DE4424239A1 - Schleifeinrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen, insbesondere für Turbomaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifeinrichtung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Schleifeinrichtungen der genannten Art werden eingesetzt, um oftmals kompliziert gestaltete Bauteile von Turbomaschinen, z. B. Schaufeln, deren Fußprofile oder Dicht- oder Stützringe fein auf Sollmaß zu bear­ beiten. Bei geforderten hohen Umfangsgeschwindigkeiten und Zer­ spanleistungen entstehen hohe Temperaturbelastungen an der Schleif­ scheibe, deren körnigen Schleifflächen und am zu bearbeitenden Bau­ teil. Dadurch können unerwünschte Veränderungen der Bauteiloberflächen (Risse, Defekte) oder Bauteilverzug hervorgerufen werden. Zeitlich allzu frühzeitiger Verschleiß oder gar Bruchgefahren der Schleifschei­ be sind ebenfalls nicht auszuschließen. Durch Wasserkühlung mittels düsenartig endender, örtlich gegen die Schleifscheibe gerichteter Zuleitungen kann den genannten Gefahren nur unzureichend Einhalt ge­ boten werden. Dies liegt auch daran, daß bei einer Einrichtung der genannten Art im wesentlichen zwei "Temperaturherde" und deren Ge­ fahren zu beherrschen sind; der eine "Temperaturherd" ist in dem ein­ seitig stets vorhandenen Nachschliff der Schleifscheibe durch eine Diamantrolle begründet, die eigenständig maschinen-gestützt ange­ trieben ist; der andere "Temperaturherd" resultiert aus dem Bauteil­ schleifprozeß selbst, im wesentlichen auf der von der Diamantrolle abgewandten Seite der Schleifscheibe. Insoweit sind bei der angegebe­ nen Einrichtung wesentlich aufwendigere Vorkehrungen bezüglich der Kühleffektivität und des Bedarfs an Kühlmittel notwendig, als bei einem anderweitig bekannten Konzept (DE-PS 38 04 781), welches eine Abdeckhaube der Schleifscheibe vorsieht, aus der schmierendes Kühl­ fluid dem von der Haube freigelassenen Arbeitsbereich zugeführt werden soll.

Das anderweitig bekannte Konzept sieht eine topfartige Schleifscheibe vor, die schräg zur Drehrichtung verlaufende, in die Schleifflächen eingearbeitete Kühlnuten aufweist, über die Kühlöl den Schleifflächen zugeführt werden soll. Abgesehen davon , daß dies Kühlnuten zu einer Unterbrechung und Reduzierung der effektiven Schleiffläche führen, wird beim bekannten Konzept die wesentliche Kühlung auf die ohnehin temperaturfeste Beschichtungszone der Schleifscheibe beschränkt; le­ diglich einzeln über dem Randumfang des Topfes verteilte Kanäle, mit denen das Kühlöl den Kühlnuten zugeführt werden soll, können keinen nennenswerten Beitrag leisten, um am örtlich hoch- temperatur­ belasteten Gesamtumfang der Schleifscheibe eine gleichförmige bzw. gezielte Kühlung, und damit einen gleichförmigen bzw. gezielt reduzierten Temperaturverlauf zu erzielen.

Ferner sieht das bekannte Konzept in Drehrichtung etwa tangential in die Abdeckhaube und seitlich des Topfrandes einmündende Zufuhrleitun­ gen für das Kühlöl vor. Aus einem Sammelraum, am Grund der topfartigen Scheibe, soll das dorthin abgeflossene Kühlöl drehzahlabhängig durch die Zentrifugalkraft den Kanälen zugeführt werden.

Ferner vermittelt das bekannte Konzept keinerlei Hinweise auf eine montagefreundliche und universal handhabbare und einsetzbare Bauweise; im bekannten Fall dürfte eine Demontage der Schleifscheibe nur möglich sein, wenn zuvor die gesamte Abdeckhaube mit den Ölleitungen entfernt worden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, die bei montagefreundlicher Bauweise, insbesondere im Hinblick auf die Gestaltung der Kühlmittel­ führung, optimale Schleifergebnisse bei hoher Zerspanungsleistung, unter Beherrschung der auftretenden Temperaturbelastungen, ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Es wird eine montage- und wartungsfreundliche Einrichtung geschaffen. Nach erforderlicher axialer Positionierung der Distanzringe und einer oder mehrerer Schleifscheiben werden Längsnuten außen abgedeckt und so die im wesentlichen axialen Kanalführungen ausgebildet, die jeweils mit einem "Bündel" radialer Kühlkanäle in den Schleifscheiben in Ver­ bindung stehen. Mit dem axialen Aufschieben des Scheibenträgers auf die Maschinenwelle - z. B. in gegenseitiger konisch korrespondierender Flächenaufnahme - wird gleichzeitig die stegartig korrespondierende Ringdichtung, und damit ein mehrfacher Kühlmittelzufluß über den ge­ häusefesten Teil der Ringdichtung bereitgestellt. Es kann ein verhält­ nismäßig hoher Kühlmittel bedarf gedeckt werden, der insbesondere auf eine Mehrzahl an Schleifscheiben abstimmbar ist und der ferner die eingangs vermerkten beiden "Temperaturherde" (Schleifrolle/Bauteil­ bearbeitung) berücksichtigt.

Ober die entsprechend mit gegenseitigem Abstand angeordneten Kühlka­ näle kann gemäß der Erfindung eine optimale Kühlung mindestens einer Schleifscheibe komplett über dem Umfang herbeigeführt werden. Die Kühlkanäle sind so angeordnet, daß sie den komplett hoch- temperatur­ belasteten äußeren Umfangsbereich der Scheibe in die Bauteilkühlung einschließen. Anzahl und Querschnitte der Kühlkanäle können auf den Bedarf an Kühlung und Kühlfluid abgestimmt werden. Durch relative gegenseitige Abstandslage der Kühlkanäle, und damit auch der jeweili­ gen Austrittsöffnungen - pro Schleiffläche in axialer und in Umfangs­ richtung - kann die jeweils effektive Schleiffläche nebst zu bearbei­ tender Gegenfläche gleichförmig oder stellweise, und nach Bedarf deutlicher ausgeprägt, vom schmierenden Kühlfluid bespült werden.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist zum Schleifen von auch hoch-kompliziert gestalteten Turbomaschinenbauteilen, z. B. Schaufeln bzw. deren Fuß- oder Kopfplatten, Dichtringen oder Trag- und Stützrin­ gen, bestens geeignet. Dabei können für örtlich unterschiedliche Gestaltungen und Profilierungen der Bauteile darauf abgestimmte Kon­ turen von Schleifscheiben in ein- oder vorzugsweise gleichzeitig mehr­ facher Scheibenanordnung zugrunde gelegt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merk­ malen der Patentansprüche 2 bis 13.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielhaft weiter erläu­ tert; es zeigen:

Fig. 1 die maschinenseitige Zu- und Anordnung sowie den wesentlichen Grundaufbau der Schleifeinrichtung, teilweise in seitlicher und teilweise in aufgebrochener Axialschnitt-Darstellung,

Fig. 2 einen aus dem Axialschnitt der Fig. 1 abgeleiteten radial obe­ ren und örtlich abgebrochenen Abschnitt der Einrichtung, insbe­ sondere unter Verdeutlichung von Details der Ringdichtung nebst betreffenden Anschlußverbindungen an die Kanalführungen und an die mit letzteren verbundenen Kühlkanäle,

Fig. 3 einen aus dem Axialschnitt der Fig. 1 abgeleiteten unteren und örtlich abgebrochenen Abschnitt der Einrichtung, worin insbe­ sondere die Kühlfluidversorgung der Ringdichtung vom radial äußeren gehäuseseitigen Teil aus nebst eines Leitungsan­ schlußstückes verdeutlicht sind,

Fig. 4 einen örtlichen Scheibenquerschnitt mit Draufsicht auf die in Richtung auf die Scheibenachse auslaufende innere Umfangsfläche dieses Scheibenabschnitts mit betreffender zuströmseitiger Anordnung der Kühlkanäle,

Fig. 5 eine Draufsicht des Scheibenabschnitts nach Fig. 4 unter Ver­ deutlichung der am äußeren Umfang abströmseitigen Anordnung der Kühlkanäle (Austrittsöffnungen),

Fig. 6 die Draufsicht eines relativ zur Scheiben- oder Maschinenachse beidseitig außen abgebrochen gezeichneten Abschnitts einer Schleifscheibe gemäß Fig. 2 und in gegenüber Fig. 4 und 5 abge­ wandelter Anordnung der Kühlkanäle,

Fig. 7 eine Diamantschleifrolle, als Axialschnitt und, bezüglich eines außen abgebrochenen ringförmigen Zwischengliedes, in seitlicher Ansicht dargestellt und in Bearbeitungsposition relativ zu einem radial äußeren Scheibenabschnitt und

Fig. 8 einen örtlich abgebrochenen radial unteren Abschnitt der Schleifscheibe nach Fig. 7 in spitzenseitiger Bearbeitungs­ position eines Bauteils, insbesondere eines Schaufeldeckbands.

Fig. 1 veranschaulicht die wesentlichen Grundmerkmale der Schleif­ einrichtung. Dabei sind auf einer Antriebswelle 1 z. B. zwei Schleif­ scheiben 2; 3 montiert, die insbesondere aus Korund gefertigt und während der Bauteilbearbeitung- unter fortlaufendem Nachschliff ihrer Schleifflächen, durch ein Kühlfluid kühlbar sind. Bei dem Kühlfluid kann es sich um Kühlwasser bzw. um ein schmierendes Kühlfluid, z. B. ein Kühlöl handeln. Bei dem Werkstoff "Korund" kann es sich um einen sogenannten "Elektrokorund (Al₂O₃)" oder um einen gesinterten Kera­ mikwerkstoff, z. B. Sinterkorund (SG) handeln. Die Schleifscheiben 2; 3 sind ringförmig ausgebildet und weisen Kühlkanäle K; K′ auf, die im wesentlichen radial vom inneren zum äußeren Wandumfang der jeweiligen Scheibe geführt und über dem Scheibenumfang verteilt sind. Die Schleifscheiben 2; 3 sind zwischen axial lösbaren Distanzringen 4, 5, 6 an einem trommelförmigen Scheibenträger 7 drehfest verankert, der axial lösbar auf der Maschinenwelle 1 sitzt. Jeweils mehrere Kühlkanäle K; K′ der Schleifscheiben 2; 3 stehen radial innen mit Kanalführungen 8 für die Kühlfluidzufuhr in Verbindung. Die Kanalführungen 8 sind zwi­ schen Längsnuten 9 am äußeren Umfang des Scheibenträgers 7 und inneren Umfangsflächen der Schleifscheiben 2; 3 und der Distanzringe 4, 5, 6 ausgebildet. Die Kanalführungen 8 sind an eine stegartig korres­ pondierende axiale Ringdichtung 10 angeschlossen (s.h. auch Fig. 2 und 3) von der ein feststehender Teil mit einem wellenkoaxialen Gehäuse­ abschnitt 11 der Maschine lösbar verbunden ist und mehrere über dem Umfang verteilte Zuleitungen 12 für das Kühlfluid aufweist, und zwar in Form radialer Durchgangsöffnungen, die jeweils mit einem aufge­ schraubten Leitungsanschluß L (Fig. 3) in Verbindung stehen.

Beide Schleifscheiben 2; 3 sind mit den Distanzringen 4, 5, 6 axial an einem radialen Umfangsflansch 13 des Scheibenträgers 7 festlegbar. Am Umfangsflansch 13 kann der rotierende Teil (Ringplatte 16 - Fig. 2 und 3) der Ringdichtung 10 axial lösbar fixiert sein.

Grundsätzlich ist die Ringdichtung 10 zwischen sich radial mit Abstand überlappenden axialen Stegen S, S′ (Fig. 2 und 3) am rotierenden und feststehenden Dichtungsteil ausgebildet.

Die im wesentlichen sich axial erstreckenden Kanalführungen 8 der Schleifeinrichtung (Fig. 1) sind in gleichmäßigen Abständen über dem Umfang verteilt angeordnet, wobei jede Kanalführung 8 mit mehreren Kühlkanälen K, K′ der beiden Schleifscheiben 2; 3 in Verbindung steht und jeweils über mindestens eine axiale Öffnung 14 (Fig. 2) im radialen Umfangsflansch 13 mit dem Ringraum 15 der Ringdichtung 10 in Verbin­ dung steht.

Der rotierende Teil der Ringdichtung 10 wird mit den zugehörigen axia­ len Stegen S (Fig. 2) an einer Ringplatte 16 ausgebildet, die in Höhe der seitlich äußeren Stirnfläche des Umfangsflansches 13 mit dem trom­ melförmigen Scheibenträger 17 axial verschraubt ist (Position Sr) und die mit den axialen Öffnungen 14 des Umfangsflansches 13 korres­ pondierende Öffnungen 17 aufweist.

Der feststehende Teil der Ringdichtung 10 (Fig. 1) besteht aus einem im wesentlichen radial äußeren und einem radial inneren ringförmigen Einsatzteil 18; 19 (Fig. 2 und 3). Das radial innere Einsatzteil 19 ist mit dem frontalen Stirnende des Maschinen-Gehäuses 11 verschraubt (Position Sr′-Fig. 3). Das radial äußere Einsatzteil 18 bildet die radialen Zuleitungen 12 für das Kühlfluid in die Ringdichtung 10 aus (Fig. 3) und ist axial mit dem radial inneren Einsatzteil 19 ver­ schraubt (Fig. 2), und zwar gemäß Position Sr′′.

Besonders gemäß Fig. 2 ist der Ringraum 15 der Ringdichtung 10 im wesentlichen zwischen zwei axialen, radial mit Abstand übereinander liegenden Stegen S′ eines einseitig offenen, etwa U-förmigen Ringes 20 ausgebildet. Dabei ist dieser Ring 20 zwischen gegenseitigen Umfangs­ fangsflächen des radial äußeren und des radial inneren ringförmigen Einsatzteils 18; 19 eingebunden und mit letzterem Einsatzteil 19 axial verschraubt (Position Sr′′′). Auf der radial äußeren Seite bildet der Ring 20 örtlich fluidsche Verbindungen der radialen Zuleitungen 12 mit dem Ringraum 15 aus (Fig. 3).

Gemäß Fig. 1 sind beide Schleifscheiben 2; 3 und die Distanzringe 4, 5, 6 durch einen frontal axial mit dem Scheibenträger 7 verschraubten oder auf diesen aufgeschraubten ringförmigen Gehäusedeckel 21 drehfest verankert. Es können Mittel zur Kühlfluidabdichtung an bzw. zwischen gegenseitigen axialen Sitzflächen der Scheiben und Ringe bzw. einem Ring 4 und dem Deckel 21 vorgesehen sein. Als Abdichtmittel können pastenartige Mittel, oder gummi-elastische Dichtscheiben oder der­ gleichen verwendet werden.

Gemäß Fig. 1 und Fig. 8 können die Kühlkanäle K; K′ der betreffenden Schleifscheibe 2; 3 außen an relativ zueinander abgewinkelten Ab­ schnitten der Schleifflächen enden.

Gemäß Fig. 4 und 5 sind am Beispiel einer Schleifsche 3 die Kühlkanäle K; K′ mit ihren Austrittsöffnungen in zwei gleichmäßig axial beab­ standeten Reihen sowie gleichmäßig über dem Umfang verteilt ange­ ordnet.

Sämtlichst können die Kühlkanäle K; K′ von Bohrungen ausgebildet sein.

Insbesondere gemäß Fig. 6 können mehrere Reihen von Kühlkanälen K′, K′′ mit ihren Austrittsöffnungen in sich über dem Scheibenumfang perio­ disch ändernder Abstandsfolge angeordnet sein, und zwar gemäß Posi­ tionsfolge: K′, K′′, K′ in Umfangsrichtung. Wie ferner aus Fig. 6 her­ vorgeht, können die radial äußeren Öffnungsmittelpunkte der Kühlkanäle K′; K′′ mit geraden Mantellinien M zusammenfallen, die gegenüber der Scheiben- bzw. Längsachse L der Einrichtung fortlaufend gleichmäßig abgeschrägt und in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind. U.a. können so, pro gegebener Fläche, verhältnismäßig große Kühlmittel­ mengen beim Schleifprozeß zugeführt werden.

Fig. 7 verkörpert eine Diamantschleifrolle 22 in radial äußerer Bear­ beitungsposition relativ z. B. zur betreffenden Schleifscheibe 3. Diese Schleifrolle 22 kann über einen Verbindungs- bzw. Abstandsring 23 mit einer weiteren Schleifrolle für die weitere Schleifscheibe 2 (Fig. 1) in Verbindung stehen.

Am Beispiel der Schleifscheibe 3 verkörpert Fig. 8 eine relative Bear­ beitungsposition gegenüber dem Bauteil B, hier unter Flächenbearbei­ tung von Dichtspitzen eines Schaufeldeckbands. Man erkennt, daß radial äußere Teilsektionen der Kühlkanäle K′ bis zu den zu bearbeitenden spitzenseitigen Bauteilflächen geführt sind.

Im übrigen ist es bei der Schleifeinrichtung der Erfindung vorgesehen, daß das Kühlfluid, z. B. Kühlwasser, über betreffende Leitungsan­ schlüsse L (Fig. 3) und Zuleitungen 12 unter einem vorgegebenen Druck zugeführt wird und ferner mit Wirkung der herrschenden Zentrifugal­ kraft über die Kühlkanäle K; K′ (Fig. 1, 4 und 5) bzw. K′; K′′ (Fig. 6) radial nach außen abgeführt wird.

Claims (13)

1. Schleifeinrichtung, zur Bearbeitung von Bauteilen, bei der auf einer Antriebswelle (1) mindestens eine Schleifscheibe (2; 3) mon­ tiert ist, die -während der Bauteilbearbeitung- unter fortlaufendem Nachschliff ihrer Schleifflächen, durch ein Kühlfluid kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Schleifscheibe (2; 3) ringförmig ausgebildet ist und Kühlka­ näle (K; K′) aufweist, die vom inneren zum äußeren Wandumfang der Scheibe geführt und über dem Scheibenumfang verteilt sind,
• - die Schleifscheibe (2; 3) zwischen axial lösbaren Distanzringen (4, 5, 6) an einem Scheibenträger (7) drehfest verankert ist, der axial lösbar auf der Maschinenwelle (1) sitzt,
• - jeweils mehrere Kühlkanäle (K; K′) der Schleifscheibe (2; 3) radial innen mit Kanalführungen (8) für die Kühlfluidzufuhr in Verbindung stehen,
• - die Kanalführungen (8) zwischen Längsnuten (9) am äußeren Umfang des Scheibenträgers (7) und inneren Umfangsflächen der Schleif­ scheibe (2; 3) und der Distanzringe (4, 5, 6) ausgebildet sind.

2. Schleifeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Schleifscheiben (2; 3) mit den Distanzringen (4, 5, 6) axial an einem radialen Umfangsflansch (13) des Scheiben­ trägers (7) festlegbar sind, worin am Umfangsflansch (13) der rotierende Teil einer Ringdichtung (10) axial lösbar fixiert ist.

3. Schleifeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (10) zwischen sich radial mit Abstand überlap­ penden axialen Stegen (S, S′) am rotierenden und feststehenden Dich­ tungsteil ausgebildet ist.

4. Schleifeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichmäßig über dem Umfang verteilte, axiale Kanalführungen (8) vorgesehen sind, von denen jede mit meh­ reren Kühlkanälen (K, K′) einer Schleifscheibe (2; 3) in Verbindung steht und jeweils über mindestens eine axiale Öffnung (14) im ra­ dialen Umfangsflansch (13) mit einem Ringraum (15) der Ringdichtung (10) in Verbindung steht.

5. Schleifeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Teil der Ringdichtung (10) mit den zugehörigen axialen Stegen (S) an einer Ringplatte (16) ausgebildet ist, die in Höhe der seitlich äußeren Stirnfläche des Umfangsflansches (13) mit dem trommelförmigen Scheibenträger (17) axial verschraubt ist und die mit den axialen Öffnungen (14) des Umfangsflansches (13) korres­ pondierende Öffnungen (17) aufweist.

6. Schleifeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Teil der Ringdichtung (10) aus einem im wesentlichen radial äußeren und einem radial inneren ringförmigen Einsatzteil (18; 19) besteht, worin das radial innere Einsatzteil (19) mit dem frontalen Stirnende des Maschinen- Gehäuses (11) verschraubt ist und worin das radial äußere Einsatz­ teil (18) radiale Zuleitungen (12) für das Kühlfluid in die Ringdichtung (10) ausbildet und axial mit dem radial inneren Einsatzteil (19) verschraubt ist.

7. Schleifeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (15) der Ringdichtung (10) im wesentlichen zwischen zwei axialen, radial mit Abstand überein­ ander liegenden Stegen (S′) eines einseitig offenen, etwa U-förmi­ gen Ringes (20) ausgebildet ist, der zwischen gegenseitigen Um­ fangsflächen des radial äußeren und des radial inneren ringförmigen Einsatzteils (18; 19) eingebunden und mit letzterem Einsatzteil (19) axial verschraubt ist und der auf radial äußerer Seite örtlich fluidische Verbindungen der radialen Zuleitungen (12) mit dem Ring­ raum (15) ausbildet.

8. Schleifeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere ringförmige Schleifscheiben (2, 3) und Di­ stanzringe (4, 5, 6) durch einen frontal axial mit dem Scheibenträger (7) verschraubten oder auf diesen aufgeschraubten ringförmigen Gehäusedeckel (21) drehfest verankert sind, wobei Mittel zur Kühl­ fluidabdichtung an bzw. zwischen gegenseitigen axialen Sitzflächen der Scheiben und Ringe bzw. einem Ring (4) und dem Deckel (21) vorgesehen sind.

9. Schleifeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (K; K′) der betreffenden Schleifscheibe (2, 3) außen an relativ zueinander abgewinkelten Abschnitten der Schleifflächen enden.

10. Schleifeinrichtung nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (K; K′) in der Schleif­ scheibe (2; 3) mit ihren Austrittsöffnungen in gleichmäßig axial beabstandeten Reihen gleichmäßig über dem Umfang verteilt sind.

11. Schleifeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (K; K′) von Bohrungen ausgebildet sind.

12. Schleifeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reihen von Kühlkanälen (K′, K′′) mit ihren Austritts­ öffnungen in sich über dem Scheibenumfang periodisch ändernder Abstandsfolge angeordnet sind.

13. Schleifeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Öffnungsmittelpunkte der Kühlkanäle (K′; K′′) mit geraden Mantellinien (M) zusammenfallen, die gegenüber der Scheiben- bzw. Längsachse (L) der Einrichtung fortlaufend gleich­ mäßig abgeschrägt und in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.