DE4203656C2 - Vorrichtung zur Herstellung von Axialnuten an Läuferscheiben eines Turbinenläufers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zur sicheren Verbindung von Turbinenschaufeln mit einem Turbinenläufer müssen des­ sen Läuferscheiben mit Axialnuten versehen werden, die in der Regel eine bestimmte Kontur erhalten, um ein Lösen der Schaufeln durch Zentrifugalkräfte zu verhindern. Das Einbringen der Axialnuten durch spanabhebende Verfahren, wie Bohren, Fräsen oder Räumen, ist sehr zeitaufwendig, personalintensiv und erfordert sehr hohe Werkzeugko­ sten, zumal es nicht oder nur bedingt programmgesteuert ablaufen kann. Geräumte Nuten können außerdem nur bei Läufern hergestellt werden, die aus Einzelscheiben zusammengesetzt sind.

Aus der EP 0 028 595 B1 ist eine funkenerosive Drahtschneidemaschine zum abschlie­ ßenden Bearbeiten von Stanz- und Schneidewerkzeugen bekannt. Dort gelingt die ero­ sive Bearbeitung durch das Zusammenspiel von zwei Kreuzschlitten mit einer Drehein­ richtung und einer aufwendigen Steuerung für verschiedene Verstellbewegungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die unter Einsatz einer funkenerosiven Bearbeitung einen programmgesteuerten Fertigungsablauf ermöglicht und bei einem schnelleren Durchlauf die Nachteile einer spanenden Bearbeitung vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zweck­ mäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, daß mit einer relativ einfach aufgebauten funkenerosiven Drahtschneidemaschine ein vollprogrammierbarer Fertigungsablauf erzielbar ist. So besitzt die funkenerosive Drahtschneidemaschine zwei Abstandshalter, über die eine freilaufende, aber gleichzeitig gespannte Drahtelek­ trode parallel zur Achse des Turbinenläufers geführt ist. Die beiden Abstandshalter sind dabei so angeordnet; daß eine zwischen ihnen liegende Öffnung breiter als die Dicke einer Läuferscheibe und tiefer als die Tiefe der zu erstellenden Axialnut ist. Durch einen programmgesteuerten Positionierer ist es der funkenerosiven Drahtschneidemaschine möglich, die Lage der Drahtelektrode zur Läuferscheibe zu definieren und dadurch jede gewünschte, vorprogrammierte Nutform mit parallel zur Achse des Turbinenläufers lie­ genden Nutenwänden entlang der Nutenkontur auszuschneiden. Durch Koppelung der funkenerosiven Drahtschneidemaschine mit einem Rotationspositionierer wird automa­ tisch eine Drehung des Turbinenläufers um einen bestimmten, der Zahl der Axialnuten entsprechenden Drehwinkel bewirkt, sobald nach erfolgtem Nutenschnitt die nächste Axialnut ausgeschnitten werden muß.

Da die Kurvenbahnen der jeweiligen Nutenkontur frei programmierbar sind, kann die funkenerosiven Drahtschneidemaschine schnell an jede gewünschte Fußform der Tur­ binenschaufeln angepaßt werden, wobei es möglich ist, auch die Schaufelfüße in glei­ cher Weise funkenerosiv zu bearbeiten und dadurch eine hohe Paßgenauigkeit bei ge­ ringster Nacharbeit zu erreichen.

Um ein Drehen des Turbinenläufers in Verbindung mit dem Rotationspositionierer zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, ihn zwischen axial angreifenden Lagerteilen, vorzugs­ weise Lagerspitzen drehbeweglich anzuordnen. Eine andere Möglichkeit ist es, den Turbinenläufer auf radial angreifenden Lagerrollen drehbeweglich zu lagern. Das Dre­ hen 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 Axialnuten läßt sich entscheidend erhöhen, wenn die Vorrichtung so aufgebaut wird, daß mehrere funkenerosive Draht­ schneidemaschinen gleichzeitig an einer Läuferscheibe arbeiten. Vorteilhaft ist es, die funkenerosiven Drahtschneidemaschinen dabei im gleichen Winkelabstand zueinander so anzuordnen, daß zwischen ihnen die gleiche Zahl von Axialnuten liegt. Dadurch ist gewährleistet, daß nach einer bestimmten, durch den Rotationspositionierer vorgege­ benen Zahl von Winkelschritten jede funkenerosive Drahtschneidemaschine die ihr je­ weils zugeordnete letzte Nut bearbeitet.

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

Für eine Längsverschiebung der jeweiligen funkenerosiven Drahtschneidemaschinen parallel zur Achse des Turbinenläufers sorgen entsprechend ausgelegte und program­ mierte Translationspositionierer, sobald die nächste Läuferscheibe zur Bearbeitung an­ steht.

Die schnellste Bearbeitung des gesamten Turbinenläufers bei der Herstellung von Axialnuten ergibt sich, wenn eine Vielzahl von funkenerosiven Drahtschneidemaschinen so eingesetzt ist, daß gleichzeitig an mehreren Läuferscheiben jeweils zwei oder mehr funkenerosive Drahtschneidemaschinen arbeiten. Im Extremfall wäre es denkbar, daß jeder Axialnut eine funkenerosive Drahtschneidemaschine zugeordnet wird. Hierdurch ließe sich zwar rein rechnerisch die kürzeste Bearbeitungszeit erreichen, doch darf man wohl davon ausgehen, daß eine Minimierung des Gesamtaufwandes unter Berücksich­ tigung von Durchlaufzeit und Kosten der Vorrichtung, dann erreicht wird, wenn mit Hilfe eines Rotationspositionierers oder Translationspositionierers jeder funkenerosiven Drahtschneidemaschine mehrere Axialnuten zugeordnet werden.

Eine Verbesserung der einzelnen, zur Vorrichtung gehörigen funkenerosiven Draht­ schneidemaschine läßt sich dadurch erzielen, daß die Abstandshalter beidseitig der Öffnung mit je einer Umlenkrolle versehen sind, über die die Drahtelektrode geführt ist. Die Drahtelektrode kann hierdurch ihrem Verschleiß entsprechend, ohne größere Rei­ bungsverluste fortlaufend über die Öffnung hinweggezogen werden. Dabei ist es zweckmäßig, die beiden Abstandshalter mit einer Lagergabel zu versehen, die zur Auf­ nahme 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 funkenerosive Drahtschneidemaschine an Läufer­ scheiben unterschiedlicher Dicke anzupassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:

Es zeigen:

Fig. 1 eine Läuferscheibe in Blickrichtung parallel zur Achse des Turbinenläufers mit einer auf den schneidenden Teil einer funkenerosiven Drahtschneide­ maschine 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 funkenerosiven Drahtschneide­ maschinen umfassende Vorrichtung.

Wie die Fig. 1 bis 3 erkennen lassen, besitzt, die Vorrichtung zur Herstellung von Axial­ nuten mindestens eine funkenerosiven Drahtschneidemaschine 5 mit Abstandshaltern 4, die als Lagergabeln 11 ausgebildet sind. Eine Drahtelektrode 6 ist über Umlenkrollen 10 geführt, die ihrerseits in den Lagergabeln 11 drehbeweglich angeordnet sind. Die Drahtelektrode 6 liegt am Eingang einer zwischen den Abstandhaltern 4 vorgesehenen Öffnung 8, die in ihren Abmessungen so dimensioniert ist, daß beim Schneiden einer in einer Läuferscheibe 3 auszunehmenden Nut 1 die Läuferscheibe entsprechend der Nuttiefe zwischen den Abstandhaltern 4 Platz findet. Mit Hilfe eines nicht dargestellten programmierbaren Positionierers ist es möglich, die Abstandshalter 4 der funkenerosi­ ven Drahtschneidemaschine zwischen zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Ko­ ordinaten in jeder beliebigen Richtung so zu führen, daß eine vorgegebene Kontur der Axialnut 1 ausgeschnitten wird. Ein mit einer entsprechenden Kontur ausgebildeter Fuß einer Turbinenschaufel kann axial in die Nut eingesetzt werden und ist durch seine Ausformungen vor einem zentrifugalem Herausrutschen geschützt.

In Fig. 4 ist beispielhaft eine Vorrichtung zur Herstellung von Axialnuten dargestellt, die vier funkenerosive Drahtschneidemaschinen A, B, C, D umfaßt. Die funkenerosiven Drahtschneidemaschinen 5 sind auf die Läuferscheiben 3 eines Turbinenläufers 2 so verteilt, daß gleichzeitig an zwei Läuferscheiben 3 mit jeweils zwei funkenerosiven Drahtschneidemaschinen 5 gearbeitet wird. Für die fortlaufende Bearbeitung der Läu­ ferscheiben 3 sind ein Rotationspositionierer und ein Translationspositionierer erforder­ lich, die gegebenfalls auch zu einem einzigen Positionierer mit beiden Funktionen zu­ sammengefaßt werden können, aber hier nicht dargestellt sind, da ihre Wirkungsweise ohne weiteres verständlich ist. Der oder die Positionierer sorgen dafür, daß nach er­ folgtem Ausschnitt einer Nut die jeweilige funkenerosive Drahtschneidemaschine 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 Vorrichtung einerseits und dem Turbinenläufer 7 andererseits erfolgen, 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 funkenerosive Drahtschneide­ maschinen 5 radial gegenüber, sodaß eine gerade Zahl von Turbinenschaufeln pro Läuferscheibe 3 vorausgesetzt, der Turbinenläufers 7 um weniger als 180° gedreht werden muß, damit auch die letzte Nut geschnitten werden kann. Eine Längsverschie­ bung der funkenerosiven Drahtschneidemaschinen A, B und C, D zu den jeweils nächstliegenden beiden Läuferscheiben 3 ermöglicht die komplette Bearbeitung eines Turbinenläufers 7 beim Schneiden der Axialnuten 1. Im vorliegenden Fall wird durch die vier funkenerosiven Drahtschneidemaschinen A bis D der Durchlauf in einem Viertel der Zeit gegenüber der Einzelbearbeitung mit einer funkenerosiven Drahtschneidemaschine erreicht. Der gesamte Ablauf ist dabei CNC-programmierbar, wobei die Vorrichtung CAM gekoppelt werden kann.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Axialnuten (1) an Läuferscheiben (3) eines Turbinenläufers (2), die zum Einsetzen von Turbinenschaufeln dienen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine freilaufende, zwischen zwei Abstandshaltern (4) einer funken­ erosiven Drahtschneidemaschine gespannte Drahtelektrode (6) parallel zur Achse (7) des Turbinenläufers (2) geführt ist, daß die lichte Weite einer zwischen den beiden Ab­ standshaltern (4) liegenden Öffnung (8) breiter ist als die Dicke einer Läuferscheibe (3) und die Tiefe der Öffnung (8) mindestens der Tiefe der zu erstellenden Axialnut (1) ent­ spricht, daß die funkenerosive Drahtschneidemaschine (5) mindestens einen Positionie­ rer besitzt, der die Lage der Drahtelektrode zur Läuferscheibe (3) definiert, daß durch Programmierung des Schnittweges die gewünschte Nutform vorgebbar ist, und daß die funkenerosive Drahtschneidemaschine (5) mit einem Rotationspositionierer gekoppelt ist, der eine Drehung des Turbinenläufers (2) um einen bestimmten, der Zahl der Axial­ nuten (1) entsprechenden Drehwinkel bewirkt, sobald nach erfolgtem Nutenschnitt die nächste Axialnut (1) ausgeschnitten werden muß.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenläu­ fer (2) zwischen axial angreifenden Lagerteilen, vorzugsweise Lagerspitzen (9) drehbe­ weglich angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbi­ nenläufer (2) auf radial angreifenden Lagerrollen drehbeweglich gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehung des Turbinenläufers (2) um einen vorgegebenen Winkel durch eine Steuereinheit getaktet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei funkenerosive Drahtschneidemaschinen (5) gleichzeitig an einer Läuferscheibe (3) arbeiten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren an einer Läuferscheibe (3) arbeitenden funkenerosiven Drahtschneidemaschinen (5) diese im gleichen Winkelabstand zueinander so angeordnet sind, daß zwischen ihnen die gleiche Zahl von Axialnuten (1) liegt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei funkenerosive Drahtschneidemaschinen (5) gleichzeitig an verschiedenen Läuferscheiben (3) eines Turbinenläufers (2) arbeiten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Läuferscheiben (3), an denen gleichzeitig funkenerosive Drahtschneidemaschinen (5) arbeiten, ein ganzzahliger Bruchteil der insgesamt zu bearbeitenden Läuferscheiben (3) ist und jeder bearbeiteten Läuferscheibe (3) eine gleichgroße Anzahl unbearbeiteter Läuferscheiben (3) folgt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei an mehreren Läuferscheiben (3) arbeitenden funkenerosiven Draht­ schneidemaschinen (5) mindestens ein Translationspositionierer für eine Längsver­ schiebung der jeweiligen funkenerosiven Drahtschneidemaschine (5) parallel zur Achse (7) des Turbinenläufers (2) sorgt, sobald die jeweils nächste Läuferscheibe (3) bear­ beitet werden soll.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß gleichzeitig an mehreren Läuferscheiben (3) jeweils zwei oder mehr fun­ kenerosiven Drahtschneidemaschinen (5) arbeiten.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstandshalter (4) beidseitig der Öffnung (8) mit je einer Umlenkrolle (10) versehen sind, über die die Drahtelektrode (6) geführt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Abstandshalter (4) mit einer Lagergabel (11) zur Aufnahme der drehbeweglichen Um­ lenkrollen (10) versehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zwischen den beiden Abstandshaltern (4) liegende Öffnung durch verstell­ bare Abstandshalter (4) in ihren Abmessungen verändern läßt.