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Verfahren und Vorrichtungen zum Maßschleifen
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von Rotorschaufeln von Turbinen-Luftstrahltriebwerken oder dergleichen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und zugehörige Vorrichtungen
zum Maßschk fen von Rotorschaufeln von Turbinen-Luftstrahltriebwerken oder dergleichen.
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Bei turbinengetriebenen Luftverdichtern der genannten Art kommt es
darauf an, daß zwischen den freien Stirnkanten der Rotorschaufeln und dem Gehäuse
nur ein sehr geringer Abstand von beispielsweise unter einem Millimeter offenbleibt,
damit die komprimierte Luft nicht durch diese Abstände wieder in umgekehrter Richtung
entweichen kann. Diese freien ursprünglich geradlinigen Stirnkanten der Rotorschaufeln
verlieren aber im laufenden Betrieb sehr rasch ihre ursprüngliche genaue geometrische
Form dadurch, daß mit der aufgesaugten Luft mitgerissene Sandpartikel diese scharfen
Stirnkanten abschleifen und abrunden, so daß sich der ursprünglich sehr geringe
freie Abstand zwischen den Rotorschaufelnstirnseiten und dem Gehäuse durch diesen
Verschleiß vergrößert und die Leistung abfällt.
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Es ist daher notwendig, diese freien Stirnkanten der Rotorschaufeln
von Turbinen-Luftstrahltriebwerken von Zeit zu Zeit in der Weise wieder abzuschleifen,
daß eine geradlinige Abschlußkante wieder hergestellt wird.
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Da die Rotorschaufeln mittels ihres verbreiterten Fußes lediglich
formschlüssig mit dem Rotor verbunden sind, haben die verbreiterten Rotorschaufelfüße
in den ringförmigen Rotorschaufelhaltenuten des Rotors ein gewisses Spiel. Diese
lose Befestigung der einzelnen Rotorschaufel im Rotor, die auch aus Gründen der
unterschiedlichen Wärmedehnung der Materialien im Betrieb notwendig ist, erschwert
die Arbeit des Maßschleifens der einzelnen Rotorschaufel. Die einzelne dem Maßschleifvorgang
zu unterwerfende Rotorschaufel kann nicht in loser, wackelnder Form in die Schleifmaschine
eingeführt werden.
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Es sind drei Verfahren bekannt, diese lockeren Rotorschaufeln vor
dem Schleifvorgang zu fixieren.
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Die erste Methode besteht darin, daß in die ringförmige Rotorschaufelhaltenut
des Rotors, in welcher alle verbreiterten Rotorschaufelfüße hintereinander aufgereiht
sind, eine Spreizmutter eingesetzt wird, welche die Rotorschaufelfüße in Umfangsrichtung
gegeneinander verspannt, so daß sie sich geringfügig jeweils in Radialrichtung nach
außen bewegen. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, daß die radial
nach außen gerichtete abgeleitete Kraft nicht ausreicht, um dem Schleifdruck standzuhalten.
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Einzelne dem Schleifvorgang unterworfene Rotorschaufeln weichen daher
vor der Schleifscheibe zurück und beeinträchtigen damit die Schleifarbeit.
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Das zweite Verfahren behilft sich damit, daß in die besagte ringförmige
Rotorschaufelhaltenut des Rotors ein ringförmiger Kunststoffstreifen unter die Rotorschaufelfüße
eingepreßt
wird, welcher alle Rotorschaufeln ebenfalls jeweils in radialer Richtung nach außen
drückt. Hier zeigt sich Jedoch nachteilig, daß die einzelne Rotorschaufel beim Nachschleifen
durch den Schleifdruck in den untergelegten Kunststoff zurückweicht, diesen plastisch
verformt und somit keinen ausreichenden Gegendruck erhält.
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Das dritte gegenwärtig am meisten verbreitete, aber sehr teure und
aufwendige Verfahren besteht darin, daß der Rotor nahezu auf eine Betriebsdrehzahl
gebracht wird, wobei dann alle freien Stirnkanten der Rotorschaufeln einer Rotorschaufelhaltenut
des Rotors gleichzeitig geschliffen werden. Hier wird der für den Schleifdruck benötigte
Gegendruck durch die Zentrifugalkraft erzeugt.
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Dieses dritte Verfahren ist wegen seiner hohen Investitions- und Unterhaltungskosten
für viele kleinere Luftverkehrsgesellschaften unerschwinglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das drittgenannte sehr teure
Schleifverfahren zu vermeiden und ein einfaches Einzelschleifverfahren vorzuschlagen,
welches wegen seiner geringen Investitionskosten das Maßschleifen von Rotorschaufeln
stark verbilligt.
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Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe nach der Erfindung gelöst durch
Einspannen des Schaftes quer zu seiner Längsachse jeder Rotorschaufel mittels eines
angesetzten Spannorgans, Bewegen des verspannten Spannorgans zusammen mit der eingespannten
Rotorschaufel
in Längsachsrichtung des Schaftes bis zum Anschlag
des verbreiterten Rotorschaufelfußes an der Außenanschlagfläche der Rotorschaufel
Haltenut des Rotors mit Hilfe eines Druckorgans und durch Schleifen der freien Stirnkante
der Rotorschaufel bei gespannten Spann- und Druckorganen.
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Vorrichtungsmäßig wird hinsichtlich des Spannorganes vorgeschlagen,
daß es zwei einen gummielastischen Einsatz aus Gummi, Kunststoff oder dergleichen
eink-lemmende und mittels einer oder zwei Klemmschrauben miteinander verbundene
Halbschalen mit zwei miteinander fluchtender Durchsteckschlitzen zum Hindurchstecken
des Rotorschaufelschafts umfasse.
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Bezüglich der vorrichtungsmäßigen Ausgestaltung der Druckorgane werden
drei Alternativvorschläge gemacht.
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Das Druckorgan kann aus zwischen dem Spannorgan und dem Rotbr angeordneten
und eingeklemmten gummielastischen Körpern aus Gummi, Kunststoff oder dergleichen
bestehen.
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Es kann aber auch durch zwischen dem Spannorgan und dem Rotor angeordnete,
mittels Druckluft ausweitbare Schläuche gebildet sein.
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Schließlich kann das Druckorgan auch aus den sich auf den Rotor abstützenden
Klemmschrauben des Spannorgans
bestehen, die sich über ein Federorgan
an den Halbschalen des Spannorgans abstützen, so daß für die gegen die Schleifkraft
benötigte Gegenkraft keine eigenen gummielastischen Körper oder druckluftbeaufschlagte
Schläuche benötigt werden.
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Nachfolgend werden anhand der Zeichnung mehrere Ausführungsformen
der Erfindung näher erläutert und beschrieben.
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Es zeigen Figur 1 : in schematischer Darstellung den Aufbau eines
Turbinen-Luftstrahltriebwerkes, Figur 2 : einen Teilausschnitt aus einem Längsschnitt
eines Rotors mit drei Rotorschaufeln, Figur 3 : eine Teilansicht in Richtung des
Pfeils III in Figur 2, Figuren 4 und 5: das am Rotorschaufelschaft angreifende Spannorgan
im ungespannten und gespannten Zustand und Figur 6 : das Druckorgan, das die dem
Schleifdruck entgegenwirkende Radialkraft nur durch Klemmschrauben erzeugt.
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Figur 1 zeigt das Schema eines Turbinen-Luftstrahltriebwerkes mit
dem Triebwerkgehäuse 1, der Triebwerkachse 2, dem Rotor des Axialverdichters 3,
der Turbine 4 zum Antrieb des Verdichters und die beiden Brennkammern 5,5.
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Die angesaugte Luft durchströmt das Turn'den Luftstrahltriebwerk in
der durch die Pfeile 6 angedeuteten Weise.
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Die Figur 2 zeigt vergrößert und im Ausschnitt drei Rotorschaufeln
11, die jeweils aus dem Schaft 10 und dem verbreiterten Rotorschaufelfuß 9 bestehen.
Letzterer ist mit losem Spiel in eine ringförmige Rotorschaufel-Naltenut des Rotors
7 eingefügt, so daß beispielsweise sechzig derartige Rotorschaufelfüße in einer
solchen Rotorschaufel-Haltenut 8 dicht nebeneinander aufgereiht sind. Von Zeit zu
Zeit müssen die freien Stirnkanten 24 der Rotorschaufelschäfte 10 wieder geradlinig
geschliffen werden, da der Verschleiß während des Betriebes insbesondere die Ecken
sehr stark abrundet.
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In Figur 2 werden die Schäfte 10,10 der mittleren und rechten Rotorschaufeln
11,11 durch ein Spannorgan 17 eingefaßt und gehalten, das zwei Halbschalen 15 und
16 sowie eine oder zwei Klemmschrauben 18 und 19 umfaßt.
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Zwischen den Halbschalen 15 und 16 ist ein gummielastischer Körper
aus Gummi, Kunststoff oder dergleichen 22 angeordnet, der in den Figuren 4 bis 6
dargestellt ist.
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Der Darstellung gemäß Figur 2 ist noch entnehmbar, daß in den Rotorringnuten
12 gummielastische Körper aus Gummi, Kunststoff oder dergleichen in Form von Gummiringen
13 untergebracht sind.
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Der in Figur 3 gegebenen anderen Ansicht der Spannorgane 17 ist zu
entnehmen, daß die Halbschalen 15 und 16 zwei fluchtende Durchsteckschlitze 26,26
zum Hindurchstecken
des Schaftes 10 der Rotorschaufel 11 allfweisen.
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Der in den Figuren 4 und 5 gegebenen Darstellung ist die Funktionsweise
derjenigen erfindungsgema#ßen Ausführungsform zu entnehmen, die als Druckorgan die
Gummiringe 13 verwendet.
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Bei der in Figur 4 gezeigten Situation befindet sich das Spannorgan
17 in ungespanntem Zustand, so daß der verbreiterte Rotorschaufelfuß 9 lose in der
Rotorschaufel-Haltenut 8 des Rotors 7 steckt und weder gegen die Außenanschlagfläche
28 noch gegen die Innenansclagfläche 27 der Rotorschaufel-Haltenut 8 einen Druck
ausgibt.
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Wenn nun aber entsprechend der erfindungsgemäßen Verfahrensweise der
Schaft 10 durch das Spannorgan 17 eingespannt werden soll, so ist erst die Anwendung
einer in Längsachsrichtung des Schaftes 10 wirkenden Anpreßkraft 20 mit Hilfe eines
nicht dargestellten handbetätigten Werkzeuges erforderlich. Durch Anwendung der
Druckkraft in Richtung der Pfeile 20 auf das Spannorgan 17 treten entgegengesetzt
gerichtete Druckkräfte 20' in den Gummiringen 13 auf, so daß diese die in Figur
5 gezeigte zusammengepreßte Form 13' erhalten.
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Dann werden die Klemmschrauben 18,19 mittels eines drehmomentbegrenzten
Schraubers gedreht, bis die Gummieinlage 22 die Position 22' erreicht und dann die
quer zur Druckkraft 20' wirkenden Einspannkräfte 23 auftreten.
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Die Klemmschrauben nehmen dann die Positionen 18' und 19' und die
Halbschalen die Positionen 15' und 16' ein.
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Gegenkräfte 20' pressen über das gespannte Spannorgan 17' den verbreiterten
Fuß 9' des Schaftes 10' gegen die Außenanschlagflächen 2P,28, so daß bei der Innenanschlagfläche
27 ein Spiel entsteht.
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Der in dieser Weise durch das gespannte Spannorgan 17' und durch die
zusammengepreßten Gummiringe 13',13' erfaßte und radial nach außen gepreßte Schaufeischaft
10' kann nunmehr in dieser Situation dem Maßschleifen unterworfen werden.
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Die Gummiringe 13 bzw. 13' können bei einer in der Zeichnung nicht
dargestellten weiteren Ausführungsform durch Druckluft beaufschlagte Gummischläuche
ersetzt werden.
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Die Figur 6 zeigt dagegen eine Ausführungsform, bei der weder Bummiringe
13 noch druckluftbeaufschlagte Gummischläuche Anwendung finden. Für die Spannorgane
17 und die Druckorgane 13 werden hier lediglich die Klemmschrauben 18 und 19 in
Verbindung mit einem zusätzlichen Federorgan 25 verwendet.
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Durch das Drehen der Klemmschrauben 18 und 19 wird zunächst die untere
Halbschale 16 in die Position 16' bewegt. Hierdurch wird die Gummieinlage 22 in
die Gummieinlage 22' verformt, welche die Schaufel 10 ringförmig einspannt.
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Das weitere Drehen der Klemmschrauben 18 und 19 bewirkt dagegen ein
gleichzeitiges Anheben der beiden Halbschalenhälften, so daß die Halbschalenhälfte
16' die Position 16 " und die bislang unbeweglich geblibene ITalbschale 15
die
Position 15'' erreicht. Gleichzeitig wird hierbei das Federorgan 25, mit welchem
sich die Klemmschrauben 18 und 19 am Spannorgan 17 abstützen, gespannt und erreichen
die Position 25'. Diese Federorgane können zweckmäßig in Form von Tellerfedern eingesetzt
sein.
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Der besondere Vorteil der oben beschriebenen Spann-und Druckorgane
besteht neben ihrer Billigkeit darin, daß sie die einzelne Rotorschaufel 11 an ihrem
Schaft 10 erfassen, so daß die Rotorschaufel 11 beim Schleifvorgang viel sicherer
und fester gehalten wird als bei den übrigen bekannten Schleifverfahren, die eine
Rotorschaufel 11 nicht an ihrem Schaft 10 erfassen und festhalten.
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Dies tragt wesentlich zur Exaktheit der Schleifarbeit bei und schließt
jedes ungewollte federnde Zurückweichen der einzelnen Rotorschaufel beim Schleifvorgang
aus.
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Das Einspannen des Schafts dicht neben der Schleifstelle verhindert
außerdem jedes seitliche Vibrieren des Schafts wbhrend des Schlei fens.
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