DE19538644C2 - Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine mit numerischer Steuerung zum Bearbeiten der Schaufeln eines Läufers, mit einer Lagerung für den Läufer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine mit numeri­ scher Steuerung zum Bearbeiten der Schaufeln eines Läufers eines Strahltriebwerks oder dergleichen, und richtet sich insbesondere auf eine Anordnung für die Lagerung der Maschine sowie auf eine Anordnung für die Lagerung und den Antrieb des Läufers gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei den Läufern der Verdichter und Turbinen von modernen Strahltriebwerken und der­ gleichen handelt es sich um äußerst teure Aggregate, bei denen die Schaufeln in axial aufeinanderfolgenden Schaufelkränzen abgestuften Durchmessers schwimmend gela­ gert sind. Im Stillstand des Läufers nimmt wenigstens ein Teil der Schaufeln eine radial einwärts versetzte Stellung ein; erst bei Drehung des Läufers mit Drehzahlen von z. B. 2 500 bis 3 000 U/min nehmen die Schaufeln ihre ausgestreckte Betriebsstellung ein.

Bei den Abmessungen und der Form des Umfangsprofils der Schaufeln sind äußerst enge Toleranzen einzuhalten, um eine größtmögliche Leistung des Triebwerks bei ge­ ringstmöglicher Geräuschentwicklung zu gewährleisten.

Zur Erzielung enger Toleranzen werden Läufer einer höchste Sorgfalt erfordernden Ab­ richtbearbeitung unterworfen, wobei sich der Läufer im normalen Betriebszustand befin­ den muß, d. h. mit der vorstehend genannten hohen Drehzahl rotiert, so daß die Schau­ feln unter Einfluß der Fliehkraft aufgerichtet bzw. ausgestreckt sind.

Moderne Abrichtmaschinen der genannten Art, wie in der US 4 512 115 oder der EP 128 110 B1 beschrieben, sind derart konstruiert und ausgeführt, daß sie eine solche Bearbeitung, für sich allein betrachtet, mit einer Genauigkeit von 5 µm auszuführen ver­ mögen.

Um zu gewährleisten, daß die Genauigkeit der Bearbeitung nicht durch äußere, z. B. sich aus der schnellen Drehung des Läufers ergebende Einflüsse beeinträchtigt wird, ist da­ bei vorgesehen, daß der Läufer jeweils vor und nach der Bearbeitung dynamisch aus­ gewuchtet wird. Zu diesem Zweck wird er auf eine Drehzahl von ca 900 U/min gebracht, wobei er auf bzw. in der Abrichtmaschine selbst gelagert ist.

Bei bekannten Abrichtmaschinen ist der Läufer in einer mehrteiligen Lageranordnung gelagert, welche zwischen ihren den Läufer tragenden Lagerteilen und einem die Anord­ nung tragenden Tisch elastisch bewegliche Verbindungen aufweist, welche dem Läufer eine elastische Beweglichkeit in der Größenordnung von 25 µm verleihen, um die beim dynamischen Auswuchten des Läufers auftretenden Schwingungen aufzunehmen.

In dem Sonderdruck aus "antriebstechnik", September 1967, Nr. 9, 6. Jahrgang, Krauss­ kopf-Verlag, Mainz, ist eine für Kurbelwellen geeignete Auswuchtmaschine mit automati­ schen Bohreinheiten beschrieben, bei der die Schwinglagerböcke arretiert werden müs­ sen und der von der Bohrmaschine beim Ausgleich entstehenden Bohrdruck durch Ge­ gendruckhalter abgefangen werden muß.

Die elatische Beweglichkeit ist war für das dynamische Auswuchten des Läufers nützlich und notwendig, wirkt sich jedoch im Hinblick auf die Genauigkeit der Abrichtbearbeitung nachteilig aus. Beim Angriff der für das Abrichten verwendeten Schleifscheibe unter dem für die Bearbeitung notwendigen Druck vermag der Läufer so nämlich um das Fünffache des Betrages nachzugeben oder auszuweichen, welcher als Bearbeitungstoleranz beim Abrichtvorgang für sich allein erzielbar wäre.

Ein weiterer bekannten Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschinen gemeinsamer Nachteil besteht darin, daß der die Lageranordnung für den Läufer sowie dessen Antrieb tragen­ de Tisch allein durch die Schwerkraft auf dem Unterbau der Maschine gehalten und nicht gegen Verschiebung gesichert ist.

Diese Anordnung ist für die Abrichtbearbeitung zweckmäßig, da hierbei das aus dem Läufer, seiner Lagerung, seinem Antrieb und dem Tisch gebildet System gegenüber der Umgebung isoliert ist, so daß bei der Abrichtbearbeitung die höchste Genauigkeit erziel­ bar ist.

Im Hinblick auf das Auswuchten des Läufers ist die Beweg­ lichkeit des Tisches relativ zum Unterbau jedoch von Nach­ teil, da hierdurch die Größe und sogar die Richtung einer vorhandenen Unwucht verfälscht werden können. Dadurch ist das Ergebnis des Auswuchtvorgangs selbst verfälscht, was äußerst nachteilige Auswirkungen auf die Genauigkeit der Abrichtbearbeitung und damit auf die Betriebseigenschaften des Läufers haben kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer mit nume­ rischer Steuerung (CNC) arbeitenden Hochgeschwindigkeits- Abrichtmaschine für die Bearbeitung der Schaufeln des Läu­ fers eines Triebwerks od. dergl., mit einem Unterbau und einem schwimmend darauf angeordneten Tisch, welcher eine Anordnung für die Lagerung des Läufers oder abzurichtenden Werkstücks zwischen entsprechenden Lagerböcken sowie eine Anordnung für den Antrieb des Läufers mit hoher Drehzahl trägt.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Anordnung für die Lagerung des Läufers oder Werkstücks eine Brückenkonstruktion mit zwei über ein Brüc­ kenglied miteinander verbundenen, den Läufer bzw. das abzu­ richtende Werkstück tragenden Lagerstützen ist, und daß jede Lagerstütze eine elastische Lagerung aufweist, jeweils mit einer dieser zugeordneten Blockiereinrichtung, welche im Zusammenwirken mit einer Steuerung für das Auswuchten des Läufers derart betätigbar ist, daß die elastische Lagerung während des vor und nach dem Abrichten stattfindenden Aus­ wuchtens freigegeben und während der Abrichtbearbeitung zur Versteifung der jeweiligen Lagerstütze blockiert ist.

Auf diese Weise ist erzielt, was bei keiner bisher bekannten Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine möglich ist, nämlich die selektive Herstellung der beiden an sich einander aus­ schließenden Zustände für das Auswuchten und das Abrichten des Läufers durch Freigeben und Blockieren der elastischen Lagerung der Lagerstützen. Anders ausgedrückt bietet die Maschine den Vorteil, daß sich die Lagerstützen wahlweise wie ein einziges starres Teil oder wie zwei elastisch beweg­ lich miteinander verbundene Teile verhalten.

Gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen dem Tisch und dem Unterbau der Maschine vorhandenen Gleitlagerungen jeweils eine Blockier­ einrichtung zugeordnet ist, welche im Zusammenwirken mit der Steuerung für das Auswuchten des Läufers derart betätigbar ist, daß die jeweilige Gleitlagerung während des vor und nach dem Abrichten stattfindenden Auswuchtens blockiert und während der Abrichtbearbeitung freigegeben ist.

Diese vorteilhafte Möglichkeit, den Tisch wahlweise gleit­ beweglich auf dem Unterbau zu lagern oder ihn relativ zu diesem und damit zur Standfläche festzusetzen, wird eben­ falls von keiner der bekannten Hochgeschwindigkeits-Abricht­ maschinen geboten. Die Freigabe und das Blockieren des Tischs erfolgen dabei in der gleichen Weise wie das Blockie­ ren und die Freigabe der elastischen Lagerung der Lager­ stützen, so daß die Abrichtbearbeitung sowie auch das Aus­ wuchten jeweils unter den günstigsten Bedingungen statt­ finden und damit eine größtmögliche Präzision erzielbar ist.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Draufsicht auf eine Hochgeschwin­ digkeits-Abrichtmaschine in einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine aufgeschnittene Schrägansicht eines Flugtrieb­ werksläufers im Betriebszustand mit ausgestreckten Schaufeln,

Fig. 3 eine schematisierte Seitenansicht des in Fig. 1 mit einer gestrichelten Linie eingekreisten Aggregats,

Fig. 3A und 3B schematisierte Darstellungen zweier in Fig. 3 eingekreister Einzelheiten in vergrößertem Maßstab, und

Fig. 3C schematisierte Darstellungen zweier im unteren Teil von Fig. 3 eingekreister Einzelheiten in vergrößer­ tem Maßstab.

Eine in der Zeichnung dargestellte Hochgeschwindigkeits- Abrichtmaschine 1 dient der hochpräzisen Bearbeitung des Umfangsprofils der Schaufeln 4a des Verdichter- und/oder Turbinenteils eines Läufers 4 für ein Strahltriebwerk. Die Maschine ist jedoch auch für andere Zwecke einsetzbar, bei denen es auf eine hochpräzise Abrichtbearbeitung von mit hohen Drehzahlen rotierenden Werkstücken ankommt. Zu der Abrichtmaschine 1 gehört ein Mehrfach-Werkzeugsupport 2, welcher mit zwei Profil-Schleifscheiben 3 bestückt ist.

Der zu bearbeitende Läufer 4 ist in einer als Brückenkon­ struktion ausgebildeten Lageranordnung gelagert, mit zwei über ein Brückenglied 5 miteinander verbundenen Lagerstützen 6, 7, auf denen der Läufer 4 mit seinen Enden drehbar gela­ gert ist.

Die den Läufer 4 tragende Lageranordnung 5, 6, 7 ist zusammen mit einem Antrieb 13 für den Läufer 4 auf einem Tisch 10 montiert, welcher seinerseits gleitbeweglich auf einem Unterbau 11 gelagert ist.

Die Lagerstützen 6, 7 sind nicht einstückig ausgeführt, sondern weisen jeweils ein den Läufer 4 tragendes und ein sich auf dem Tisch 10 abstützendes Teil auf. Die beiden Teile miteinander verbindende elastische Lagerungen 8 bzw. 9 weisen jeweils eine zugeordnete Blockiereinrichtung auf, deren Wirkungsweise in Fig. 3A, 3B durch Pfeile 8a bzw. 9a angedeutet ist. Die Blockiereinrichtungen für die elasti­ schen Lagerungen 8, 9 sind im Zusammenwirken mit einer Steuerung für das Auswuchten des Läufers 4 derart betätig­ bar, daß die beiden Teile der jeweiligen Lagerstütze während der Abrichtbearbeitung starr miteinander verbunden und wäh­ rend des Auswuchtens relativ zueinander elastisch beweglich sind.

Die Abstützung des Tischs 10 auf dem Unterbau 11 erfolgt in ähnlicher Weise mittels Gleitlagerungen 12, denen jeweils eine Blockiereinrichtung zugeordnet ist, deren Wirkungsweise in Fig. 3C durch Pfeile 12a angedeutet ist. Die Betätigung dieser Blockiereinrichtungen erfolgt wiederum im Zusammen­ wirken mit der Steuerung für das Auswuchten des Läufers 4 derart, daß die Gleitlagerungen während der Abrichtbearbei­ tung freigegeben und während des Auswuchtens blockiert sind, um dabei den Tisch 10 starr mit dem Unterbau 11 zu verbinden.

Claims (2)

1. Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine mit numerischer Steuerung (CNC) zum Bearbeiten der Schaufeln (4a) eines Läufers (4) eines Strahltriebwerks oder dergleichen, mit einem Unterbau (11) und einem gleitbeweglich darauf angeordneten Tisch (10), welcher eine Anordnung für die Lagerung des Läufers (4) oder abzurichtenden Werkstücks zwischen entsprechenden Lagerstützen (6, 7) sowie eine Anordnung für den Antrieb (13) des Läufers (4) mit hoher Drehzahl trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung für die Lagerung des Läufers (4) oder Werkstücks eine Brückenkonstruktion mit zwei über ein Brückenglied (5) miteinander verbundenen, den Läufer (4) bzw. das abzurichtende Werkstück an seinen Enden tragenden Lagerstützen (6, 7) ist, und daß zwischen zwei Teilen jeder Lagerstütze (6, 7) eine elastisch gelenkige Lagerung (8 bzw. 9) vorhanden ist, jeweils mit einer zugeordneten Blockiereinrichtung (8a, 9a), welche im Zusammenwirken mit der numerischen Steuerung (CNC) für das dynamische Auswuchten des Läufers (4) derart betätigbar ist, daß die elastische Lagerung (8, 9) während des vor und nach dem Abrichten stattfindenden Auswuchtens freigegeben und während der Abrichtbearbeitung zur Versteifung der jeweiligen Lagerstütze (6, 7) blockiert ist.

2. Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Tisch (10) und dem Unterbau (11) der Maschine (1) vorhandenen Gleitlagerungen (12) jeweils eine Blockiereinrichtung (12a) zugeordnet ist, welche im Zusammenwirken mit der numerischen Steuerung (CNC) für das dynamische Auswuchten des Läufers (4) derart betätigbar ist, daß die jeweilige Gleitlagerung (12) während des vor und nach dem Abrichten stattfindenden Auswuchtens blockiert und während der Abrichtbearbeitung freigegeben ist.