DE3039705C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gesenksatz der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Die US 35 19 503 beschreibt ein Schmiedeverfahren, das von der Fa. Pratt & Whitney Aircraft entwickelt und unter der waren­ zeichenrechtlich geschützten Bezeichnung "GATORIZING-Schmiede­ verfahren" international bekanntgeworden ist. Durch dieses Verfahren sind eine hohe Festigkeit aufweisende, schwierig zu schmiedende, warmfeste Legierungen, wie sie in der Gasturbinen­ triebwerksindustrie benutzt werden, aus einem Block in eine beinahe fertige Gestalt mit relativ komplexer Geometrie verform­ bar. Anfänglich wurden zwar nur scheibenförmige Teile geschmie­ det, die Attraktivität des Schmiedens von integral beschaufelten Rotoren hat jedoch zu weiteren Entwicklungen angespornt.

Ein erster Gesenksatz und ein Verfahren zum Formen von solchen integral beschaufelten Rotoren sind in den US 40 51 708 und 40 74 559 beschrieben. Gemäß diesen beiden US-Patentschriften werden die Schaufeln als integrale Ansätze zwischen benach­ barten Schaufelgesenken geschmiedet, die an dem Umfang der Scheibengesenke angeformt sind. Weiterentwicklungen beinhalten Techniken zum Trennen der Schaufelgesenke von dem fertigen Schmiedestück. Zwei derartige Techniken sind in den US 40 41 161 und 41 50 557 beschrieben, von denen die letztgenannte einen Gesenksatz der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zeigt. Bei diesem bekannten Gesenksatz besteht die Gefahr, daß sich die Schaufelgesenke beim Schmieden verkanten und des­ halb keine maßgenauen Schmiedestücke hergestellt werden können. Die Maßgenauigkeit ist aber bei den an einem Rotor angeformten Schaufeln besonders wichtig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gesenksatz der im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß das Verkanten der Schaufelgesenke beim Schmieden verhindert wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem Gesenksatz nach der Erfindung sind beim Schmieden die Schaufelgesenke starr miteinander verriegelt, wodurch ein Verkanten der Schaufelgesenke im Gesenksatz verhindert wird. Ein Hauptvorteil des Gesenksatzes nach der Erfindung ist die bessere Möglichkeit der Herstellung von scheibenförmigen Körpern, deren radiale Ansätze eine besondere Maßgenauigkeit haben. Die Stabilität der Schaufelgesenke in dem Gesenksatz wird erreicht. Der stabile Gesenksatz ist für automatisierte Schmiedeverfahren gut geeignet, bei denen ein vorher zusammen­ gefügter und vorgewärmter Gesenksatz, der einen zu schmiedenden Block enthält, in den Schmiedeofen eingeführt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegen­ stand der Unteransprüche.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist zum Ver­ hindern des Verkantens eine Vorrichtung vorgesehen zum Ver­ riegeln der Schaufelgesenke mit dem feststehenden Gesenk.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 ist ein freier Ring mit den Schaufelgesenken verriegelt, um ein Ver­ kanten der Schaufelgesenke zu verhindern.

Das feststehende Gesenk hat einen Umfangsbund, der in der Aus­ gestaltung nach Anspruch 5 konisch ist, um das radiale Trennen der gekrümmten Schaufelgesenke von den geschmiedeten Schaufeln zu ermöglichen. Eine konische Fläche an der Unterseite des Umfangsbundes ist in einer Linie mit der Achse der Schaufeln und mit der Richtung des Zurückziehens der Schaufelgesenke von den Schaufeln. Der Kanal in dem unteren Teil jedes Schaufelge­ senks hat die umgekehrte Geometrie des Umfangsbundes und ist in seinen Abmessungen diesem eng angepaßt, damit sich eine stabile Verriegelung zwischen jedem Schaufelgesenk und dem feststehenden Gesenk ergibt. In der Ausgestaltung nach Anspruch 3 sind daher die Kanäle in den Schaufelgesenken mit dem freien Ring verriegelt, durch den das bewegliche Gesenk gleitet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol­ genden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine automatisierte Schmiedevorrichtung, in der der Ge­ senksatz nach der Erfindung verwend­ bar ist,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht des Gesenksatzes nach der Erfindung, und

Fig. 3B und 3B in einer Vergleichsdarstellung die Möglichkeit der Verbesserung der Fer­ tigungstoleranz von in dem Gesenk­ satz nach der Erfindung geformten Schaufeln.

Der im folgenden beschriebene Gesenksatz ist für eine automa­ tisierte Fertigung gut geeignet, für die in Fig. 1 eine automatisierte Schmiedevorrichtung vereinfacht dargestellt ist.

Im Betrieb der automatisierten Schmiedevor­ richtung nach Fig. 1 wird ein Gesenksatz 10, der einen zu schmieden­ den Block enthält, in einen Vorwärmofen 12 einge­ bracht, in welchem die Temperatur des Gesenksatzes 10 und des Blockes auf ungefähr diejenige Temperatur erhöht wird, bei der der Schmiedeprozeß auszuführen ist. Der erhitzte Gesenksatz 10 und der Block werden dann durch eine Tür 14 in eine Schmiedekammer 16 eingebracht und in einem großen Ring 18 abgelegt, und ein zweiter Gesenksatz 10, der einen Block enthält, wird in den Vorwärmofen 12 eingebracht. Der bereits vorgewärmte Block wird innerhalb des Gesenksatzes 10 in der Schmiedevorrichtung unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Druckes in eine gewünschte Geometrie verformt. Der verformte Block und der Gesenksatz 10 werden danach aus dem großen Ring 18 angehoben und durch eine Tür 20 in eine Gesenk­ expansionsstation 22 und von dieser aus in eine Abkühlkam­ mer 24 gebracht. Der zweite Gesenksatz 10 wird in die Schmie­ dekammer 16 eingeführt, und das Verfahren wird fortgesetzt, bis die gewünschte Anzahl von Körpern geschmiedet worden ist. Die Gesenksätze 10 können in die betref­ fenden Kammern hinein- und aus diesen hinaustranspor­ tiert werden, ohne daß eine unzulässige Fehlausrichtung der Gesenke hervorgerufen wird.

Ein Gesenksatz 10 ist ausführlich in dem Teillängsschnitt in Fig. 2 montiert in dem großen Ring 18 gezeigt. Der Gesenksatz 10 hat zwei Gesenke, die in ei­ ner gemeinsamen Achse angeordnet sind, nämlich das fest­ stehende Gesenk 26 und das bewegliche Gesenk 28. Mehrere gekrümmte Schaufelgesenke 30 sind nebeneinander in einem Kranz um das feststehende Gesenk 26 und das bewegli­ che Gesenk 28 angeordnet und weisen gemeinsam mit die­ sen die Gravur auf, die die umgekehrte Geome­ trie des integral beschaufelten Rotors oder eines ähnlichen scheibenförmigen Körpers mit radialen Ansätzen hat. Das bewegliche Gesenk 28 hat eine äußere zylin­ drische Außenfläche 32 und eine Stirnfläche 34. Die Stirnfläche 34 des beweglichen Gesenks 28 ist mit der umgekehrten Geometrie einer Seite des zu formenden Körpers versehen. Das fest­ stehende Gesenk 26 hat eine zylindrische Außenfläche 36 und eine obere Fläche 38. Die obere Fläche des feststehenden Ge­ senks 26 ist mit der umgekehrten Geometrie der anderen Seite des zu formenden Körpers versehen. Ein Umfangsbund 40 steht von der zylindrischen Außenfläche 36 des feststehenden Gesenks 26 nach außen vor.

Die Schaufelgesenke 30 haben jeweils zwei Seitenwän­ de 42, welche gemeinsam mit den Seitenwänden der benachbarten Schaufelgesenke die Gravur für die Schaufeln aufweisen. Jedes Schaufelgesenk 30 hat eine innere, gekrümmte Fläche 44 mit einem Kanal 46, der sich über die Fläche 44 er­ streckt und mit dem Umfangsbund 40 des feststehenden Gesenks 26 ver­ riegelt wird, um ein Verkanten jedes Schaufelgesenks 30 gegenüber dem feststehenden Gesenk 26 zu verhindern. Der Umfangsbund 40 hat wenig­ stens eine konische Fläche 48, die das Zurückziehen der Schaufelgesenke von dem Umfangsbund längs einer gewünschten Zuglinie L von den Schaufeln gestattet. Bei dem Gesenksatz 10, der in Fig. 2 dargestellt ist, hat die innere, gekrümmte Fläche 44 jedes Schaufelgesenks 30 einen zweiten Kanal 50 in dem Bereich des beweglichen Gesenks 28. Jeder Kanal 50 wird mit einem Ring 52 verriegelt, dessen Abmes­ sungen den seinen genau angepaßt sind, um einen zusätz­ lichen Widerstand gegen eine Schaufelgesenkverkantung zu schaffen. Wie in dem Fall des Umfangsbundes 40 hat der Ring 52 eine konische Fläche 54, die das Zurückziehen der Schaufelgesenke 30 von dem Ring 52 längs der gewünschten Zuglinie L gestattet. Der Umfangsbund 40 und der Ring 52 können auch unabhängig voneinan­ der benutzt werden.

Jedes Schaufelgesenk 30 hat weiter eine äußere gekrümmte Fläche 56 mit einer sich über sie erstreckenden Nut, um zu­ sammen mit den Nuten der benachbarten Schaufelgesenke 30 einen äuße­ ren Kanal 58 zu bilden, der sich vollständig um den Kranz von Schaufelgesenken erstreckt. Ein Draht 60 erstreckt sich in dem äußeren Kanal 58 um die Schaufelgesenke 30 und hält den Gesenksatz 10 zu­ sammen.

Einen Hauptvorteil des Verriegelns der gekrümmten Schaufelgesenke 30 mit einem gemeinsamen Glied, wie dem festste­ henden Gesenk 26 oder dem Ring 52 ergibt sich aus den Fig. 3A und 3B. In diesen Figuren werden bekannte Gesenke (Fig. 3A) mit Gesenken nach der Erfindung (Fig. 3B) ver­ glichen. Gekrümmte Schaufelgesenke 30, wie sie beim Anformen von Schaufeln an einer Rotorscheibe benutzt werden, sind gezeigt. Gravuren 62, in die Blockmaterial zu schmieden ist, sind in den Seitenwänden 42 der Schaufelgesenke 30 gebildet.

In Fig. 3A führt eine geringfügige axiale Verkantung zwischen den Schaufelgesenken zu beträchtlichen Veränderungen in der Dicke T der Schaufeln. Infolgedessen können die Schaufeln des fertigen Rotors unvorhersagbare aero­ dynamische Eigenschaften und eine unzulängliche bauliche Festigkeit haben.

In Fig. 3B sind gemäß der Erfindung die Schaufelgesenke 30 mit dem feststehenden Gesenk 26 durch den Umfangsbund 40 und den Ring 52 verriegelt. Infolgedessen werden die Schaufel­ gesenke 30 am Verkanten gehindert und die Schaufeldicken T blei­ ben gleich.

Claims (5)

1. Gesenksatz zum Schmieden von integral beschaufelten Rotoren u. dgl. ähnlichen scheibenförmigen Körpern mit radialen An­ sätzen,
mit einem zylindrischen, feststehenden Gesenk (26), das eine zylindrische Außenfläche (36) und eine obere Fläche (38) auf­ weist, die komplementär zur Geometrie einer Seite der Rotor­ scheibe ausgebildet ist,
mit einem zylindrischen, beweglichen Gesenk (28), das koaxial und im Abstand zum feststehenden Gesenk (26) angeordnet ist und eine zylindrische Außenfläche (32) sowie eine Stirnfläche (34) aufweist, die komplementär zur Geometrie der anderen Seite der Rotorscheibe ausgebildet ist, und
mit einem Kranz von umfangsmäßig benachbarten Schaufelgesenken (30) mit jeweils zwei Seitenwänden (42), wobei zwei benachbarte Seitenwände (42) jeweils die Gravur für eine Schaufel auf­ weisen, und mit jeweils einer inneren, gekrümmten Fläche (44), die die Außenfläche (32, 36) des feststehenden und des beweg­ lichen Gesenks (26 bzw. 28) berührt,
dadurch gekennzeichnet, daß die inneren, gekrümmten Flächen (44) der Schaufelgesenke (30) jeweils mit mindestens einer Aussparung versehen sind, die gemeinsam min­ destens einen ringförmigen Kanal (46, 50) bilden, der ein ring­ förmiges Glied (40, 52) aufnimmt, um ein Verkanten der Schau­ felgesenke (30) im Gesenksatz (10) zu verhindern.

2. Gesenksatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Glied ein Umfangsbund (40) ist, der von der Außenfläche (36) des feststehenden Gesenks (26) vorsteht.

3. Gesenksatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Glied ein freier Ring (52) ist, der um die Außenfläche (32) des beweglichen Gesenks (28) angeordnet ist.

4. Gesenksatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere, gekrümmte Fläche (44) jedes Schaufelgesenks (30) zur Bildung von zwei ringförmigen Kanälen (46, 50) mit zwei Aussparungen versehen ist, wobei in den einen Kanal (46) ein Umfangsbund (40) eingreift, der von der zylindrischen Außen­ fläche (36) des festen Gesenks (26) vorsteht, und wobei im anderen Kanal (50) ein freier Ring (52) angeordnet ist, der um die Außenfläche (32) des beweglichen Gesenks (28) angeord­ net ist.

5. Gesenksatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kanal (46, 50) sowie das darin aufgenommene ringförmige Glied (40, 52) auf mindestens einer Seite mit zusammenwirkenden konischen Flächen (48) versehen sind.