DE60220197T2

DE60220197T2 - Einrichtung zum Zentrieren und Bohren von Formen und zylindrischen Löchern

Info

Publication number: DE60220197T2
Application number: DE60220197T
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Florentin Andre Varin
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: DE60220197D1; RU2003126492A; RU2244611C1; EP1228832A1; FR2820066B1; US20040074876A1; FR2820066A1; WO2002060631A1; EP1228832B1; US6759621B2

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausführung mittels Elektroerosion von mindestens einem geradlinigen Kühlungsluftdurchlass mit einer sich erweiternden Auslassöffnung in der Wand einer hohlen Schaufel einer Turbomaschine, die mindestens eine Formelektrode umfasst, die auf einem ersten Elektrodenhalter befestigt ist und dazu bestimmt ist, diese sich erweiternde Auslassöffnung herzustellen, sowie Mittel umfasst, um die Bewegung dieses ersten Elektrodenhalters zu steuern, wobei diese Formelektrode einen hinteren Endabschnitt aufweist, der zu ihrer Befestigung an diesem ersten Elektrodenhalter bestimmt ist.
Eine solche Vorrichtung ist aus der Schrift US-A-S 605639 bekannt, die den Oberbegriff von Anspruch 1 zeigt.
Die Leistungen von Turbomaschinen für die Luftfahrt werden ständig gesteigert. Beispielsweise erhöht sich der Schub der Motoren, wenn man die Temperatur am Eintritt der Turbinen erhöht.
Dieses Erhöhen der Temperaturen ist jedoch durch die thermo-mechanische Festigkeit der Leitschaufeln und der Turbinenrotorscheiben begrenzt, da die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs, aus dem sie bestehen, mit steigender Temperatur schlechter werden.
Es ist bekannt, die Außenwand der Schaufeln mit Kühlungsluft zu kühlen, die im Bereich der Verdichter entnommen wird, in inneren Hohlräumen zirkuliert, die in diesen Schaufeln gebildet sind, und durch Durchlässe entweicht, die in der Außenwand dieser Schaufeln ausgeführt sind. Die Auslassöffnungen dieser Durchlässe sind ausgeweitet und verbreitern sich, damit die Kühlungsluft einen Kühlungsfilm bildet, der an der Wand der Schaufel entlang strömt.
Es ist bekannt, diese Luftdurchlässe mittels Elektroerosion herzustellen. Jedoch wird eine und dieselbe Elektrode verwendet, um die sich verbreiternde Öffnung des Durchlasses und den Durchlass selbst herzustellen, so dass die Elektrode eine komplexe Form hat und ihre Bearbeitung sehr schwierig durchzuführen ist.
Zudem wird immer nur ein Durchlass auf ein Mal hergestellt, so dass es erforderlich ist, zwischen jeder Bearbeitung eine Einstellung der Elektrode zur Schaufel vorzunehmen, wodurch sich die Herstellungsdauer beträchtlich erhöht.
Es ist Aufgabe dieser Erfindung, ein Werkzeug vorzuschlagen, das es ermöglicht, die Kosten für die Herstellung der Luftdurchlässe mittels einer Gesamtanordnung von austauschbaren Elektrode mit einfachen Formen zu senken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Formelektrode eine erste Seite aufweist, in der eine Rille zur Führung einer geradlinigen Elektrode ausgeführt ist, die dazu bestimmt ist, den geradlinigen Teil dieses Kühlungsluftdurchlasses herzustellen, sowie einen mittleren Abschnitt mit gleichbleibendem Querschnitt und einen vorderen, spitz zulaufenden Endabschnitt mit zwischen diesem mittleren Abschnitt und der Spitze der Formelektrode abnehmendem Querschnitt aufweist.
Vorteilhafterweise weist der vordere Endabschnitt abgesehen von der ersten Seite drei abgeschrägte Flächen auf.
Diese Flächen können in unterschiedlichen Winkeln geneigt sein, die es so ermöglichen, eine besondere Geometrie für jede Art von sich verbreiternder Öffnung zu bestimmen.
Der mittlere Abschnitt der Formelektrode weist vorteilhafterweise einen viereckigem Querschnitt auf. In der Tat ist die Formelektrode vorteilhafterweise aus einer Stange mit rechtwinkeligem Querschnitt hergestellt, und die Rille hat einen V-förmigen Querschnitt.
Die Formelektrode wird einfach aus einer Stange mit rechtwinkeligem Querschnitt hergestellt, in der eine Längsrille gebildet wird, die beispielsweise V-förmig sein kann und deren Ende dergestalt abgeschrägt wird, dass ein spitz zulaufender Abschnitt entsteht.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung ferner einen zweiten Elektrodenhalter auf, an dem mindestens eine geradlinige Elektrode befestigt ist, die geeignet ist, in der Rille zu gleiten.
Dadurch, dass die Vorrichtung mit zwei Elektroden bestückt ist, können Elektroden mit einfach herzustellenden Formen verwendet werden. Ferner ermöglicht es das Einstellen der geradlinigen Elektrode gegenüber der Formelektrode, unterschiedliche Geometrien für die herzustellenden Durchlässe zu bestimmen. Zudem genügt es im Verschleißfall, die mangelhafte Elektrode zu ersetzen und die zweite zu behalten.
Vorteilhafterweise ist die geradlinige Elektrode zylinderförmig. Auf diese Weise ist die zweite Elektrode im Verschleißfall leicht austauschbar.
Vorteilhafterweise enthält die Vorrichtung außerdem eine Platte, die dazu bestimmt ist, diese zylinderförmige Elektrode in der Rille zu halten.
Die Elektroden sind im Allgemeinen im Verhältnis zu ihrem Querschnitt ziemlich lang, so dass sie um so zerbrechlicher sind, als der Elektrodenhalter weit von dem Bearbeitungsbereich entfernt ist. Die Platte ermöglicht es, einen Deckel zu bilden, der mit der V-Form der Elektrode eine Aufnahme für die zylinderförmige Elektrode bildet, die auf diese Weise in der Nähe des Bearbeitungsbereichs für die Luftdurchlässe geführt wird.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung ferner Mittel auf, um den ersten Elektrodenhalter und den zweiten Elektrodenhalter zugleich zu verschieben.
Die beiden Elektrodenhalter werden gemeinsam verschoben, wobei die zylinderförmige Elektrode gegenüber der Formelektrode dergestalt zurücksteht, dass zunächst die sich verbreiternde Öffnung des Luftdurchlasses hergestellt wird.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung ferner Mittel auf, um den ersten Elektrodenhalter und den zweiten Elektrodenhalter unabhängig voneinander zu verschieben.
Sobald die sich verbreiternde Öffnung des Luftdurchlasses beendet ist, setzt die zylinderförmige Elektrode ihre Bewegung fort, bis der zylinderförmige Durchlass hergestellt ist. So werden die von den Elektroden während der Bearbeitung vereint aufgebrachten Krafteinwirkungen besser verteilt.
Vorteilhafterweise trägt der erste Elektrodenhalter eine Vielzahl von Formelektroden und der zweite Elektrodenhalter trägt eine Vielzahl von geradlinigen Elektroden.
Da die Elektroden während eines einzigen Arbeitsschritts aufeinander eingestellt werden können, ist es möglich, eine Gesamtanordnung von Luftdurchlässen vorzugsweise an einer einzigen Schaufel herzustellen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
1 in einer Perspektivansicht die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung mittels Elektroerosion zeigt,
2 in einer Schnittansicht eine hohle Turbomaschinenschaufel während der Bearbeitung der sich verbreiternden Öffnung eines Kühlungsluftdurchlasses zeigt,
3 die Elektroden in einem Querschnitt gemäß der Linie III-III der 2 und 5 zeigt,
4 in einer Schnittansicht die Schaufel von 2 am Ende der Bearbeitung des Kühlungsluftdurchlasses zeigt,
5 in einer Perspektivansicht die Formelektrode allein zeigt,
5A eine Ansicht von 5 gemäß A zeigt,
5B eine Ansicht von 5 gemäß B zeigt, und
6 eine Unteransicht der Formelektrode mit eingebauter zylinderförmiger Elektrode zeigt.
Die Steuersysteme, die dazu bestimmt sind, die verschiedenen Elektroden zu betätigen, sind bekannt und daher nicht dargestellt. Erfindungsgemäß kann jede Elektrode ihr eigenes Steuersystem haben.
1 zeigt die Gesamtheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung mittels Elektroerosion, wobei eine hohle Turbomaschinenschaufel 2 in einem nicht dargestellten Werkstückhalter angeordnet ist. Diese Schaufel 2 weist eine Außenwand 4 auf, in der Luftdurchlässe 6 hergestellt sind.
In 2 ist zu sehen, dass diese Luftdurchlässe 6 jeweils eine Auslassöffnung 8, die sich in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase, die durch den Pfeil F dargestellt ist, nach hinten entwickelnd erweitert, sowie einen geradlinigen Abschnitt 7 umfassen. Die einzelnen Luftdurchlässe 6 werden durch Elektroerosion mittels einer Gesamtanordnung von zwei Typen von Elektroden erzielt.
Die Elektroden des ersten Typs sind Formelektroden 10, die es ermöglichen, die sich erweiternde Form der Auslassöffnung 8 herzustellen. Die Formelektroden 10 weisen jeweils einen hinteren Endabschnitt auf, der nicht dargestellt ist, mit dem jede Formelektrode 10 in ihrer Position quer zu der Schaufel 2 an einem ersten Elektrodenhalter 12 befestigt ist, welcher über dieser Schaufel angeordnet ist. Der Elektrodenhalter 12 ist in vertikaler Vorschubbewegung bewegbar an einer Säule 14 der Vorrichtung angebracht, so dass er für das gleichzeitige Verschieben der Formelektroden 10 bei der Bearbeitung sorgt.
2 zeigt, dass die Formelektrode 10 einen Endabschnitt 24 enthält, der eine abgestumpfte Spitze 26 aufweist. Um die sich verbreiternde Auslassöffnung 8 von besonderer Form herzustellen, weist der Endabschnitt 24 drei abgeschrägte Flächen 24b, 24c und 24d auf. Nur die Flächen 24b und 24c sind in 2 sichtbar.
Eine Rille 22, die dazu bestimmt ist, teilweise eine Elektrode des zweiten Typs aufzunehmen, ist in Längsrichtung in einer Seite 28a des mittleren Abschnitts 28 jeder Formelektrode 10 und in einer Seite 24a ihres vorderen Endabschnitts 24 ausgeführt. Vorzugsweise befinden sich die beiden Seiten 24a und 28a in der gleichen Ebene.
3 zeigt, dass die V-förmige Rille 22 es ermöglicht, in ihr beispielsweise eine geradlinige Elektrode 16 gleiten zu lassen. Die Form der Rille 22 kann je nach der Form des herzustellenden Luftdurchlasses 6 unterschiedlich sein.
Die Elektroden des zweiten Typs sind vorzugsweise zylinderförmige Elektroden 16, die an einem zweiten Elektrodenhalter 12 befestigt sind, der ebenfalls in vertikaler Vorschubbewegung bewegbar an der Säule 14 angebracht ist, wie in 1 dargestellt.
Erfindungsgemäß befindet sich der zweite Elektrodenhalter 12 über dem ersten Elektrodenhalter 12, und die zylinderförmigen Elektroden 16 können jeweils in einer Rille 22 der zugehörigen Formelektroden 10 gleiten, um Elektroden-Paare 10, 16 zu bilden.
Die Konfiguration der beiden Elektrodenhalter 18 und 12 ist dergestalt, dass der Abstand zwischen dem Halt der zylinderförmigen Elektroden 16 und der zu bearbeitenden Schaufel 2 groß ist. Zur Verringerung der Risiken des Verformens während der Bearbeitung wird eine Platte 20 an der Säule 14 befestigt, um eine exakte Führung der zylinderförmigen Elektroden 16 in den Rillen 22 in der Nähe des Bearbeitungsbereichs zu ermöglichen. Die Platte 20 ist gegenüber den Rillen 22 angeordnet und stellt eine Art Deckel dar, der die zylinderförmigen Elektroden 16 in ihrer Rille 22 festhält und sie in der Nähe des Bearbeitungsbereichs führt.
Die beiden Elektrodenhalter 12 und 18 ermöglichen es, jede Formelektrode 10 und jede zylinderförmige Elektrode 16 unabhängig voneinander einzustellen, so dass es möglich ist, eine Reihe von Luftdurchlässen 6 im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet an einer und derselben Schaufel 2 gleichzeitig herzustellen.
Zu Beginn der Bearbeitung ist das freie Ende der zylinderförmigen Elektrode 16 in den vorderen Endabschnitt 24 der Formelektrode 10 eingeklappt, und die beiden Elektrodenhalter 12 und 18 werden mit Hilfe von nicht dargestellten Mitteln gleichzeitig abgesenkt, bis die Formelektrode 10 die sich erweiternde Auslassöffnung 8 hergestellt hat, wie in 2 dargestellt.
4 zeigt, dass, sobald die Bearbeitung der sich erweiternden Auslassöffnung 8 beendet ist, der Elektrodenhalter 18 alleine mit Hilfe von nicht dargestellten Mitteln abgesenkt wird, wobei die Formelektrode 10 an ihrem Platz in der Auslassöffnung 8 gehalten wird, bis die zylinderförmige Elektrode 16 den zylinderförmigen Abschnitt 7 des Luftdurchlasses 6 bearbeitet.
Die Formelektrode 10 ist aus einer Stange mit gleichbleibendem rechtwinkeligem Querschnitt hergestellt, deren eines Ende abgeschrägt ist. Wie in 5 dargestellt, weist der mittlere Abschnitt 28 vier Seiten 28a, 28b, 28c und 28d auf. Die Seite 28a enthält die V-förmige Rille 22, die sich über die gesamte Länge der Formelektrode 10 erstreckt.
Die 5a, 5b und 6 zeigen eine besondere Ausführungsform der Formelektrode 10. Der Endabschnitt 24 weist vier Flächen 24a, 24b, 24c und 24d auf, die mit den vier Seiten 28a, 28b, 28c bzw. 28d verbunden sind. Die Rille 22 erstreckt sich in der Fläche 24a bis zu dem spitz zulaufenden Abschnitt 26.
Die Fläche 24b bzw. 24c und 24d befindet sich in einem Winkelabstand von α₁ bzw. α₂ und α₃ von der Seite 28b bzw. 28c und 28d. So ermöglicht es die Neigung der Flächen 24a, 24b, 24c und 24d, einen vorderen Endabschnitt mit einem Querschnitt zu bestimmen, der zwischen dem spitz zulaufenden Abschnitt 26 stetig sich vergrößernd bis zu dem mittleren Abschnitt 30 variiert.
6 zeigt die Formelektrode 10 mit der in der Rille 22 sitzenden zylinderförmigen Elektrode 16. Je nach dem Wert der verschiedenen Winkel α₁, α₂ und α₃ kann eine unterschiedliche Form der Auslassöffnung 8 hergestellt werden. Insbesondere ist erfindungsgemäß der Winkel α₁ kleiner als der Winkel α₃, so dass eine Form der Auslassöffnung 8 erzielt werden kann, die nicht symmetrisch ist.

Claims

Vorrichtung zur Ausführung mittels Elektroerosion von mindestens einem geradlinigen Kühlungsluftdurchlass (6) mit einer sich erweiternden Auslassöffnung (8) in der Wand einer hohlen Schaufel (2) einer Turbomaschine, die mindestens eine Formelektrode (10) umfasst, die auf einem ersten Elektrodenhalter (12) befestigt ist und dazu bestimmt ist, diese sich erweiternde Auslassöffnung (8) herzustellen, sowie Mittel umfasst, um die Bewegung dieses ersten Elektrodenhalters (12) zu steuern, wobei diese Formelektrode (10) einen hinteren Endabschnitt aufweist, der zu ihrer Befestigung an diesem Elektrodenhalter (12) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Formelektrode (10) eine erste Seite (28a, 24a) aufweist, in der eine Rille (22) zur Führung einer geradlinigen Elektrode (16) ausgeführt ist, die dazu bestimmt ist, den geradlinigen Teil (7) dieses Kühlungsluftdurchlasses (6) herzustellen, sowie einen mittleren Abschnitt (28) mit gleichbleibendem Querschnitt und einen vorderen, spitz zulaufenden Endabschnitt (24) mit zwischen diesem mittleren Abschnitt (28) und der Spitze (26) der Formelektrode (10) abnehmendem Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Endabschnitt abgesehen von der ersten Seite (24a) drei abgeschrägte Flächen (24b, 24c, 24d) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt (28) der Formelektrode (10) einen viereckigem Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelektrode (10) aus einer Stange mit rechtwinkeligem Querschnitt hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille (22) einen V-förmigen Querschnitt hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen zweiten Elektrodenhalter (18) aufweist, an dem mindestens eine geradlinige Elektrode (16) befestigt ist, die geeignet ist, in der Rille (22) zu gleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die geradlinige Elektrode (16) zylinderförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Platte (20) enthält, die dazu bestimmt ist, diese zylinderförmige Elektrode (16) in der Rille (22) zu halten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Mittel aufweist, um den ersten Elektrodenhalter (12) und den zweiten Elektrodenhalter (18) gleichzeitig zu verschieben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Mittel aufweist, um den ersten Elektrodenhalter (12) und den zweiten Elektrodenhalter (18) unabhängig voneinander zu verschieben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektrodenhalter (12) eine Vielzahl von Formelektroden (10) trägt und der zweite Elektrodenhalter (18) eine Vielzahl von geradlinigen Elektroden (16) trägt.