DE4203656A1 - Vorrichtung zur herstellung von axialnuten an laeuferscheiben eines turbinenlaeufers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Zur sicheren Verbindung von Turbinenschaufeln mit einem Turbinenläufer müssen dessen Läuferscheiben mit Axialnu­ ten versehen werden, die in der Regel eine bestimmte Kon­ tur erhalten, um ein Lösen der Schaufeln durch Zentrifu­ galkräfte zu verhindern. Das Einbringen der Axialnuten durch spanabhebende Verfahren, wie Bohren, Fräsen oder Räumen, ist sehr zeitaufwendig, personalintensiv und er­ fordert sehr hohe Werkzeugkosten, zumal es nicht oder nur bedingt programmgesteuert ablaufen kann. Geräumte Nuten können außerdem nur bei Läufern hergestellt werden, die aus Einzelscheiben zusammengesetzt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaf­ fen, die einen programmgesteuerten Fertigungsablauf er­ möglicht und dadurch einen schnelleren Durchlauf bei ge­ ringerem Personalaufwand erzielt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichne­ ten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Un­ teransprüchen genannt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ist es, daß mit einer relativ einfach aufgebauten Erodiereinrichtung ein vollprogrammierbarer Fertigungsab­ lauf erzielbar ist. So besitzt die Erodiereinrichtung zwei Abstandshalter, über die ein freilaufender, aber gleichzeitig gespannter Erodierdraht parallel zur Achse des Turbinenläufers geführt ist. Die beiden Abstandshal­ ter sind dabei so angeordnet, daß eine zwischen ihnen liegende Öffnung breiter als die Dicke einer Läufer­ scheibe und tiefer als die Tiefe der zu erstellenden Axi­ alnut ist. Durch einen programmgesteuerten Positionierer ist es der Erodiereinrichtung möglich, die Lage des Erodierdrahtes zur Läuferscheibe zu definieren und da­ durch jede gewünschte, vorprogrammierte Nutform mit par­ allel zur Achse des Turbinenläufers liegenden Nutenwänden entlang der Nutenkontur auszuschneiden.

Da die Kurvenbahnen der jeweiligen Nutenkontur frei pro­ grammierbar sind, kann die Erodiereinrichtung schnell an jede gewünschte Fußform der Turbinenschaufeln angepaßt werden, wobei es möglich ist, auch die Schaufelfüße in gleicher Weise zu erodieren und dadurch eine hohe Paß­ genauigkeit bei geringster Nacharbeit zu erreichen.

Ein weiteres Ziel bei der vollautomatischen Herstellung von Axialnuten ist, daß sich der Fertigungsablauf über alle Axialnuten einer Läuferscheibe hinweg ohne menschli­ chen Eingriff vollzieht. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht deshalb vor, die Ero­ diereinrichtung mit einem Rotationspositionierer zu kop­ peln. Dieser bewirkt automatisch eine Drehung des Turbi­ nenläufers um einen bestimmten, der Zahl der Axialnuten entsprechenden Drehwinkel, sobald nach erfolgtem Nuten­ schnitt die nächste Axialnut ausgeschnitten werden muß.

Um ein Drehen des Turbinenläufers in Verbindung mit dem Rotationspositionierer zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, ihn zwischen axial angreifenden Lagerteilen, vorzugsweise Lagerspitzen drehbeweglich anzuordnen. Eine andere Mög­ lichkeit ist es, den Turbinenläufer auf radial angreifen­ den Lagerrollen drehbeweglich zu lagern. Das Drehen des Turbinenläufers um einen vorgegebenen Winkel, um die Lage der nächsten Axialnut zu erreichen, kann entsprechend durch eine Steuereinheit getaktet werden.

Die Durchlaufgeschwindigkeit bei der Herstellung von Axi­ alnuten läßt sich entscheidend erhöhen, wenn die Vor­ richtung so aufgebaut wird, daß mehrere Erodiereinrich­ tungen gleichzeitig an einer Läuferscheibe arbeiten. Vor­ teilhaft ist es, die Erodiereinrichtungen dabei im glei­ chen Winkelabstand zueinander so anzuordnen, daß zwischen ihnen die gleiche Zahl von Axialnuten liegt. Dadurch ist gewährleistet, daß nach einer bestimmten, durch den Rota­ tionspositionierer vorgegebenen Zahl von Winkelschritten jede Erodiereinrichtung die ihr jeweils zugeordnete letzte Nut bearbeitet.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit die Durchlaufzeit zu verringern, besteht darin, daß mehrere Erodiereinrichtungen gleichzeitig an verschiedenen Läu­ ferscheiben eines Turbinenläufers arbeiten. Hier kann eine Optimierung des Durchlaufs dahingehend erfolgen, daß die Anzahl der Läuferscheiben, an denen gleichzeitig Erodiereinrichtungen arbeiten, ein ganzzahliger Bruchteil der insgesamt zu bearbeitenden Läuferscheiben ist. Dabei muß der Abstand zwischen den parallel an einer Läufer­ scheibe arbeitenden Erodiereinrichtungen gleich der An­ zahl der insgesamt zu bearbeitenden Läuferscheiben ge­ teilt durch die Anzahl der gleichzeitig bearbeiteten Läu­ ferscheiben sein. Bei einer derartigen Auslegung der Vor­ richtung gelangen alle Erodiereinrichtungen gleichzeitig zu ihrer jeweils letzten noch zu bearbeitenden Läu­ ferscheibe.

Für eine Längsverschiebung der jeweiligen Erodiereinrich­ tungen parallel zur Achse des Turbinenläufers sorgen ent­ sprechend ausgelegte und programmierte Translationsposi­ tionierer, sobald die nächste Läuferscheibe zur Bearbei­ tung ansteht.

Die schnellste Bearbeitung des gesamten Turbinenläufers bei der Herstellung von Axialnuten ergibt sich, wenn eine Vielzahl von Erodiereinrichtungen so eingesetzt ist, daß gleichzeitig an mehreren Läuferscheiben jeweils zwei oder mehr Erodiereinrichtungen arbeiten. Im Extremfall wäre es denkbar, daß jeder Axialnut eine Erodiereinrichtung zuge­ ordnet wird. Hierdurch ließe sich zwar rein rechnerisch die kürzeste Bearbeitungszeit erreichen, doch darf man wohl davon ausgehen, daß eine Minimierung des Gesamtauf­ wandes unter Berücksichtigung von Durchlaufzeit und Ko­ sten der Vorrichtung, dann erreicht wird, wenn mit Hilfe eines Rotationspositionierers oder Translationspositio­ nierers jeder Erodiereinrichtung mehrere Axialnuten zuge­ ordnet werden.

Eine Verbesserung der einzelnen, zur Vorrichtung gehöri­ gen Erodiereinrichtungen läßt sich dadurch erzielen, daß die Abstandshalter beidseitig der Öffnung mit je einer Umlenkrolle versehen sind, über die der Erodierdraht ge­ führt ist. Der Erodierdraht kann hierdurch seinem Ver­ schleiß entsprechend, ohne größere Reibungsverluste fort­ laufend über die Öffnung hinweggezogen werden. Dabei ist es zweckmäßig, die beiden Abstandshalter mit einer Lager­ gabel zu versehen, die zur Aufnahme der drehbeweglichen Umlenkrollen dienen können. Mit entsprechend verstellba­ ren Abstandshaltern gelingt es weiterhin, die zwischen ihnen liegende Öffnung in ihren Abmessungen zu ändern und so die Erodiereinrichtung an Läuferscheiben unter­ schiedlicher Dicke anzupassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnun­ gen dargestellt und werden im folgenden näher beschrie­ ben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Läuferscheibe in Blickrichtung parallel zur Achse des Turbinenläufers mit einer auf den schneidenden Teil einer Erodier­ einrichtung beschränkten Darstellung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung in einer ersten Richtung um 90° gedreht,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung in einer zweiten Richtung um 90° gedreht,

Fig. 4 einen Turbinenläufer, mit einer mehrere Ero­ diereinrichtungen umfassenden Vorrichtung.

Wie die Fig. 1 bis 3 erkennen lassen, besitzt die Vor­ richtung zur Herstellung von Axialnuten mindestens eine Erodiereinrichtung 5 mit Abstandshaltern 4, die als Lagergabeln 11 ausgebildet sind. Ein Erodierdraht 6 ist über Umlenkrollen 10 geführt, die ihrerseits in den Lagergabeln 11 drehbeweglich angeordnet sind. Der Ero­ dierdraht 6 liegt am Eingang einer zwischen den Abstand­ haltern 4 vorgesehenen Öffnung 8, die in ihren Abmessun­ gen so dimensioniert ist, daß beim Schneiden einer in ei­ ner Läuferscheibe 3 auszunehmenden Nut 1 die Läufer­ scheibe entsprechend der Nuttiefe zwischen den Abstand­ haltern 4 Platz findet. Mit Hilfe eines nicht dargestell­ ten programmierbaren Positionierers ist es möglich, die Abstandshalter 4 der Erodiereinrichtung zwischen zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Koordinaten in jeder beliebigen Richtung so zu führen, daß eine vorgegebene Kontur der Axialnut 1 ausgeschnitten wird. Ein mit einer entsprechenden Kontur ausgebildeter Fuß einer Turbinen­ schaufel kann axial in die Nut eingesetzt werden und ist durch seine Ausformungen vor einem zentrifugalem Heraus­ rutschen geschützt.

In Fig. 4 ist beispielhaft eine Vorrichtung zur Herstel­ lung von Axialnuten dargestellt, die vier Erodiereinrich­ tungen A, B, C, D umfaßt. Die Erodiereinrichtungen 5 sind auf die Läuferscheiben 3 eines Turbinenläufers 2 so ver­ teilt, daß gleichzeitig an zwei Läuferscheiben 3 mit je­ weils zwei Erodiereinrichtungen 5 gearbeitet wird. Für die fortlaufende Bearbeitung der Läuferscheiben 3 sind ein Rotationspositionierer und ein Translationspositio­ nierer erforderlich, die gegebenfalls auch zu einem ein­ zigen Positionierer mit beiden Funktionen zusammengefaßt werden können, aber hier nicht dargestellt sind, da ihre Wirkungsweise ohne weiteres verständlich ist. Der oder die Positionierer sorgen dafür, daß nach erfolgtem Aus­ schnitt einer Nut die jeweilige Erodiereinrichtung 5 durch Dreh- und/oder Längsverschiebung zum Turbinenläufer 7 in die Position einer noch zu bearbeitenden Axialnut 1 gebracht wird. Die Verschiebung muß zwischen der Vorrich­ tung einerseits und dem Turbinenläufer 7 andererseits er­ folgen, wobei einer von beiden oder auch beide bewegt werden können. Im vorliegenden Beispiel ist die Achse 7 des Turbinenläufers zwischen Lagerspitzen 9 aufgehängt und somit drehbeweglich gelagert.

Bei der in Fig. 4 gewählten Anordnung liegen sich zwei Erodiereinrichtungen 5 radial gegenüber, sodaß eine ge­ rade Zahl von Turbinenschaufeln pro Läuferscheibe 3 vor­ ausgesetzt, der Turbinenläufers 7 um weniger als 180° ge­ dreht werden muß, damit auch die letzte Nut geschnitten werden kann. Eine Längsverschiebung der Erodiereinrich­ tungen A, B und C, D zu den jeweils nächstliegenden bei­ den Läuferscheiben 3 ermöglicht die komplette Bearbeitung eines Turbinenläufers 7 beim Schneiden der Axialnuten 1. Im vorliegenden Fall wird durch die vier Erodiereinrich­ tungen A bis D der Durchlauf in einem Viertel der Zeit gegenüber der Einzelbearbeitung mit einer Erodiereinrich­ tung erreicht. Der gesamte Ablauf ist dabei CNC-program­ mierbar, wobei die Vorrichtung CAM gekoppelt werden kann.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Axialnuten (1) an Läuferscheiben (3) eines Turbinenläufers (2), die zum Einsetzen von Turbinenschaufeln dienen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein freilaufender, zwischen zwei Abstands­ haltern (4) einer Erodiereinrichtung gespannter Erodier­ draht (6) parallel zur Achse (7) des Turbinenläufers (2) geführt ist und die lichte Weite einer zwischen den bei­ den Abstandshaltern (4) liegenden Öffnung (8) breiter ist als die Dicke einer Läuferscheibe (3) und die Tiefe der Öffnung (8) mindestens der Tiefe der zu erstellenden Axi­ alnut (1) entspricht, und daß die Erodiereinrichtung (5) mindestens einen Positionierer besitzt, der die Lage des Erodierdrahtes zur Läuferscheibe (3) definiert, und daß durch Programmierung des Schnittweges die gewünschte Nut­ form vorgebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erodiereinrichtung (5) mit einem Rotations­ positionierer gekoppelt ist, der eine Drehung des Turbi­ nenläufers (2) um einen bestimmten, der Zahl der Axialnu­ ten (1) entsprechenden Drehwinkel bewirkt, sobald nach erfolgtem Nutenschnitt die nächste Axialnut (1) ausge­ schnitten werden muß.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Turbinenläufer (2) zwischen axial angreifenden Lagerteilen, vorzugsweise Lagerspitzen (9) drehbeweglich angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Turbinenläufer (2) auf radial an­ greifenden Lagerrollen drehbeweglich gelagert ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Turbi­ nenläufers (2) um einen vorgegebenen Winkel durch eine Steuereinheit getaktet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Erodier­ einrichtungen (5) gleichzeitig an einer Läuferscheibe (3) arbeiten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß bei mehreren an einer Läuferscheibe (3) arbei­ tenden Erodiereinrichtungen (5) diese im gleichen Winkelabstand zueinander so angeordnet sind, daß zwischen ihnen die gleiche Zahl von Axialnuten (1) liegt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Erodier­ einrichtungen (5) gleichzeitig an verschiedenen Läufer­ scheiben (3) eines Turbinenläufers (2) arbeiten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anzahl der Läuferscheiben (3), an denen gleichzeitig Erodiereinrichtungen (5) arbeiten, ein ganz­ zahliger Bruchteil der insgesamt zu bearbeitenden Läufer­ scheiben (3) ist und jeder bearbeiteten Läuferscheibe (3) eine gleichgroße Anzahl unbearbeiteter Läuferscheiben (3) folgt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei an mehreren Läu­ ferscheiben (3) arbeitenden Erodiereinrichtungen (5) min­ destens ein Translationspositionierer für eine Längsver­ schiebung der jeweiligen Erodiereinrichtung (5) parallel zur Achse (7) des Turbinenläufers (2) sorgt, sobald die jeweils nächste Läuferscheibe (3) bearbeitet werden soll.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig an meh­ reren Läuferscheiben (3) jeweils zwei oder mehr Erodier­ einrichtungen (5) arbeiten.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (4) beidseitig der Öffnung (8) mit je einer Umlenkrolle (10) versehen sind, über die der Erodierdraht (6) geführt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der beiden Abstandshalter (4) mit ei­ ner Lagergabel (11) zur Aufnahme der drehbeweglichen Um­ lenkrollen (10) versehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zwischen den beiden Abstandshaltern (4) liegende Öffnung durch verstellbare Abstandshalter (4) in ihren Abmessungen ver­ ändern läßt.