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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf exakt geformte Teile und betrifft im Spezielleren einen
Rohling gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten von
exakt geformten Teilen.
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Viele Industrien verwenden exakt
geformte Teile. Zum Beispiel müssen
herkömmliche
Schaufeln zur Verwendung in Gasturbinenmaschinen exakt geformt werden.
Typischerweise wird ein Ausgangsrohling aus Metall durch Feinguss
oder Gesenkschmieden zu einem Rohling mit der Form einer Schaufel geformt.
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Im Allgemeinen beinhaltet der Rohling
eine Spitze, einen in Längsrichtung
davon beabstandeten Fußbereich
sowie einen mittleren Bereich, der sich zwischen der Spitze und
dem Fußbereich
erstreckt. Eine Plattform trennt typi- scherweise den Fußbereich
von dem mittleren Bereich. Die Spitze kann eine angebrachte oder
integrale Abdeckung aufweisen. In diese Bereiche des Rohlings muss
eine Anzahl von Details spanend eingearbeitet werden, um das exakt geformte
Teil in seine endgültige
Konfiguration zu bringen. Zum Beispiel muss eine Mehrzahl von Schwalbenschwanzgebilden
in den Fußbereich
spanend eingearbeitet werden. Diese Schwalbenschwanzgebilde ermöglichen
ein Befestigen der Schaufel an der Rotorscheibe in der Maschine.
Zum Erzielen einer akzeptablen Maschinenleistung müssen diese
Schwalbenschwanzgebilde innerhalb kleiner Toleranzen gebildet werden.
Zum spanenden Einarbeiten der Schwalbenschwanzgebilde in den Rohling
mit der erforderlichen Genauigkeit müssen Referenzeinrichtungen,
von denen die Konfiguration der Schwalbenschwanzgebilde abgemessen
werden kann, sowie eine Vorrichtung zum Halten des Rohlings während der
spanenden Bearbeitung vorhanden sein. Die verwendeten Referenzeinrichtungen diktieren
die Art der Vorrichtung, die verwendet wird.
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Es gibt verschiedene Wege zum Schaffen von
derartigen Referenzeinrichtungen. Die Referenzeinrichtungen können so
vorgesehen sein, wie dies in der US-A-2,577,747 gelehrt wird, die
den nähesten Stand
der Technik darstellt und das Schmieden von wenigstens zwei halbkugelförmigen Knöpfen oder Vorsprüngen in
den Rohling lehrt. Beide Knöpfe
sind an dem Rohling entlang der Stapelachse angeordnet. Unter Verwendung
dieser Knöpfe
kann der Fußbereich
bis hinab auf eine vorbestimmte Dicke geschliffen werden, und eine
Bohrung kann in das gegenüberliegende
Ende des Rohlings gebohrt werden. Unter Verwendung einer Drehbank
als Halterungsvorrichtung wird der Rohling gehalten und unter Verwendung
der Dicke des Fußbereichs
und der Bohrung einer Referenzbehandlung unterzogen, wodurch eine
spanende Bearbeitung der vorderen und der hinteren Kanten des Rohlings
ermöglicht
wird.
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Das bedeutendste Problem bei der
in der US-A-2,577,747 gelehrten Lösung besteht darin, dass die
spanende Bearbeitung der Bohrung und der Dicke des Fußbereichs
auf der Basis der Knöpfe
keine ausreichend genauen Ergebnisse bringt. Ein weiteres Problem
besteht darin, dass die Drehbank den Rohling zwar sicher entlang
der Stapelachse positioniert, indem die Dicke des Fußbereichs
und die Bohrung als Referenzeinrichtungen verwendet werden, jedoch
der Fußbereich
des Rohlings nicht spanend bearbeitet werden kann, während dieser
in der Drehbank gehalten ist.
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Es können auch Referenzeinrichtungen
vorgesehen werden, wie diese in der US-A-3,818,646 gelehrt sind,
die einen Festlegeknopf an demjenigen Bereich der Schaufel lehrt,
der entlang einer Konstruktionsachse des Rohlings angeordnet ist,
wobei es sich z. B. um die Stapelachse handelt. Eine Halterungsvorrichtung
verwendet diesen Knopf als Referenzeinrichtung. Während sich
der Rohling in der Halterungsvorrichtung befindet, können Bezugsebenen
in den Fuß-
und Abdeckungsbereich des Rohlings geschliffen oder spanend eingebracht
werden, um exakt positionierte Oberflächen für die anschließende spanende
Bearbeitung zu definieren.
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Ein Problem bei dieser Lösung besteht
darin, dass die Halterungsvorrichtung den Rohling entlang des strömungsprofilförmig ausgebildeten
Mittelbereichs mittels Klemmmechanismen festklemmt. Als Ergebnis
hiervon sind die Halterungsvorrichtungen komplex und somit teuer
in der Ausbildung, Herstellung und Unterhaltung. Ferner macht das
Festklemmen entlang des Mittelbereichs die Halterungsvorrichtung
von der Größe und Form
der Schaufel abhängig.
Aufgrund von dieser Abhängigkeit
ist eine Anzahl von Halterungsvorrichtungen notwendig, um alle der
Schaufeln in einer Maschine herzustellen, da eine Maschine Schaufeln
in mehreren verschiedenen Größen und
Formen aufweist. Ein weiteres Problem bei der Verwendung einer schaufelabhängigen Halterungsvorrichtung
besteht darin, dass während
der Herstellung beim Wechsel zwischen Halterungsvorrichtungen Zeit
verschwendet werden kann, wodurch die Anzahl der Schaufeln, die
in einer bestimmten Zeitdauer hergestellt werden kann, beträchtlich
eingeschränkt
wird.
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Die US-A-4,016,683 offenbart eine
Maschine zum Ausbessern bzw. Wiederherrichten von verschlissenen
oder gebogenen Turbinenschaufeln. Eine Referenzeinrichtung wird
mittels eines Schraubstockpaars zum Greifen der gegenüberliegenden Endbereiche
der auszubessernden Schaufel geschaffen.
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Eine weitere Möglichkeit zum Schaffen von Referenzeinrichtungen
besteht durch Einkapseln des Rohlings in einen Materialblock, wie
z. B. aus einer niedrig schmelzenden Legierung. Der Materialblock wird
um den Rohling herum geformt, so dass sich der Fußbereich
von dem Block weg erstreckt. Die Seiten des Blocks bilden Referenzebenen,
anhand derer die Konfiguration der Schwalbenschwanzgebilde oder anderer
Details mit der notwendigen Genauigkeit bestimmt werden können. Das
Einkapseln des Rohlings macht ein komplexes Einkapselwerkzeug erforderlich.
Dieses Einkapselwerkzeug ist in Konstruktion und Bau zeitaufwendig,
ist schaufelabhängig
und ist ferner nicht robust. Als Ergebnis hiervon ist das Einkapselwerkzeug
in der Herstellung und Unterhaltung teuer, wobei für jeden
Rohling mit einer anderen Formgebung oder Größe ein anderes Werkzeug erforderlich
ist. Ferner ist bei dieser Anordnung eine komplexe Halterungsvorrichtung
notwendig, um den den Rohling enthaltenden Block während der
spanenden Bearbeitung des Rohlings zu halten. Diese Halterungsvorrichtung
ist ebenfalls teuer in der Konstruktion und Unterhaltung sowie abhängig von
der Schaufellänge.
Ferner muss nach dem spanenden Arbeiten der Schwalbenschwanzgebilde
in dem Rohling das Material von dem Rohling weggeschmolzen werden.
Das Material muss entsorgt werden, ohne Umweltprobleme zu verursachen.
Ferner können jegliche
Verunreinigungen, die nach der Einkapselung in der Schaufel verbleiben,
eine Rissbildung in der Schaufel während der anschließenden Wärmebehandlung
oder während
des Betriebs der Maschine hervorrufen, so dass das Entfernen der
Verunreinigungen von kritischer Bedeutung ist. Dieses Entfernen
erfolgt durch Säure-Extrahieren
und Analysieren der Schaufeln. Säure-Extrahieren
ist teuer und gefährlich
für die
Umwelt und dies führt
in Kombination mit der Analyse der Schaufeln zu einer weiteren Erhöhung der
Kosten zum Herstellen von Schaufeln unter Verwendung einer Einkapselung.
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Ein Beispiel zur Schaffung einer
Referenzeinrichtung durch Einkapseln des Rohlings in einer niedrig
schmelzenden Legierung findet sich in der FR-A-1 025 881.
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung wird ein Rohling zum Bilden eines exakt
geformten Teils geschaffen, mit einer Spitze, einem Fußbereich,
einer ersten Festlegeeinrichtung, die in dem Bereich der Spitze
angeordnet ist, mit einem Opferbereich, der sich von dem Fußbereich
weg in Längsrichtung
des Rohlings erstreckt; und mit einer in dem Opferbereich ausgebildeten zweiten
Festlegeeinrichtung.
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Die Festlegeeinrichtungen sind vorzugsweise
derart geformt, dass sie mit entsprechenden Merkmalen an einer Halterungsvorrichtung
in Verbindung bringbar sind, so dass die Halterungsvorrichtung die Festlegeeinrichtungen
zum sicheren Halten des Rohlings verwendet. Sobald der Rohling in
der Halterungsvorrichtung festgeklemmt ist, können Details, wie z. B. Schwalbenschwanzgebilde
in dem Fußbereich,
exakt in dem Rohling spanend gearbeitet werden, so dass ein exakt
geformtes Teil gebildet werden kann. Die beste Genauigkeit ergibt
sich aus der Anordnung der Festlegeeinrichtungen in oder zentriert auf
eine Ebene, von der kritische Konstruktionsmerkmale als Referenz
abgenommen werden können. Eine
derartige Ebene beinhaltet vorzugsweise die Stapelachse und/oder
die Mittenlinie des Fußes.
Unter Verwendung von Festlegeeinrichtungen, die einstöckig mit
dem Rohling ausgebildet sind und an den Enden des Rohlings angeordnet
sind, läßt sich
die Halterungsvorrichtung zur Verwendung während der nachfolgenden spanenden
Bearbeitung in einfacher Weise konstruieren und herstellen. Ferner
läßt sich die
Halterungsvorrichtung in einfacher Weise modifizieren, um Schaufeln
unterschiedlicher Größe oder Formgebung
Rechnung zu tragen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
Rohlings der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der ersten
Festlegeeinrichtung um eine Bohrung. Vorzugsweise ist die zweite
Festlegeeinrichtung eine Kerbe.
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Vorzugsweise beinhaltet der Rohling
eine dritte Festlegeeinrichtung, die an dem Ende des Opferbereichs
angeordnet ist.
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In am meisten bevorzugter Weise handelt
es sich bei der dritten Festlegeeinrichtung um eine prismenförmige Kerbe,
die eine Kante aufweist, die parallel zu der Fußmittenlinie ist. Dies ermöglicht die Verwendung
einer sogar noch einfacheren Halterungsvorrichtung.
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Der erfindungsgemäße Rohling kann bei einer Halterungsvorrichtung
verwendet werden, die zwei voneinander beabstandete Festlegeeinrichtungen
zum Aufnehmen des Rohlings dazwischen aufweist, wobei die Festlegeeinrichtungen
dazu ausgebildet sind, mit komplementären Einrichtungen an Endbereichen
des Rohlings in Eingriff zu treten, um axiale und rotationsmäßige Bewegung
des Rohlings in der Halterungsvorrichtung im Wesentlichen zu verhindern.
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Die Halterungsvorrichtung kann eine
Basis mit Endwänden,
die zum Aufnehmen des Rohlings dazwischen voneinander beabstandet
sind, einen Klemmmechanismus zum Halten des Rohlings in von einer
der Endwände
abgestützter
Weise sowie eine von der anderen Endwand abgestützte Anlageeinrichtung aufweisen,
so dass bei Befestigung des Rohlings in der Halterungsvorrichtung
der Klemmmechanismus mit der ersten Festlegeeinrichtung in Verbindung
tritt und die zweite Festlegeeinrichtung in Berührung mit der Anlageeinrichtung
drängt,
wobei die Anlageeinrichtung mit der ersten und der zweiten Festlege einrichtung
zusammenwirkt, um axiale und rotationsmäßige Bewegung des Rohlings
in der Halterungsvorrichtung im Wesentlichen zu verhindern.
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Der Klemmmechanismus kann einen konischen
Stift aufweisen, der mit der zugeordneten Endwand der Basis gleitend
in Eingriff tritt. Durch Betätigen
des Klemmmechanismus wird der konische Stift in Berührung mit
der ersten Festlegeeinrichtung bewegt. Der konische Stift drückt die
zweite Festlegeeinrichtung in Berührung mit der Anlageeinrichtung. Wenn
sich der Klemmmechanismus vollständig
in Eingriff befindet, ist der Rohling zwischen dem konischen Stift
und der Anlageeinrichtung sicher in der Halterungsvorrichtung gehalten
und der Rohling ist entlang der Ebene ausgefluchtet. Da es sich
bei der Ebene um eine handelt, von der kritische Dimensionen als
Referenz abgenommen werden, können
Details, wie z. B. Schwalbenschwanzgebilde in dem Fußbereich,
exakt spanend in den Rohling eingearbeitet werden und dadurch ein
exakt geformtes Teil gebildet werden.
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Als Ergebnis der Verwendung von Festlegeeinrichtungen,
die in integraler Weise mit dem Rohling ausgebildet sind und an
den Enden des Rohlings angeordnet sind, läßt sich die Halterungsvorrichtung zur
Verwendung während
der anschließenden
spanenden Bearbeitung einfach konstruieren und herstellen. Dies
ermöglicht
eine Automatisierung des spanenden Bearbeitungsvorgangs. Ferner
läßt sich die
Halterungsvorrichtung in einfacher Weise modifizieren, um Schaufeln
mit unterschiedlicher Größe oder
Formgebung Rechnung zu tragen, indem eine der Endwände beweglich
ausgebildet wird.
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Die Basis der Halterungsvorrichtung
kann eine daran angeordnete Plattform sowie eine Auswerfeinrichtung
zum Abheben des Rohlings von der Plattform aufweisen. Die Plattform
ermöglicht
ein geeignetes Einbringen des Rohlings in die Halterungsvorrichtung
mit minimaler Manipulation durch eine Bedienungsperson.
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Die Erfindung erstreckt sich auch
auf ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten eines Rohlings zum Bilden
eines exakt geformten Teils, und somit schafft die Erfindung gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten eines
Rohlings nach einem der entsprechenden Ansprüche, mit folgenden Schritten:
Bilden eines Rohlings, der eine erste Festlegeeinrichtung an seinem
einen Ende und eine zweite Festlegeeinrichtung an seinem anderen
Ende aufweist; Platzieren des Rohlings in einer komplementären Halterungsvorrichtung,
wobei die Halterungsvorrichtung Einrichtungen aufweist, die zum
in Eingriff Treten mit der ersten und der zweiten Festlegeeinrichtung
ausgebildet sind, um axiale und rotationsmäßige Bewegung des Rohlings
in Bezug auf die Halterungsvorrichtung im Wesentlichen zu verhindern;
und spanendes Bearbeiten des in der Halterungsvorrichtung festgehaltenen
Rohlings, um das exakt geformte Teil zu bilden.
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Im folgenden werden bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung lediglich als Beispiel unter Bezugnahme
auf die Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:
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1 eine
schematische Seitenaufrißansicht
ein Turbobläser-Gasturbinentriebwerk
mit axialer Strömung;
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2 eine
Perspektivansicht einer Turbinenschaufel, die unter Verwendung eines
Rohlings gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildet ist;
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3 eine
Perspektivansicht eines Rohlings gemäß der vorliegenden Erfindung,
der sich nicht in seiner abschließenden Konfiguration befindet;
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4 eine
Perspektivansicht einer Aufrüstvorrichtung
zur Verwendung bei der Bildung des Rohlings der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels
des Rohlings der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
fragmentarische Frontansicht eines Bereichs des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels des Rohlings;
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7 eine
fragmentarische Draufsicht auf einen Bereich des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels des Rohlings;
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8 eine
Perspektivansicht einer Halterungsvorrichtung zur Verwendung bei
einem Rohling der vorliegenden Erfindung;
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9 eine
Perspektivansicht einer weiteren Halterungsvorrichtung zur Verwendung
bei einem Rohling;
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10 eine
Perspektivansicht der Anordnung der 9,
wobei der Rohling auf einer Plattform in der in der geöffneten
Stellung befindlichen Halterungsvorrichtung aufliegt;
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11 eine
Perspektivansicht der Halterungsvorrichtung in der geschlossenen
Stellung;
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12 eine
Perspektivansicht des Rohlings, der mittels einer Auswerfeinrichtung
von der Halterungsvorrichtung entfernt wird.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Turbobläser-Gasturbinentriebwerk mit
axialer Strömung 10 in
einer Flugzeuggondel 12 untergebracht. Die Gondel 12 umschreibt
das Gasturbinentriebwerk 10. Das Triebwerk weist einen
Gebläseabschnitt 14,
einen Kompressorabschnitt 16, einen Brennerabschnitt 18 und
einen Turbinenabschnitt 20 auf. Eine Achse Ae ist
in dem Treibwerk zentral angeordnet und erstreckt sich in Längsrichtung
durch dieses hindurch. Ein primärer
Strömungsweg 22 für Arbeitsmediumgase
verläuft
in Längsrichtung
entlang der Achse Ae. Ein zweiter Strömungsweg 24 für Arbeitsmediumgase
erstreckt sich parallel zu dem primären Strömungsweg 22 sowie
radial außerhalb
von diesem.
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Der Turbinenabschnitt 22 beinhaltet
eine stromaufwärtige
Hochdruck-Turbine 26 und eine stromabwärtige Niederdruck-Turbine 28.
Die Niederdruck-Turbine 28 ist z. B. durch eine Statoranordnung 30 und
eine Rotoranordnung 32 gebildet. Die Rotoranordnung 32 weist
eine Mehrzahl von Strömungsprofilen oder
Schaufeln 34 auf, die sich von einer Rotorscheibe 36 radial
nach außen über den
primären
Arbeitsmedium-Strömungsweg 22 erstrecken. Jede
Schaufel 34 ist durch eine Stapelachse S gekennzeichnet,
die sich senkrecht zu der Maschinenachse Ae erstreckt.
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Wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, weist die
Turbinenschaufel 34 im Allgemeinen eine Spitze 37,
einen von der Spitze 37 in Längsrichtung beabstandeten Fußbereich 38 sowie
einen sich dazwischen erstreckenden mittleren Bereich 40 auf. Eine
Plattform 42 trennt den mittleren Bereich 40 von dem
Fußbereich 38.
Die Plattform 42 weist eine innere Oberfläche 44 angrenzend
an den Fußbereich 38 sowie
eine entgegengesetzte äußere Oberfläche 46 auf.
Die Spitze 37 beinhaltet ferner eine integrale Abdeckung 47.
Die Abdeckung 47 weist eine innere Oberfläche 48 angrenzend
an den mittleren Bereich 40 sowie eine entgegengesetzte äußere Oberfläche 50 auf.
Der Fußbereich 38 beinhaltet
eine Mehrzahl von Schwalbenschwanzgebilden 41, die mit
komplementären
Nuten in der Rotorscheibe 36 in Eingriff treten (wie dies
in 1 gezeigt ist). Ferner
beinhaltet der Fußbereich 38 eine
Fußmittenlinie
C, die zentral durch die Breite des Fußbereichs 38 hindurch
angeordnet ist. Der mittlere Bereich weist eine vordere Kante 52,
eine hintere Kante 54, die von der vorderen Kante beabstandet
ist, eine Druckoberfläche 56 und eine
Saugoberfläche 58 auf.
Die Druckoberfläche 56 und
die Saugoberfläche 58 erstrecken
sich zwischen der vorderen und der hinteren Kante 52 und 54.
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Die Turbinenschaufel 34 ist
ferner durch eine erste und eine zweite Ebene Y bzw. X gekennzeichnet.
Die erste Ebene Y enthält
die Stapelachse S. Die zweite Achse X enthält die Fußmittenlinie C. Die erste Ebene
Y ist senkrecht zu der zweiten Ebene X. Kritische Dimensionen der
Schaufel werden von der ersten und der zweiten Ebene als Referenz
abgenommen.
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Wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, beinhaltet
ein Ausgangsrohling 60, aus dem die Turbinenschaufel 34 (wie
sie in 2 gezeigt ist)
gebildet wird (beispielsweise durch Feinguß oder dergleichen), einen
Vorsprung 61 sowie einen Opferbereich 62. Der
Vorsprung 61 erstreckt sich von der radial äußeren Oberfläche 50 der
Abdeckung 47 weg und ist auf der Stapelachse S angeord net.
Der Opferbereich 62 erstreckt sich im Wesentlichen in Längsrichtung
von dem Fußbereich 38 (im
Umriss dargestellt) weg. Der Opferbereich 62 beinhaltet
eine erste Oberfläche 63,
eine von der ersten Oberfläche 63 beabstandete
zweite Oberfläche 54 sowie
eine dritte Oberfläche 65,
die sich zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche 63 bzw. 64 erstreckt.
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Wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, weist eine
Fortschalt-Halterungsvorrichtung 60 eine U-förmige Konstruktion
mit einer ersten und einer zweiten Endwand 68 und 70 auf.
Die Fortschalt-Halterungsvorrichtung 66 erlaubt ein exaktes Positionieren
des Rohlings 80 (wie er in 3 gezeigt
ist) in einer Elektronenentladungsmaschine (nicht gezeigt) durch
Festlegen des Rohlings 80 an sechs Punkten. Jede Endwand 68 und 70 weist
eine äußere Oberfläche 68a und 70a sowie
eine obere Oberfläche 68b bzw. 70b auf.
Die äußere Oberfläche 68a der
ersten Endwand beinhaltet einen ersten kugelförmigen Stift 72. Die
obere Oberfläche 68b der ersten
Endwand beinhaltet einen zweiten kugelförmigen Stift 73 sowie
einen dritten zylindrischen Stift 74. Die obere Oberfläche 70b der
zweiten Endwand beinhaltet einen vierten kugelförmigen Stift 76, einen fünften kugelförmigen Stift 78 sowie
einen sechsten zylindrischen Stift 79.
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Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 wird der Ausgangsrohling 60 während der
Herstellung auf der Fortschalt-Halterungsvorrichtung 66 in
einer herkömmlichen
Draht-Elektronenentladungsmaschine platziert. Der Ausgangsrohling 60 liegt
auf der Fortschalt-Halterungsvorrichtung 66 auf, so dass
die Druckoberfläche 56 des
Ausgangsblocks 60 mit dem kugelförmigen zweiten, vierten und
fünften
Stift 73, 76 bzw. 78 in Berührung steht.
Außerdem
steht die vordere Kante 52 mit den zylindrischen dritten
und vierten Stiften 74 bzw. 79 in Berührung, und
die innere Oberfläche 58 der
Abdeckung 47 steht mit dem ersten Stift 72 in
Berührung.
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Unter Bezugnahme auf 5 weist der Rohling 80 eine
erste, eine zweite und eine dritte Festlegeeinrichtung 82, 84 bzw. 86 auf.
Die Festlegeeinrichtungen werden in den Ausgangsrohling 60 (wie
er in 3 gezeigt ist)
spanend eingearbeitet, während dieser
auf der Fortschalt-Halterungsvorrichtung 66 (wie sie in 4 gezeigt ist) positioniert
ist. Bei der ersten Festlegeeinrichtung 82 handelt es sich
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
um eine Bohrung, die unter Verwendung einer spanenden Elektronenentladung-Rotationsbearbeitung
in den Vorsprung 61 gebohrt wird. Die erste Festlegeeinrichtung
ist auf der ersten Ebene Y entlang der Stapelachse S zentriert.
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Die zweite und die dritte Festlegeeinrichtung 84 und 86 werden
in den Ausgangsrohling 60 (wie er in 3 gezeigt ist) unter Verwendung einer Draht-Elektronenentladungsbearbeitung
spanend eingearbeitet. Die zweite Festlegeeinrichtung 84 ist bei
diesem Ausführungsbeispiel
eine Kerbe. Wie unter Bezugnahme auf die 5 und 6 zu
sehen ist, erstreckt sich die zweite Festlegeeinrichtung 84 von
der ersten Oberfläche 63 zu
der zweiten Oberfläche 64 des
Opferbereichs 62. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die zweite Festlegeeinrichtung 84 eine rechteckige
Kerbe, die vertikale Oberflächen 90 aufweist.
Die vertikalen Oberflächen 90 sind
von der Stapelachse S gleich beabstandet.
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Die dritte Festlegeeinrichtung 86 ist
eine Kerbe; bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kerbe 86 aus
dem dritten Rand 65 (wie in 3 gezeigt)
des Opferbereichs 62 derart geschnitten, dass sie ein V-förmiges Profil
aufweist. Die dritte Festlegeeinrichtung 86 hat vorzugsweise
ein Merkmal, das parallel zu der Fußmittenlinie C ist. Wie unter
Bezugnahme unter 5 zu
sehen ist, ist die dritte Festlegeeinrichtung 86 wie ein
dreieckiges Prisma ausgebildet, mit einer Ecke oder einem Scheitel 88,
der sich in derselben Ebene wie die Stapelachse S befindet und parallel
zu der Mittenlinie des Fußbereichs
C ist.
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Wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, beinhaltet
eine Halterungsvorrichtung 91 zum Halten des Rohlings 80 während der
anschließenden spanenden
Bearbeitung eine integrale U-förmige
Basis 92 mit einer ersten und einer zweiten Endwand 94 und 96,
die zum Aufnehmen des Rohlings 80 dazwischen voneinander
beabstandet sind. Die Basis 92 weist eine obere Oberfläche 99 auf.
Die Halterungsvorrichtung 91 beinhaltet ferner eine L-förmige Wandkonstruktion 100,
die sich von der äußeren Oberfläche der
ersten Endwand 94 weg erstreckt. Die L-förmige Wandkonstruktion 100 weist
eine ver tikale Wand 102 auf. Sowohl die Basis 92 als
auch die L-förmige
Wandkonstruktion stützen
einen Klemmmechanismus 104 ab.
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Der Klemmmechanismus 104 weist
eine bewegliche Welle 105 auf, die sich durch die vertikale Wand 102 und
die erste Endwand 94 hindurch erstreckt. Die bewegliche
Welle 105 trägt
die anderen Elemente des Klemmmechanismus 104. Der Klemmmechanismus 104 beinhaltet
ferner einen Einstellknopf 106, eine Verriegelungsmutter 108 sowie
einen konischen Stift 110. Der Einstellknopf 106 ist
an dem einen Ende der Welle 105 angebracht, so dass sich die
Welle 105 bei Drehung des Knopfes 106 dreht. Die
Verriegelungsmutter 108 ist zwischen der vertikalen Wand 102 und
der ersten Endwand 94 auf die Welle 105 aufgeschraubt.
Die Verriegelungsmutter 108 verhindert unerwünschte Wellendrehung,
wenn sie in Eingriff mit der Wand 102 geschraubt ist. Der konische
Stift 110 ist an dem anderen Ende der Welle 105 angebracht.
Der konische Stift 110 erstreckt sich durch die erste Endwand 94 hindurch.
Der konische Stift 110 besitzt eine Spitze 112.
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Die Halterungsvorrichtung beinhaltet
ferner eine Keil- oder Anlageeinrichtung 114, die an der zweiten
Endwand 96 angebracht ist. Die Keileinrichtung 114 weist
eine obere und eine untere Oberfläche 116 und 118 auf,
die unter Bildung einer Kante 120 miteinander verbunden
sind. Der Winkel zwischen der oberen und der unteren Oberfläche 116 und 118 der
Keileinrichtung 114 erlauben der Keileinrichtung ein Ausfluchten
mit der dritten Festlegeeinrichtung 86 des Rohlings 80.
Die obere Oberfläche 116 weist
einen rechteckigen Vorsprung 122 auf, der zum in Verbindung
Treten mit der zweiten Festlegeeinrichtung 84 des Rohlings 80 geformt
ist.
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Die Spitze 112 des konischen
Stifts 110 und die Kante 120 der Keileinrichtung 114 bilden
eine Ebene, die eine Einführachse
I enthält,
die parallel zu der oberen Oberfläche 99 der Basis 92 und
der Kante 120 ist. Der Vorsprung 122 liegt auf
der Einführachse I,
so dass die Breite des Vorsprungs 122 gleichmäßig auf
beiden Seiten der Einführachse
I geteilt ist.
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Die Halterungsvorrichtung 91 wird
unter Verwendung herkömmlicher
Verfahrensweisen an der Halterungsfläche in einer Schleifmaschine
(nicht gezeigt) angebracht. Der Rohling 80 wird zwischen
den Endwänden 94 und 96 der
Halterungsvorrichtung 91 platziert, so dass die Stapelachse
S und die Einführachse
I ausgefluchtet sind. Nach dieser Positionierung wird der Einstellknopf 104 betätigt, so
dass die Spitze 112 des konischen Stiftes sich entlang
der Einführachse
in Richtung auf die Endwand 96 bewegt. Der Klemmmechanismus
ist vollständig
mit dem Rohling in Eingriff gebracht, wenn die Spitze 112 des
konischen Stiftes vollständig
mit der ersten Festlegeeinrichtung 82 in Eingriff getreten
ist, die Ecke 88 der dritten Festlegeeinrichtung 86 mit
der Kante 120 der Keileinrichtung 114 in Eingriff
steht und die zweite Festlegeeinrichtung 84 mit dem Vorsprung 122 in Eingriff
steht. Anschließend
wird der Verriegelungsmechanismus 108 mit der Wand 102 in
Eingriff gebracht, um sicherzustellen, dass sich die Lage des Rohlings
nicht verändert.
In dieser Position ist die Stapelachse S des Rohlings 80 mit
der Einführachse I
der Halterungsvorrichtung ausgefluchtet.
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Die dritte Festlegeeinrichtung 86 stellt
in Kombination mit der Keileinrichtung 114 sicher, dass sich
der Rohling während
der spanenden Bearbeitung nicht dreht. Die Positionierung der Keileinrichtung 93 und
des konischen Stifts 112 stellt sicher, dass die Einführachse
I und somit auch die Stapelachse des einmal gehaltenen Rohlings
parallel zu der oberen Oberfläche 99 der
Basis der Halterungsvorrichtung sind sowie auf einer vorbestimmten
Höhe angeordnet
sind. Die zweite Festlegeeinrichtung 84, die erste Festlegeeinrichtung 82,
der konische Stift 110 und der Vorsprung 122 stellen
sicher, dass sich der Rohling in Richtung der Breite nicht bewegt.
In Fällen,
in denen der Rohling die dritte Festlegeeinrichtung 86 nicht
aufweist, muss die Halterungsvorrichtung Komponenten aufweisen,
um sicherzustellen, dass die Stapelachse des Rohlings parallel zu der
oberen Oberfläche 99 auf
einer vorbestimmten Höhe
verläuft
und dass sich der Rohling nicht dreht. Da dies die Halterungsvorrichtung
komplexer macht, ist es bevorzugt, dass der Rohling drei Festlegeeinrichtungen
aufweist und die Halterungsvorrichtung den konischen Stift 110,
die Keileinrichtung 114 sowie den Vorsprung 122 aufweist.
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Wenn die Schaufel feststehend in
der Klemmvorrichtung gehalten ist, können die Schwalbenschwanzgebilde 41 (im
Umriss dargestellt) in die erste Oberfläche 63 der Opferschicht 62 unter
Verwendung herkömmlicher
Schleifmaschinen-Arbeitstechniken geschliffen werden. Da die Halterungsvorrichtung
den Rohling entlang von zwei Ebenen hält, von denen kritische Dimensionen
als Referenz abgenommen werden, ist es bevorzugt, eine programmierbare
Schleifmaschine zusammen mit der Halterungsvorrichtung zu verwenden.
Sobald diese Schwalbenschwanzgebilde fertig gearbeitet sind, wird
der konische Stift 110 von dem Rohling 80 gelöst, und
der Rohling 80 wird in der Halterungsvorrichtung rotationsmäßige bewegt,
so dass die zweite Oberfläche 64 nach
oben weist. Dann können
weitere Schwalbenschwanzgebilde in die zweite Oberfläche 64 des
Opferbereichs 62 geschliffen werden. Nach diesem Vorgang
können
zusätzliche
Merkmale in den Rohling geschliffen werden, wie z. B. Kerben in
der Abdeckung oder der Plattform. Die Opferschicht 62 wird
dann entfernt, wodurch auch die zweite und die dritte Festlegeeinrichtung 84 und 86 entfernt
werden. Der Vorsprung 61 kann dann von der äußeren Oberfläche 50 der
Abdeckung 47 spanend abgearbeitet werden.
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Eine zweite Halterungsvorrichtung
wird nun unter Bezugnahme auf die 9 bis 12 beschrieben. Bei dieser
Halterungsvorrichtung weist die Basis 92 ferner eine Plattform 124 und
eine Auswerfeinrichtung 125 auf. Die Plattform 124 ist
auf der oberen Oberfläche 99 der
Basis der Halterungsvorrichtung angeordnet. Die Plattform 124 ist
derart konfiguriert, dass bei Platzierung des Rohlings auf der Plattform die
Stapelachse S und die Einführachse
I im Wesentlichen ausgefluchtet sind. Die Basis beinhaltet ferner eine
Auswerfeinrichtung 125. Die Auswerfeinrichtung 125 weist
eine Rotationseinrichtung 126, eine Abstützeinrichtung 127 und
eine Welle 128 auf, die sich zwischen der Rotationseinrichtung 126 und
der Abstützeinrichtung 127 erstreckt.
Die Welle steht in Eingriff mit der Rotationseinrichtung und der
Abstützeinrichtung,
so dass die Rotationseinrichtung die Welle dreht. Ferner beinhaltet
die Auswerfeinrichtung zwei voneinander beabstandete Arme 130,
die auf der Welle 128 angebracht sind.
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Im Folgenden wird die Arbeitsweise
der Halterungsvorrichtung beschrieben. Die Halterungsvorrichtung 91 wird
unter Verwendung herkömmlicher Verfah rensweisen
an der Halterungsfläche
in einer Schleifmaschine (nicht gezeigt) angebracht. Wenn sich unter
Bezugnahme auf 10 die
Halterungsvorrichtung 91 in der geöffneten Stellung befindet, wird
der Rohling 80 zwischen den Endwänden 94 und 96 der
Halterungsvorrichtung 91 auf der Plattform 124 platziert.
Nach einer derartigen Positionierung wird der Einstellknopf 104 betätigt, so
dass die Spitze 112 des konischen Stifts sich entlang der
Einführachse
in Richtung auf die zweite Endwand 96 bewegt. Unter Bezugnahme
auf 11 ist der Klemmmechanismus
vollständig
mit dem Rohling in Eingriff gebracht, wenn die Spitze 112 des
konischen Stifts vollständig
mit der ersten Festlegeeinrichtung 82 in Eingriff getreten
ist, die Ecke 88 der dritten Festlegeeinrichtung 86 mit
der Kante 120 der Keileinrichtung 114 in Eingriff
steht und die zweite Festlegeeinrichtung 84 mit dem Vorsprung 122 in
Eingriff steht. Anschließend
wird der Verriegelungsmechanismus 108 mit der vertikalen
Wand 102 in Eingriff gebracht, um dadurch sicherzustellen,
dass sich die Lage des Rohlings 80 nicht verändert. Die
dritte Festlegeeinrichtung 86 in Kombination mit der Keileinrichtung 114 verhindert
eine Rotationsbewegung des Rohlings während der spanenden Bearbeitung.
Die erste Festlegeeinrichtung 82 mit dem konischen Stift 110 sowie die
zweite Festlegeeinrichtung 84 mit dem Vorsprung 122 verhindern
eine Bewegung des Rohlings in Richtung der Breite. Wenn die Schaufel
in der Halterungsvorrichtung fest gehalten ist, können die
Schwalbenschwanzgebilde 41 unter Verwendung herkömmlicher
Schleifmaschinen-Arbeitstechniken
in die erste Oberfläche 63 des
Opferbereichs 62 geschliffen werden. Da die Halterungsvorrichtung
die Stapelachse und die Fußmittenlinie
als Referenzeinrichtung nimmt, kann eine programmierbare Schleifvorrichtung
verwendet werden, wobei eine solche Maschine auch bevorzugt ist.
Unter Bezugnahme auf 11 wird
nach der Fertigstellung dieser Schwalbenschwanzgebilde der konische
Stift 110 von dem Rohling 80 gelöst, und
die Auswerfeinrichtung 126 wird automatisch aktiviert.
Die Auswerfeinrichtung 126 veranlasst die Welle 128 zur
Ausführung
einer Rotationsbewegung, und als Ergebnis hiervon heben die Arme 130 die
Schaufel aus der Plattform 124 heraus. Der Rohling wird
dann rotationsmäßig bewegt
und in einer ähnlichen
Halterungsvorrichtung platziert, so dass die zweite Oberfläche 64 nach
oben weist. Nach einer derartigen Positionierung können zusätzliche Schwalbenschwanzgebilde
in die zweite Oberfläche 64 des
Opferbereichs 62 geschliffen werden. Es können zusätzliche
Merkmale in den Rohling geschliffen werden, wie z. B. Kerben in
der Abdeckung oder der Plattform. Anschließend wird der Opferbereich 62 entfernt,
wodurch auch die zweite und die dritte Festlegeeinrichtung 84 und 86 entfernt
werden. Der Vorsprung 61 kann dann spanend von der Abdeckung 47 abgearbeitet
werden.
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Der Hauptvorteil der beschriebenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie eine spanende
Bearbeitung des Teils mit verbesserter Genauigkeit ermöglichen.
Dies ist durch die integrale Ausbildung der Festlegeeinrichtungen mit
der Schaufel, die Anordnung der Festlegeeinrichtungen in dem Rohling
in Ebenen, von denen die kritischen Dimensionen abgemessen werden,
sowie durch die Verwendung der Halterungsvorrichtung bedingt, die
diese Festlegeeinrichtungen direkt verwendet. Auf diese Weise kann
die Schaufel exakter spanend bearbeitet werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass die Verwendung einer einfachen Halterungsvorrichtung während der
spanenden Bearbeitung von Details ermöglicht ist, um ein exakt geformtes
Teil zu bilden. Da die Referenzeinrichtungen zum spanenden Bearbeiten
der Details in integraler Weise mit dem Rohling vorgesehen sind
und dazu verwendet werden können,
die Schaufel an den Enden festzuklemmen, kann die gleiche Halterungsvorrichtung
bei verschiedenen Teilen unterschiedlicher Länge verwendet werden, indem
die Distanz zwischen den Endwänden
modifiziert wird. Ferner kann sich die Form des Mittelbereichs der
Schaufel ändern,
ohne dass eine andere Halterungsvorrichtung erforderlich ist, wodurch
die Notwendigkeit für
eine andere Halterungsvorrichtung für jede Teilzahl eliminiert
ist. Dies eliminiert die zugehörigen
Kosten und die Verzögerung bei
der Konstruktion und dem Bau einer Halterungsvorrichtung für jedes
Teil mit einer bestimmten Länge. Die
Festlegeeinrichtungen sorgen für
einen festen Eingriff mit der Halterungsvorrichtung, und aus diesem
Grund sind einfache und kostengünstige
Halterungsvorrichtungsklemmen zum Positionieren und Halten des Rohlings
ausreichend. Dies eliminiert die Notwendigkeit von Halterungsvorrichtungen
mit komplexen Klemmmechanismen. Es eliminiert auch die Stillstandszeiten
während
der Produktion, wie sich diese in Verbindung mit dem Wechsel von
Halterungsvorrichtungen von einem Teil mit einer Länge zu einem
Teil mit einer anderen Länge
ergeben.
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Noch ein weiterer Vorteil besteht
darin, dass die Herstellung von Turbinenschaufeln nicht mehr die Verwendung
einer Einkapselung mit einer niedrig schmelzenden Legierung erforderlich
macht, wodurch die zum Einkapseln erforderliche Zeit eliminiert wird
und auch die Kosten zum Konstruieren und Unterhalten von Einkapselungswerkzeugen,
Festlegewerkzeugen und Schmelzmaschinen eliminiert werden. Weiterhin
wird die Notwendigkeit zum Entsorgen der niedrig schmelzenden Legierung
eliminiert.
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Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin,
dass die Klemm-Halterungsvorrichtung einfach und kostengünstig in
der Ausbildung und der Herstellung ist sowie ein Festklemmen des
Teils in unmittelbarer Nähe
zu den Enden des Rohlings zuläßt. Ein
Festklemmen des Teils in unmittelbarer Nähe zu den Enden des Rohlings
ermöglicht
der Klemm-Halterungsvorrichtung ein Festhalten des Teils in unmittelbarer Nähe zu der
Stelle, an der das Schleifen des Fußbereichs stattfindet. Dies
führt zu
weniger Biegung während
des Schleifvorgangs und somit zu geringeren Verlusten an Genauigkeit,
und es ermöglicht
ferner, dass die zum Halten des Rohlings in der Halterungsvorrichtung
erforderlichen Klemmkräfte
niedrig sind.
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Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf
dargestellte Ausführungsformen
beschrieben worden, jedoch erschließen sich den Fachleuten verschiedene
Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen sowie weitere
Ausführungsformen der
Erfindung bei Bezugnahme auf die vorliegende Beschreibung, ohne
dass man dabei den Umfang der Erfindung verläßt, wie dieser in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist. Der Rohling läßt sich
durch Ändern
der Geometrie der ersten Festlegeeinrichtung von einer Bohrung auf
andere geeignete Merkmale, einschließlich einer Kerbe oder eines
Vorsprungs, modifizieren. Wenn ein Vorsprung, wie z. B. ein konischer
Vorsprung, verwendet wird, müßte der
konische Stift der Halterungsvorrichtung derart modifiziert werden,
dass er z. B. eine konische Bohrung zum Aufnehmen des konischen
Vorsprungs aufweist.
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Die Basis der Halterungsvorrichtung
braucht nicht integral ausgebildet zu sein, und eine der Endwände kann
verschiebbar daran angebracht sein, um die Distanz zwischen den
Endwänden
zu variieren, so dass Schaufeln mit unterschiedlicher Länge Rechnung
getragen werden kann. Ferner erlauben die Plattform und die Auswerfeinrichtung,
dass in dem Verfahren ein automatisiertes Festklemmen mit wenig
Eingriff durch eine Bedienungsperson verwendet wird, wobei diese
Merkmale jedoch optionaler Art sind. Die Platzierung der Festlegeeinrichtungen
kann verändert
werden, so dass die gleichen oder andere Ausbildungs-Referenzachsen
oder -Ebenen anstatt der Stapelachse oder der Fußmittenlinie verwendet werden,
wobei in diesem Fall die Halterungsvorrichtung zur Komplementierung
des Rohlings modifiziert werden kann. Ferner kann es sich bei den
Festlegeeinrichtungen um spanend bearbeitete Merkmale oder im Gusszustand
vorliegende Merkmale handeln, wodurch sich Bearbeitungszeit einsparen
ließe.