoff hinein zu unterbinden. Druck­ eigenspannungen kommen daher in Frage, um Schwingungsriß­ korrosionsangriffen entgegenzutreten. Die Vermeidung von Gefährdungen durch Schwingungsrißkorrosion ist ein wichtiger Aspekt bei der Herstellung von rotationsbelasteten Kompo­ nenten von Gas- oder Dampfturbinen, wie Turbinenschaufeln.

In der DE 3 60 141 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Oberflächengüte von Bohrungen beschrie­ ben. Die beschriebene Vorrichtung eignet sich zum Festwalzen einer Bohrung mit konstantem Querschnitt. Hierzu weist die Vorrichtung zumindest zwei sich gegenseitig abstützende Kugeln auf, die gegenüber dem Querschnitt der Bohrung ein Übermaß aufweisen. Durch Vorschub der Vorrichtung in die Boh­ rung hinein findet aufgrund des Übermaßes der Kugeln eine Erweiterung der Bohrung und damit auch ein Festwalzen der Oberfläche der Bohrung statt. Die Kugeln werden entlang der Achse der Bohrung auf vielzähligen Bahnen geführt, die ein­ ander benachbart sind und deren jede etwa parallel zur Achse ausgerichtet ist. Die Kugeln sind in einer Ebene senkrecht zur Achse der Bohrung gehaltert und zwar vorzugsweise in mindestens einer Querbohrung eines Dorns. Sie sind unmittel­ bar miteinander im Kontakt befindlich angeordnet, so daß sie gegeneinander abrollen können.

In der DE 40 15 205 C1 ist ein Werkzeug zum Festwalzen einer Nut mit im Querschnitt kreisförmigen Nutgrund beschrieben. Eine solche Nut liegt beispielsweise in den Fußteilen von Rotorschaufeln vor, wobei diese Fußteile eine tannenbaumarti­ ge Struktur aufweisen, in deren Nutgrund erhöhte Spannungs­ spitzen auftreten. Zum Festwalzen der Nuten weist das Werk­ zeug Kugeln auf, die in Führungsbahnen dicht aneinanderlie­ gend, quasi eine Kugelkette bildend, geführt sind. Durch ein Entlangwalzen unter Druck werden durch die Kugeln in dem Nut­ grund Walzbahnen erzeugt. Das Werkzeug dient hierbei aus­ schließlich dem Festwalzen einer Nut mit im Querschnitt kreisförmigen Nutgrund, da bei dem beschriebenen Werkzeug ein Abrollen der in der Führungsbahn angeordneten Kugeln gewähr­ leistet sein muß.

In der DE 43 09 176 A1 ist ein Verfahren zum Festwalzen eines entlang einer Belastungsachse zu belastenden Bauteils be­ schrieben. Das Bauteil weist eine in etwa senkrecht zur Be­ lastungsachse verlaufende, einen in einem zu der Belastungs­ achse parallelen Querschnitt bestimmten minimalen Krümmungs­ radius habende Kerbe auf, welche Kerbe über mehrere, entlang der Belastungsachse nebeneinander liegende und etwa senkrecht zu der Belastungsachse ausgerichtete Bahn, festgewalzt wird. Jede Bahn erfaßt dabei die Kerbe nur zum Teil. Das Verfahren wird mittels balliger Rollen durchgeführt, die eine im wesentlichen zur Belastungsachse parallele Drehachse aufwei­ sen und einen Krümmungsradius haben, der geringer als der minimale Krümmungsradius der Kerbe ist. Durch ein Festwalzen auf nebeneinanderliegenden, die Kerbe jeweils nur teilweise erfassenden Bahnen wird ein Umklappen von Druckeigenspannun­ gen um 90° erreicht, so daß die anfänglich etwa senkrecht zur Belastungsachse ausgerichteten Druckeigenspannungen nach vollständiger Behandlung etwa parallel zur Belastungsachse ausgerichtet sind. Auf diese Weise wird eine Anordnung der Druckeigenspannungen erzielt, die im besonderen Maße geeignet ist zum Auffangen von Belastungen entlang der Belastungsach­ se, wodurch insbesondere bei Turbinenschaufeln, Schwingungs­ rißkorrosionen in der Kerbe wirksam entgegengetreten werden kann. Der DE 43 09 176 A1 ist entnehmbar, wie mittels bal­ liger Rollen Haltenuten in einen Fußteil einer Turbinenschau­ fel festgewalzt werden können. Die Haltenuten verlaufen hier­ bei unmittelbar in der Oberfläche des entsprechenden Bau­ teils, wobei zwei symmetrisch zur Belastungsachse gegenüber verlaufende Haltenuten durch zwei sich ebenfalls gegenüber­ liegende Rollen einer Walzvorrichtung eingespannt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Walzvorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, in einer Kerbe Druckeigenspannungen zu erzeugen, wobei die Kerbe nicht unmittelbar in der Oberfläche des Bauteils, sondern in der Oberfläche einer Materialausneh­ mung, beispielsweise einer Bohrung, verläuft und gegenüber einer Achse, entlang derer die Materialausnehmung gerichtet ist, um bis zu 90° geneigt ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verwendung einer Walzvorrichtung zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einem Bauteil anzuge­ ben.

Erfindungsgemäß wird die auf eine Vorrichtung gerichtete Auf­ gabe durch eine Walzvorrichtung zur Erzeugung von Druckeigen­ spannungen in einer entlang einer Wandung einer Materialaus­ nehmung eines Bauteils verlaufenden Kerbe dadurch gelöst, daß die Walzvorrichtung ein entlang einer Längsachse gestrecktes und verschiebliches Positionierteil, ein entlang einer Quer­ achse angeordnet es balliges Walzelement und ein Kraftüber­ tragungssystem aufweist, wobei die Querachse im wesentlichen orthogonal zur Längsachse verläuft und mit dem Kraftübertra­ gungssystem eine von der Längsachse weg gerichtete Kraft in Richtung der Querachse auf das Walzelement übertragbar ist.

Die Walzvorrichtung eignet sich durch Kraftübertragung auf das Walzelement zum Festwalzen einer Kerbe eines entlang einer Belastungsachse zu belastenden Bauteils, wobei die Kerbe auch etwa senkrecht zu der Belastungsachse verlaufen kann und einen in einem zu der Belastungsachse parallelen Querschnitt minimalen Krümmungsradius hat. Die Kerbe kann über mehrere, entlang der Belastungsachse ausgerichtete Bahnen festgewalzt werden, wobei jede Bahn die Kerbe nur zu einem Teil erfaßt. In der Kerbe werden hierdurch Druckeigen­ spannungen erzeugt, die hauptsächlich parallel zu der Bela­ stungsachse ausgerichtet sind. Die Walzvorrichtung eignet sich insbesondere zur Erzeugung von Druckeigenspannung in Nuten in Form eines Tannenprofils in einem Turbinenrotor, die der Aufnahme eines entsprechenden Fußteils einer Turbinen­ schaufel dienen. Die Walzvorrichtung ist darüber hinaus auch unmittelbar zum Festwalzen von direkt in die Oberfläche eines Bauteils, wie beispielsweise einer Turbinenschaufel, verlau­ fender Nuten, geeignet. Sie ist nämlich über das entlang der Längsachse gestreckte und verschiebliche Positionierungsteil so positionierbar, daß es in die Nut hineinragt und an deren Oberfläche die entsprechenden Druckeigenspannungen erzeugt. Die Walzvorrichtung kann zur Erzeugung von Druckeigenspannun­ gen in Richtung einer Belastungsachse des Bauteils zeilenwei­ se in Bahnen durch die Nut geführt werden, wobei vorzugsweise die Bahnen sich überlappen und jeweils nur einen Teil der Nut überstreichen.

Vorzugsweise ist das Walzelement entlang der Querachse ver­ schieblich angeordnet, so daß bei einer entlang der Längs­ achse sich ändernden Tiefe der Nut das Walzelement jeweils fest an der Oberfläche mit einer vorgegebenen Kraft anliegt. Hierdurch ist auch bei sich ändernder Kontur der Nut eine hinreichende Erzeugung von Druckeigenspannungen gewährlei­ stet.

Das Walzelement weist bevorzugtermaßen eine Rolle oder eine Kugel auf. Eine Kugel ist in dem Walzelement frei drehbar gelagert, so daß ein Abrollen entlang der Oberfläche der Nut gewährleistet ist. Die Rolle ist vorzugsweise um eine Dreh­ achse drehbar, welche im wesentlichen parallel zur Längs­ achse der Walzvorrichtung verläuft. Eine ballige Rolle bzw. eine Kugel hat jeweils einen Krümmungsradius, der kleiner als der minimale Krümmungsradius der Kerbe ist. Hierdurch wird ein Festwalzen der Oberfläche der Kerbe durch mehrere Bahnen, die einander überlappen, erreicht. Auf diese Weise kommt es zu Wechselwirkungen zwischen bereits erzeugten Druckeigen­ spannungen und Druckeigenspannungen, die bei einem neuen Walzvorgang erzeugt werden, wodurch eine günstige Ausrichtung der Druckeigenspannungen im Hinblick auf die zu erwartenden Belastungen erreichbar ist.

Zum simultanen Festwalzen von in der Wandung der Materialaus­ nehmung sich gegenüberliegenden Kerben, insbesondere Nuten, hat die Walzvorrichtung vorzugsweise zumindest zwei bei­ derseits der Längsachse angeordnete Walzelemente. Die Walz­ vorrichtung kann ebenfalls mehr als eine Querachse aufweisen, wobei zumindest zwei Querachsen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse, diese schneidend, verlaufen. Es ist ebenfalls möglich, jeweils in voneinander beabstandeten und senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebenen nur eine Querachse vorzu­ sehen. Hierbei können die Querachsen parallel zueinander ver­ laufen und jeweils ein oder zwei gegenüberliegende Walzele­ mente aufweisen. Bei Verwendung nur eines Walzelements ent­ lang der Querachse weist die Walzvorrichtung entsprechende Verstärkungen bzw. Elemente zur Aufnahme von Reaktionskräften in Folge der Kraftübertragung auf das Walzelement auf. Diese Verstärkungen bzw. Elemente dienen der mechanischen Stabili­ tät bzw. Abstützung der Walzvorrichtung, insbesondere des verschieblichen Positionierungsteils.

Zur Übertragung der zur Erzeugung der Druckeigenspannungen notwendigen Kraft an das Walzelement weist die Walzvorrich­ tung respektive das Kraftübertragungssystem zumindest eine durch das Positionierungsteil zu dem Walzelement führende Hydraulikleitung auf. Diese Hydraulikleitung ist vorzugsweise mit einer Hochdruckpumpe verbunden, durch welche mittels Hydrauliköl eine entsprechende Kraft an das Walzelement über­ tragbar ist. Durch Dosierung der Menge und des Drucks des Hydrauliköls in der Walzvorrichtung ist eine Verschiebung und ein ständiger Kontakt des Walzelements mit der festzuwalzen­ den Oberfläche der Kerbe gewährleistet.

Gegebenenfalls kann die Walzvorrichtung auch ein Kraftüber­ tragungssystem mit einem Elektromotor und entsprechenden Kraftübertragungselementen zur Übertragung der Kraft von dem Elektromotor auf das Walzelement aufweisen.

Vorzugsweise ist das Walzelement respektive sind die Walz­ elemente einer Walzvorrichtung auswechselbar, wodurch je nach Größe und Profilierung der Kerbe in der Wandung der Material­ ausnehmung ein Walzelement mit einer entsprechenden Krüm­ mungsradius zur Erzeugung der gewünschten Druckeigenspannun­ gen verwendet werden kann. Hierdurch wird ebenfalls ein Ein­ satz von Walzelementen zum Glattwalzen gegeben, so daß die Walzvorrichtung als nahezu universal einsetzbares Werkzeug zur Oberflächenbearbeitung in einer Kerbe verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Verwendung der Walzvorrichtung in einer entlang einer Belastungsachse gestreckten Material­ ausnehmung eines Bauteils in einer zur Belastungsachse ge­ neigt verlaufende, insbesondere orthogonal führenden, Ker­ be. Eine solche Kerbe ist vorzugsweise eine Nut eines Turbi­ nenläufers, welche zur Verankerung einer Turbinenschaufel dient. Diese Nut kann Teil eines komplementären Tannenbaum­ profils in dem Turbinenläufer sein, in welchem ein tannen­ baumartiger Fuß einer Turbinenschaufel gehaltert wird. Die Nut verläuft hierbei in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Achse der Turbinenschaufel, d. h. senkrecht zu der in Folge der betrieblichen Fliehkräfte gegebenen Bela­ stungsachse liegt. Die Kerbe kann ebenfalls eine Nut in einer Radscheibe einer Niederdruck-Dampfturbine sein.

In der Zeichnung wird anhand von Ausführungsbeispielen die Walzvorrichtung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Walzvorrichtung in einem Längsschnitt in einer komplementär tannenbaumförmigen Ausnehmung eines Turbinenläufers,

Fig. 2 eine Walzvorrichtung in einem Längsschnitt mit nur einem Walzelement,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2 und

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt einer Walzvorrichtung mit zwei Walzelementen mit einer balligen Rolle.

Fig. 1 zeigt eine Walzvorrichtung 1 in einem Längsschnitt in einer Materialausnehmung 3 eines Bauteils 4. Die Material­ ausnehmung 3 ist entlang einer Belastungsachse 18 des Bau­ teils 4 ausgedehnt. Parallel zur Belastungsachse 18 verläuft eine Längsachse 6 der Walzvorrichtung 1, entlang welcher ein Positionierungsteil 7 gestreckt ist. Das Positionierungsteil 7 weist ein Endelement 21 auf, welches unabhängig von den weiteren nicht näher bezeichneten Elementen des Positionie­ rungsteils 7 entlang der Längsachse 6 verschieblich ist. Die Materialausnehmung 3 hat eine Wandung 2, welche symmetrisch zur Belastungsachse 18 drei Kerben 5 hat. Entlang der Längs­ achse 6 der Walzvorrichtung 1 verläuft eine Hydraulikleitung 14, welche an zwei unterschiedlichen Positionen 13 der Längs­ achse 6 entlang einer jeweiligen Querachse 8 verzweigt. Jede Querachse 8 verläuft orthogonal zur Längsachse 6. Jede ent­ lang der Querachse 8 verlaufende Abzweigung der Hydrauliklei­ tung 14 wird von einem Walzelement 9 gedichtet. Das Walzele­ ment 9 ist entlang der zugeordneten Querachse 8 verschieblich und enthält eine Kugel 9b, welche einen Krümmungsradius 11 aufweist, der kleiner als der minimale Krümmungsradius 12 der Kerbe 5 ist. Die Hydraulikleitung 14 mit einer hier nicht dargestellten Hochdruckpumpe und dem zugehörigen Hydrauliköl bildet ein Kraftübertragungssystem 10, durch welches gemäß der dargestellten Pfeile auf jedes Walzelement 9 eine Kraft übertragbar ist, die von der Längsachse 6 entlang der Quer­ achse 8 weg gerichtet ist.

Dadurch, daß jede Kugel 9b eines jeweiligen Walzelementes 9 hydrostatisch gelagert ist und über einen Eigenhub entlang der jeweiligen Querachse 8 verfügt, ist selbst bei einer sich im Bereich der Kerbe 5 verjüngenden oder erweiternden Mate­ rialausnehmung 3 an der entsprechenden Wandung 2 ein Festwal­ zen gewährleistet, durch welches Druckeigenspannungen in dem Bauteil 4 erzeugbar sind, die hauptsächlich parallel zu der Belastungsachse 18 ausgerichtet sind. Die in dem Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 1 dargestellte Materialausnehmung 3 weist ein komplementäres Tannenprofil auf und ist bevorzugt bei ei­ nem Turbinenläufer ausgestaltet und dient der Aufnahme einer Turbinenschaufel, welche ein tannenbaumprofiliertes Fußteil besitzt. Durch die betrieblichen Fliehkräfte, welche bei Rotation des Turbinenläufers von dessen Drehachse nach außen entlang der Belastungsachse 18 wirken, sind die Bereiche 19 einer jeweiligen Kerbe 5 besonders belastet, die zur Drehach­ se hin geneigt sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind diese Bereiche 19 die oberen Bereiche der jeweiligen Kerbe 5. Die dargestellte Walzvorrichtung 1 eignet sich be­ sonders zum Festwalzen dieser Bereiche 19, wobei die Walzvor­ richtung 1 zeilenweise über die Bereiche 19 geführt wird. Hierzu wird die Walzvorrichtung 1 sukzessive in inkrementel­ len Schritten entlang der Längsachse 6 bewegt und beispiels­ weise um die Längsachse 6 während jedes inkrementellen Schrittes gedreht. Hierdurch wird die Kerbe 5 in Bahnen, wel­ che in einer Ebene senkrecht zur Belastungsachse 18, d. h. zur Längsachse 6 verlaufen, festgewalzt. Die einzelnen Bahnen überlappen sich dabei in der Weise, wie sie in der DE 43 09 176 A1 beschrieben ist. Ein Überrollen der sich überlappenden Bahnen bewirkt stets eine bestimmte Formände­ rung in der Kerbe 5. Die Formänderungen bedingen einerseits eine gewisse Aufhärtung der verformten Oberfläche in der Ker­ be 5 und andererseits die Ausbildung von Druckeigenspannungen unter der verformten Oberfläche. Durch das Festwalzen über viele nebeneinander liegende Bahnen wird eine besonders gün­ stige Verteilung und Ausrichtung der Druckeigenspannung er­ zielt. Die Verformung der Kerbe 5 von Bahn zu Bahn kann hier­ bei verschieden sein, wozu insbesondere die Kraft, mit der das Walzelement 9 auf die Kerbe 5 aufgedrückt wird, variiert werden kann. Mit dieser Maßnahme können sowohl die Form der Endkontur der Kerbe 5 als auch die Verteilung von Härte und Druckeigenspannung feinfühlig den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden.

Fig. 2 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Walz­ vorrichtung 1 in einem Längsschnitt. Die Walzvorrichtung 1 weist ein Positionierungsteil 7 auf, welches entlang einer Längsachse 6 der Walzvorrichtung 1 gestreckt ist. Sie ist über eine Hydraulikleitung 14 mit einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe verbundene. Das Positionierungsteil 7 hat ein Endelement 21, welches ein entlang einer Querachse 8 angeord­ netes Walzelement 9 besitzt. Die Querachse 8 verläuft ortho­ gonal zur Längsachse 6. Das Positionierungsteil 7 ist analog zu Fig. 1 in einer Materialausnehmung 3 eines Turbinenläufers 4a dargestellt. Die Materialausnehmung 3 hat eine Wandung 2, welche durch entsprechende Kerben 5 als ein komplementäres Tannenbaumprofil ausgebildet ist. Das Endelement 21 ist in vergrößertem Maßstab in Fig. 3 dargestellt. In dem Endelement 21 endet die Hydraulikleitung 14, so daß durch ein entspre­ chendes Hydrauliköl eine Kraft auf das Walzelement 9 ausgeübt wird. Das Walzelement 9 weist eine hydraulisch gelagerte Kugel 9b auf, die einen Krümmungsradius 11 hat, der kleiner als der Krümmungsradius 12 der Kerbe 5. Die Kerbe 5 ist hier eine Haltenut 17 zur Befestigung des Fußteils einer Turbinen­ schaufel ist. Das Walzelement 9 in dem Endelement 21 des Positionierungsteils 7 hat einen Hub DR in radialer Richtung sowie einen Hub DZ in Richtung der Längsachse 6. Hierdurch ist selbst bei fest positioniertem Positionierungsteil 7 eine Feinjustierung der Kugel 9b an verschiedene Bereiche der Wan­ dung 2 in der Haltenut 17 ermöglicht. Mit dem Positionie­ rungselement 7 ist somit eine relative grobe Positionierung des Walzelementes 9 in der Materialausnehmung 3 möglich, wo­ bei eine Feinjustierung des Walzelementes 9 über das Endele­ ment 21 erfolgt. Das Endelement 21 kann wie schon zu Fig. 1 beschrieben in inkrementellen Schritten entlang sich überlap­ pender Bahnen ein Festwalzen der Kerbe 5 mit einer entspre­ chenden Einstellung der Druckeigenspannungen bewirken. Auf­ grund der Verwendung nur eines Walzelementes 9 in dem Endele­ ment 21 ist die Walzvorrichtung 1 weitgehend universal für das Festwalzen von Kerben 5 in Bauteilen 4 geeignet. Durch die Möglichkeit einer Grob- und einer Feinjustierung können Kerben 5 in Materialausnehmungen 3 nahezu beliebiger Geome­ trie festgewalzt werden. Es ist ebenfalls möglich, das Walz­ element 9 durch ein Walzelement 9 mit einer größeren Kugel zu ersetzen, so daß nach Durchführung eines Festwalzens mit dem ausgewechselten Walzelement 9 ein Glattwalzen der Kerbe durchgeführt wird.

Fig. 4 zeigt in einem Längsschnitt eine Walzvorrichtung 1 mit zwei sich entlang einer Querachse 8 gegenüberliegenden Walz­ elementen 9, welches eine Rolle 9a aufweist. Die Rolle 9a ist um eine Drehachse 20, welche parallel zur Längsachse 6 ge­ richtet ist, drehbar. Das Walzelement 9 hat einen Hub DR in radialer Richtung. Die Querachse 8 verläuft orthogonal zur Längsachse 6. Die Bedeutung der in Fig. 4 verwendeten Bezugs­ zeichen stimmt mit der Bedeutung der Bezugszeichen aus den Fig. 1 bis 3 überein, so daß über die Bedeutung und Wirkung der mit dem Bezugszeichen gekennzeichneten Teile auf die Erläuterung zu den Fig. 1 bis 3 verwiesen wird. Die Rolle 9a eines jeweiligen Walzelementes 9 kann je nach Krümmungsradius 11 dem Festwalzen der Kerbe 5 (siehe das links der Längsachse 6 dargestellte Walzelement 9) bzw. dem Glattwalzen der Kerbe 5 (siehe das rechts der Längsachse 6 dargestellte Walzelement 9) dienen. Die Walzvorrichtung 1 ist so konzipiert, daß die Walzelemente 9 auswechselbar sind. Hierdurch kann nach einem Festwalzen der Kerbe 5, bei welchem vorzugsweise jeweils zwei Walzelemente 9 mit einem kleinen Krümmungsradius 11 verwendet werden, ein Glattwalzen durchgeführt werden. Zum Glattwalzen werden die Walzelemente 9 durch solche mit einem größeren Krümmungsradius 11 ersetzt. Gegebenenfalls kann die Hydrau­ likleitung 14 zu den sich einander gegenüberliegenden Walz­ elementen 9 getrennt und entkoppelt geführt werden, so daß jedes Walzelement 9 separat ansteuerbar und mit einer unter­ schiedlichen Kraft beaufschlagbar ist. Hierdurch ist auch ein simultanes Festwalzen und Glattwalzen möglich.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Walzvorrichtung aus, welche dem Festwalzen von Kerben in einer Materialausnehmung eines Bauteils dient. Besonders eignet sich die Walzvorrich­ tung zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in Kerben, welche im wesentlichen orthogonal zu einer Hauptausdehnungsrichtung der Materialausnehmung verlaufen, wobei die erzeugbaren Druckeigenspannungen weitgehend parallel zur Hauptausdeh­ nungsrichtung der Materialausnehmung gerichtet sind. Dies ist insbesondere für Materialausnehmungen zur Aufnahme von Turbi­ nenschaufeln in einem Turbinenläufer günstig, da dort die Hauptausdehnungsrichtung der Materialausnehmung mit der Belastungsrichtung in Folge von auftretenden betrieblichen Fliehkräften zusammenfällt. Die Materialausnehmung kann ein komplementäres tannenbaumartiges Profil aufweisen, welches der Aufnahme und Verankerung einer Turbinenschaufel dient. Die Walzvorrichtung hat vorzugsweise ein Walzelement mit ei­ ner hydraulisch gelagerten Kugel, die über ein Hydraulik­ system mit einer Hochdruckpumpe an die Oberfläche der Kerbe mit hohem Druck anpreßbar ist. Die Walzvorrichtung kann als nahezu universal es Werkzeug mit einem Positionierungsteil und einem einzigen Walzelement ausgebildet sein, wodurch über das Positionierungsteil eine Grobjustierung und über das Walzele­ ment eine Feinjustierung innerhalb der Materialausnehmung er­ folgt. Die Walzvorrichtung kann für ein zeiteffizientes Fest­ walzen bei einer großen Anzahl von Materialausnehmungen glei­ cher Geometrie mit mehreren Walzelementen ausgeführt sein, die einander gegenüberliegend und in verschiedenen Positionen entlang einer Längsachse der Walzvorrichtung angeordnet sind. Die Walzelemente können auswechselbar sein, so daß mit einer einzigen Walzvorrichtung sowohl ein Festwalzen als auch ein Glattwalzen der entsprechenden Kerbe möglich ist.

Claims (12)

1. Walzvorrichtung (1) zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einer entlang einer Wandung (2) einer Materialausnehmung (3) eines Bauteils (4) verlaufenden Kerbe (5) mit einem ent­ lang einer Längsachse (6) gestreckten und verschieblichen Positionierungsteil (7), einem entlang einer Querachse (8) angeordneten balligen Walzelement (9) und einem Kraftübertra­ gungssystem (10), wobei die Querachse (8) im wesentlichen orthogonal zur Längsachse (6) verläuft und mit dem Kraftüber­ tragungssystem (10) eine von der Längsachse (6) weg gerichte­ te Kraft in Richtung der Querachse (8) auf das Walzelement (9) übertragbar ist.

2. Walzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Walzelement (9) entlang der Querachse (8) verschieblich ist.

3. Walzvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Walzelement (9) eine Rolle (9a) oder eine Kugel (9b) auf­ weist.

4. Walzvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei das Walzelement (9) einen Krümmungsradius (11) hat, welcher kleiner als der minimale Krümmungsradius (12) der Kerbe (5) ist.

5. Walzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei beiderseits der Längsachse (6) je ein Walzelement (9) angeordnet ist.

6. Walzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der zumindest zwei Querachsen (8) vorgesehen sind, die an verschiedenen Positionen (13) entlang der Längsachse (6) verlaufen und/oder gegeneinander gedreht sind.

7. Walzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Kraftübertragungssystem (10) zumindest eine durch das Positionierungsteil (7) zu dem Walzelement (9) führende Hydraulikleitung (14) aufweist.

8. Walzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Kraftübertragungssystem (10) einen Elektromotor und Kraftübertragungselemente zur Übertragung der Kraft von dem Elektromotor auf das Walzelement (9) aufweist.

9. Walzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Walzelement (9) auswechselbar ist.

10. Verwendung der Walzvorrichtung (1) nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche in einer entlang einer Belastungsachse (18) gestreckten Materialausnehmung (3) eines Bauteils (4) in einer zur Belastungsachse (18) gedreht, insbesondere orthogo­ nal, verlaufenden Kerbe (5).

11. Verwendung der Walzvorrichtung (1) nach einem der Ansprü­ che 1 bis 9 oder Verwendung nach Anspruch 10 in einer Nut (17) eines Turbinenläufers (4a) zur Verankerung einer Turbinenschaufel.

12. Verwendung der Walzvorrichtung (1) nach einem der Ansprü­ che 1 bis 9 oder Verwendung nach Anspruch 10 in einer Nut (17) einer Radscheibe einer Niederdruck-Dampfturbine.