EP1986817A1 - Strahlkammer zum oberflächenstrahlen, insbesondere zum ultraschall kugelstrahlen von gasturbinen-bauteilen - Google Patents

Strahlkammer zum oberflächenstrahlen, insbesondere zum ultraschall kugelstrahlen von gasturbinen-bauteilen

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EP1986817A1
EP1986817A1 EP07702443A EP07702443A EP1986817A1 EP 1986817 A1 EP1986817 A1 EP 1986817A1 EP 07702443 A EP07702443 A EP 07702443A EP 07702443 A EP07702443 A EP 07702443A EP 1986817 A1 EP1986817 A1 EP 1986817A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
blasting
wall
blasting chamber
peening
Prior art date
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EP07702443A
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English (en)
French (fr)
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EP1986817B1 (de
Inventor
Erwin Bayer
Philipp THÜMMLER
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP1986817B1 publication Critical patent/EP1986817B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/005—Vibratory devices, e.g. for generating abrasive blasts by ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/08—Devices for generating abrasive blasts non-mechanically, e.g. of metallic abrasives by means of a magnetic field or by detonating cords
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/47—Burnishing
    • Y10T29/479—Burnishing by shot peening or blasting

Definitions

  • Blasting chamber for surface blasting in particular for akischall- shot blasting of gas turbine components
  • the invention relates to a blasting chamber for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening of gas turbine components, specified in the preamble of claim 1.
  • shot peening it is possible, for example, to consolidate components or component areas of gas turbines which are subject to high stress by frictional wear or the like. It is also possible by means of this special surface processing method to minimize or largely eliminate distortions, material loadings or other defects, for example at edges of rotors or blade areas. Finally, it is possible by shot peening to post treat butt joints of repaired turbine blades or the like components.
  • the plurality of turbomachine blades are to be positioned upside-down within a receiving frame in such a way that they protrude with their blade tip comprising the respective surface to be machined through an associated wall opening within the frame.
  • the frame itself forms a horizontally extending upper wall portion of the blasting chamber, which is parallel to a forming a lower wall portion of the blasting chamber, horizontally extending vibration plate of a sonotrode.
  • the frame within an associated compassiono réelle be set so that the blade surfaces to be machined comprehensive blade tips are arranged within the steel chamber.
  • DE 10 2004 029 546 A1 discloses a blasting chamber as known in which a blade root of a gas turbine blade can be treated by an ultrasonic shot peening method.
  • a fürgangso réelle is introduced within a vertically extending wall portion of the blasting chamber through which the Gasturbmenschaufel is to be inserted.
  • a horizontally running lower wall area the overall substantially cubic blasting chamber is formed by a surface of a sonotrode, which is to excite ultrasonic vibrations.
  • the steel balls arranged within the blasting chamber are thereby accelerated for machining the blade root.
  • jet chambers are tuned very specifically to an application or the machining of a specific component.
  • the jet chambers m their geometry so matched to the component to be machined or the component to be machined that let a desired quality of the machined surface can be realized.
  • wall openings are provided in the respective wall region of the chamber wall or the receiving frame, which are specifically adapted to the cross section of the component to be machined.
  • Object of the present invention is therefore to improve a blasting chamber of the type mentioned so that it can be adapted with little effort to different components to be machined.
  • At least one wall region of the chamber wall is designed to be adjustable in order to change its geometry.
  • the invention is based on the basic idea that the geometry - that is, for example, the size and / or the shape - of the blasting chamber can be adapted or approximated to the component to be machined by at least one wall region of the chamber wall being adjustable. This not only makes it possible to adapt or approximate the blasting chamber to different sizes of the components to be machined, but rather can be influenced by the appropriate adjustment of at least one wall portion of the chamber wall, for example, the distances and angles at which the blasting agent - for example, the Balls during ultrasonic shot peening - to be deflected.
  • the wall regions of the chamber wall to be adjusted can be linearly displaced, adjusted at an angle or changed to produce a different free-form surface, depending on which geometry of the blasting chamber is optimal for the particular component to be machined.
  • an adjustment of the geometry of the blasting chamber has been shown to be simply soubuchbar, in which the at least one wall region of the chamber wall is to be changed by inflation.
  • the at least one wall region of the chamber wall is to be changed by inflation.
  • the contour of the corresponding chamber wall by simply feeding or sucking a gaseous medium.
  • the wall region or the chamber wall itself is designed as an inflatable cushion.
  • the adjustable wall portion is truncated on an inflatable cushion and can be adjusted accordingly.
  • a gaseous medium it would of course also conceivable to adjust the variable wall region of the chamber wall, for example, by a liquid medium such as oil or the like.
  • the chamber wall of the blasting chamber of a flexible yielding material and in particular of a rubber material.
  • the side facing the component area must be designed to be stable on the chamber wall, for example, to withstand the loads imposed by the balls during ultrasonic shot peening.
  • the chamber wall may need to be correspondingly stiff, so that, for example, the balls are deflected in the desired manner on the chamber wall.
  • the chamber wall is at least locally provided with a cover, casing or the like on its side facing the component area to be processed.
  • the erfmdungsge felicit provided adjustable wall portion of the chamber wall may also be provided only in the region of the wall opening, through which a component area comprising the surface to be machined is carried out. In this context, it is conceivable that only a part of the wall area surrounding the wall opening or else the complete peripheral wall area is adjustable.
  • the Wando réelle is thus adjustable and easily adaptable to varying sizes and geometries of different components to be machined.
  • the set-up times can be reduced to a minimum when changing over to a different component geometry.
  • a sliding element is provided in the contact area of the seal with the component passed through the wall opening, then it is possible in a simple manner to move the component during the surface blasting within the blasting chamber, for example to rotate in order to achieve the best possible surface of the component ,
  • the surface of the sonotrode forms a wall region of the chamber wall.
  • a device for determining the acoustic emission of the blasting medium is arranged within the blasting chamber, then a loss of blasting medium-by the associated change in the sound emission-can be determined in a simple manner in this way.
  • a particularly advantageous blasting chamber can be achieved in that the device for replenishing is connected to the device for determining the acoustic emission of the blasting material. If, accordingly, a loss of blasting agent is detected by means of the device for determining the sound emission, then this loss can be compensated in a simple manner by the device for replenishment in order to ensure a uniform and reproducible blasting result.
  • Figure 1 is a schematic s ⁇ hnittansicht by the invention
  • a blasting chamber for surface blasting which includes a wall opening within its chamber wall through which a component portion of a turbine blade passes and is positioned within the blasting chamber, wherein a plurality of wall portions of the chamber wall of the blasting chamber are adjustably configured to alter the geometry of the blasting chamber;
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the blasting chamber according to FIG. 1 in the area of the passage of the turbine blade through the wall opening inside the chamber wall, wherein the turbine blade is shown schematically in a sectional view along the line II-II in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a blasting chamber for surface blasting, which is embodied here in particular for ultrasonic blasting of gas turbine components in the form of engine blades 10.
  • the blasting chamber has, for example, a substantially cube-shaped geometry, which is essentially delimited by a chamber wall 12.
  • the blasting chamber is partially bounded by a surface 14 of an ultrasonic sonotrode 16, which is connected via an ultrasound horn (not shown).
  • sound vibration unit - which includes, for example, an ultrasonic piezoelectric actuator - is to be set in vibration.
  • the ultrasonic sonotrode 16 is operated by way of example with a frequency of large 20 kHz and an amplitude in the range of about 30 to 60 ⁇ m. Of course, the operation of the ultrasonic sonotrode 16 is not limited to the specified frequency or amplitude range.
  • a wall opening 18 is provided through which the engine blade 10 is hm preparegeschreibt with a comprehensive surface to be machined component area 20 or disposed within the blasting chamber.
  • the component region 20 arranged within the blasting chamber is in this case the blade of the turbine blade 10, while the blade root 22 is arranged outside the blasting chamber.
  • the m horizontal direction can be adjusted linearly.
  • the movement or adjustment of the wall region 26 takes place by means of a compressed air source 28 and a supply line 30, via which a pillow-shaped element 32 carrying the wall region 26 can be inflated.
  • the wall region 26 may, for example, be formed by a plate-shaped element which is supported on the pillow-shaped element 32.
  • the pillow-shaped element 32 is formed by the wall region 26 itself or that the pillow-shaped element 32 comprises the wall region 26.
  • the wall region 26 or the kis- Senformige element 32 consist of a flexible resilient material, in particular of a rubber material, which of course must withstand the mechanical and thermal stresses within the blasting chamber.
  • a cushion-shaped element 38 positioned behind the wall region 36 is connected to the compressed-air source 28 via a supply line 40. It is likewise conceivable that the pillow-shaped element 38 itself forms the wall region 36.
  • the angle of the wall region 36 it is in particular possible to deflect the blasting agent, for example, spheres 42 during ultrasonic shot peening at a corresponding angle and to direct it to the component region 20 of the turbine blade 10 to be machined.
  • the chamber wall 12 can accordingly be formed as a pillow-shaped element itself, wherein the chamber wall 12 may comprise one or more, possibly separate to be filled pillow chambers.
  • the chamber wall 12 is to be varied via a supply line 46 in total to its size. If, on the other hand, the chamber wall 12 is subdivided into a plurality of cushion cassettes, the chamber wall 12 can be varied not only in size but also in its geometry by filling the individual cushion chambers to different degrees with compressed air from the compressed air reservoir 28.
  • the chamber wall 12 may be provided on its inner side which limits the blasting chamber with linings or coatings in order to be able to withstand the thermal and mechanical stresses produced by the balls 42 during ultrasonic shot peening.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the comb chamber bounding the blasting chamber 12
  • the passage of the component area 20 of the turbine blade 10 which is indicated along the line II-II in FIG.
  • the adjacent to the wall opening 18 circumferential Wall portion 48 ( Figure 2) is also adjustable.
  • the wall portion 48 is formed as a kissenf ⁇ rmiges element, by adjusting the size or geometry of the wall opening 18 can be varied.
  • the wall portion 48 is again made of a flexible yielding material, in particular a rubber material.
  • the wall region 48 forms a schematically indicated seal 50 with respect to the impulse vane 10 guided through the wall opening 18, with which the outlet of balls 42 located within the blasting chamber can be avoided.
  • the adjustable wall region 48 in the contact region of the seal 50 comprises a likewise schematically indicated circulating sliding element 52 with which, for example, a displacement or rotation of the turbine blade 10 within the wall opening 18 is possible.
  • the wall opening 18 is preferably initially adjusted so that it is designed to be larger than the clear cross section of the turbomachine blade 10. After this is positioned inside the blasting chamber, the wall region 28 is correspondingly inflated so far that it is up to it the turbine blade 10 and the chamber wall 12 enters the desired seal against the escape of balls 42. Inflation of the pillow-shaped wall region 48 takes place via a supply line 56 fed by a compressed air source 54.
  • the chamber wall 12 - as shown by the lines 44 - designed in total from a flexible yielding material, so the Wando réelle 18 surrounding wall portion 48 of course also be formed by the chamber wall 12 itself. In other words, it is therefore also conceivable to create a chamber wall 12 to be filled in total with a gas, which then adapts to the turbine blade 10.
  • adjustable wall portions 26, 36 and 48 can be provided separately as well as together within the blasting chamber. It is also conceivable to combine a combination of a chamber wall 12 to be filled with air, in accordance with the lines 44, with a wall region 26, 36 and 48 to be filled separately.
  • a device 48 for determining the sound emission within the blasting chamber is arranged in the present exemplary embodiment. Accordingly, if a loss of balls 42 is detected, then the means 58 is connected via a conduit 60 to a means 62 for replenishing within the blasting chamber Balls 42 connected. Due to the possibly required refilling of balls 42 by means of the device 62, it is ensured that always a constant amount of balls 42 or the like jet means is located within the blasting chamber, so that an 'extremely consistent and easily reproducible surface result even with a plurality of turbine blades 10 can be achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strahlkammer zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen von Gasturbinen-Bauteilen (10) , die zumindest mit einem die zu bearbeitende Oberfläche umfassenden Bauteilbereich (20) innerhalb einer Kammerwand (12) anzuordnen sind, welche die Strahlkammer räumlich begrenzt, wobei zur Veränderung der Geometrie der Strahlkammer zumindest ein Wandbereich (26, 36, 48) der Kammerwand (12) verstellbar ausgebildet ist.

Description

Strahlkammer zum Oberflachenstrahlen, insbesondere zum ültraschall- Kugelstrahlen von Gasturbinen-Bauteilen
Die Erfindung betrifft eine Strahlkammer zum Oberflachenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen von Gasturbinen-Bauteilen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Eine derartige Strahlkammer ist bereits aus der US 6 490 899 B2 als bekannt zu entnehmen, innerhalb der die Laufspitzen einer Mehrzahl von Tur- bmenschaufeln eines Turbostrahltriebwerks gleichzeitig durch Kugelstrahlen oberflachenbehandelt werden können.
Durch ein derartiges Kugelstrahlen ist es beispielsweise möglich, durch Reibverschleiß oder dergleichen stark beanspruchte Bauteile oder Bauteil- bereiche von Gasturbinen zu verfestigen. Ebenso ist es durch dieses spezielle Oberflachenbearbeitungsverfahren möglich, Verzüge, Materialverfrachtungen oder andere Defekte, beispielsweise an Kanten von Rotorenoder Schaufeibereichen zu minimieren bzw. weitestgehend zu eliminieren. Schließlich ist es durch das Kugelstrahlen möglich, Stoßfugen von reparierten Turbinenschaufeln oder dergleichen Bauteilen nachzubehandeln.
Bei der bekannten Strahlkammer sind hierbei die Mehrzahl von Turbmen- schaufeln kopfüber innerhalb eines Aufnahmerahmens so zu positionieren, dass diese mit ihrer die jeweils zu bearbeitende Oberflache umfassenden Schaufelspitze durch eine zugehörige Wandoffnung innerhalb des Rahmens hindurchragen. Der Rahmen selbst bildet dabei einen horizontal verlaufenden oberen Wandbereich der Strahlkammer, der einer den unteren Wandbereich der Strahlkammer bildenden, horizontal verlaufenden Schwingungsplatte einer Sonotrode parallel gegenüberliegt. Dabei ist der Rahmen innerhalb einer zugehörigen Rahmenoffnung derart festzulegen, dass die die zu bearbeitenden Oberflachen umfassenden Schaufelspitzen innerhalb der Stahlkammer angeordnet sind. Durch die mit einer Ultraschallschwingung angeregte Sonotrode kann nunmehr innerhalb der Strahlkammer ein Kugelnebel erzeugt werden, mit dem die Schaufelspitzen der Turbinenschaufeln o- berflachenbehandelt werden.
Darüber hinaus ist aus der DE 10 2004 029 546 Al eine Strahlkammer als bekannt zu entnehmen, bei der ein Schaufelfuß einer Gasturbmenschaufel durch ein Ultraschall-Kugelstrahlverfahren behandelt werden kann. Hierzu ist innerhalb eines vertikal verlaufenden Wandbereichs der Strahlkammer eine Durchgangsoffnung eingebracht, durch welche die Gasturbmenschaufel hindurch zu stecken ist. Ein horizontal verlaufender unterer Wandbereich der insgesamt im Wesentlichen würfelförmigen Strahlkammer wird von einer Oberflache einer Sonotrode gebildet, welche mit Ultraschallschwingungen zu erregen ist. Die innerhalb der Strahlkammer angeordneten Stahlkugeln werden hierdurch zur Bearbeitung des Schaufelfußes beschleunigt.
Nachteilig bei diesen bekannten Strahlkammern ist [jeweils der Umstand anzusehen, dass diese ganz spezifisch auf einen Anwendungsfall bzw. die Bearbeitung eines bestimmten Bauteils abgestimmt sind. So sind die Strahlkammern m ihrer Geometrie derart auf das zu bearbeitende Bauteil bzw. den zu bearbeitenden Bauteilbereich abgestimmt, dass sich eine erwünschte Qualität der bearbeiteten Oberflache realisieren lasst. Darüber hinaus sind im jeweiligen Wandbereich der Kammerwand bzw. des Aufnahmerahmens Wandoffnungen vorgesehen, die spezifisch an den Querschnitt des zu bearbeitenden Bauteils angepasst sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Strahlkammer der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass diese mit geringem Aufwand auf unterschiedliche zu bearbeitende Bauteile angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch eine Strahlkammer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen beschrieben.
Bei der Strahlkammer nach der Erfindung ist zur Veränderung von deren Geometrie zumindest ein Wandbereich der Kammerwand verstellbar ausgebildet . Mit anderen Worten ist die Erfindung von dem Grundgedanken getragen, dass die Geometrie - also beispielsweise die Große und/oder die Form — der Strahlkammer dadurch an das zu bearbeitende Bauteil angepasst bzw. angenähert werden kann, dass zumindest ein Wandbereich der Kammerwand verstellbar ausgebildet ist. Hierdurch ist es nicht nur möglich, die Strahlkammer auf unterschiedliche Großen der zu bearbeitenden Bauteile anzupassen bzw. anzunähern, sondern vielmehr können durch die geeignete Verstellung des wenigstens einen Wandbereichs der Kammerwand beispielsweise auch die Distanzen und Winkel beemflusst werden, an welchen das Strahlmittel - beispielsweise die Kugeln beim Ultraschall-Kugelstrahlen - abgelenkt werden.
Im Ergebnis kann somit eine universell einsetzbare Strahlkammer geschaffen werden, die sich automatisch und mit äußerst geringem Rustaufwand an unterschiedliche Konturen bzw. Bauteile anpassen bzw. annähern lasst. Somit ist es auf einfach Weise möglich, m ihrer Form und Große unter- schiedliche Bauteile innerhalb ein und derselben Strahlkamirter zu bearbeiten.
Die zu verstellenden Wandbereiche der Kammerwand können dabei sowohl linear verschoben, im Winkel verstellt oder aber unter Erzeugung einer andersartigen Freiformflache verändert werden, je nachdem, welche Geometrie der Strahlkammer für das jeweils zu bearbeitende Bauteil optimal ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat sich insbesondere eine Verstellung der Geometrie der Strahlkammer als einfach durchfuhrbar gezeigt, bei welcher der zumindest eine Wandbereich der Kammerwand durch Aufblasen zu verandern ist. Somit ergibt sich die Möglichkeit, durch einfaches zufuhren bzw. Absaugen eines gasformigen Mediums die Kontur der entsprechenden Kammerwand zu verandern. Dabei ist es beispielsweise denkbar, dass der Wandbereich bzw. die Kammerwand selbst als aufblasbares Kissen ausgebildet ist. Gleichfalls wäre es jedoch auch denkbar, dass der verstellbare Wandbereich auf einem aufblasbaren Kissen abgestutzt ist und dementsprechend verstellt werden kann. Anstelle eines gasförmigen Mediums wäre es selbstverständlich auch denkbar, den veränderbaren Wandbereich der Kammerwand beispielsweise durch ein flussiges Medium wie Ol oder dergleichen zu verstellen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es darüber hinaus denkbar, die Kammerwand der Strahlkammer aus einem flexibel nachgiebigen Material und insbesondere aus einem Gummimaterial zu gestalten. Es ist klar, dass die dem Bauteilbereich zugewandte Seite an der Kammerwand entsprechend stabil ausgestaltet sein muss, um beispielsweise den Belastungen durch die Kugeln beim Ultraschall-Kugelstrahlen stand zu halten. Weiterhin ist es klar, dass die Kammerwand gegebenenfalls entsprechend steif ausgebildet sein muss, damit beispielsweise die Kugeln in der gewünschten Weise an der Kammerwand abgelenkt werden. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise möglich, dass die Kammerwand auf ihrer dem zu bearbeitenden Bauteilbereich zugewandten Seite mit einer Abdeckung, Verschalung oder dergleichen zumindest lokal versehen ist.
Um verschiedene Bauteile, welche lediglich mit einem die zu bearbeitende Oberflache umfassenden Bauteilbereich innerhalb der Kammerwand bzw. der Strahlkammer angeordnet sind, mittels einer einzigen Strahlkammer bearbeiten zu können, hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft gezeigt, den an die Wandoffnung angrenzenden Wandbereich der Kammerwand verstellbar auszubilden. Mit anderen Worten kann der erfmdungsgemaß vorgesehene verstellbare Wandbereich der Kammerwand auch lediglich in dem Bereich der Wandoffnung vorgesehen sein, durch welche ein die zu bearbeitende Oberflache umfassender Bauteilbereich hin- durchgefuhrt ist. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass lediglich ein Teil des die Wandoffnung umgebenden Wandbereichs oder aber der komplette umlaufende Wandbereich verstellbar ist. Im Ergebnis ist somit die Wandoffnung verstellbar und in einfacher Weise an variierende Großen und Geometrien von unterschiedlichen, zu bearbeitenden Bauteilen anpassbar. Hierdurch lasst sich nicht nur eine universell einsetzbare Strahlkammer erreichen, sondern darüber hinaus lassen sich auch die Rüstzeiten beim Umstellen auf eine andere Bauteilgeometrie auf ein Minimum reduzieren.
Damit zwischen der Wandoffnung und dem hindurchgefuhrten Bauteil kein Strahlmittel entweichen kann, hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, den an die Wandoffnung angrenzenden Wandbereich der Kammerwand als Dichtung auszubilden. Neben der Vermeidung eines Verlustes an Strahlmittel kann somit auch erreicht werden, dass die zu bearbeitende Oberflache genau definiert bzw. der zu bearbeitende Bauteilbereich von dem nicht zu bearbeitenden Bauteilbereich sehr genau unterteilt werden kann.
Ist darüber hinaus im Kontaktbereich der Dichtung mit dem durch die Wandoffnung hindurchgefuhrten Bauteil ein Gleitelement vorgesehen, so ist es auf einfache Weise möglich, das Bauteil wahrend des Oberflachenstrahlens innerhalb der Strahlkammer zu bewegen, beispielsweise zu drehen, um eine möglichst optimale Oberflache des Bauteils zu erreichen.
Um insbesondere beim Kugelstrahlen ein besonders gutes Oberflachenergebnis zu erreichen, hat es sich als weiterhin vorteilhaft gezeigt, eine Ultraschall-Sonotrode, insbesondere innerhalb der Strahlkammer, vorzusehen bzw. anzuordnen. In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform bildet dabei die Oberflache der Sonotrode einen Wandbereich der Kammerwand.
In zu bevorzugender Ausgestaltung ist der zumindest eine, zur Veränderung der Geometrie der Strahlkammer verstellbare Wandbereich von der Ultraschall-Sonotrode verschieden, und zwar insbesondere auch dann, wenn eine Oberflache der Sonotrode einen Wandbereich der Kammerwand ausbildet.
Ist innerhalb der Strahlkammer eine Einrichtung zur Ermittlung der Schallemission des Strahlmittels angeordnet, so kann auf diesem Weg auf einfache Weise ein Verlust an Strahlmittels - durch die damit einhergehende Veränderung der Schallemission - ermittelt werden. Darüber hinaus hat es sich als weiter vorteilhaft gezeigt, der Strahlkam- mer eine Einrichtung zum Nachdosieren des sich innerhalb der Strahlkammer befindenden Strahlmittels zuzuordnen. Hierdurch ist es möglich, die Menge des Strahlmittels innerhalb der Strahlkammer konstant zu halten und dementsprechend ein reproduzierbares und sehr konstantes Strahlenergebnis zu erreichen.
Schließlich kann eine besonders vorteilhafte Strahlkammer dadurch erreicht werden, dass die Einrichtung zum Nachdosieren mit der Einrichtung zur Ermittlung der Schallemission des Strahlguts verbunden ist. Wird demgemäß ein Verlust von Strahlmittel mittels der Einrichtung zur Ermittlung der Schallemission detektiert, so kann dieser Verlust auf einfache Weise durch die Einrichtung zum Nachdosieren ausgeglichen werden, um ein einheitliches und reproduzierbares Strahlergebnis zu gewährleisten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, diese zeigen in:
Figur 1 eine schematische Sσhnittansicht durch die erfindungsgemäße
Strahlkammer zum Oberflächenstrahlen, welche eine Wandöffnung innerhalb ihrer Kammerwand umfasst, durch welche ein Bauteilbereich einer Turbinenschaufel hindurchgeführt und innerhalb der Strahlkammer positioniert ist, wobei zur Veränderung der Geometrie der Strahlkammer beispielhaft mehrere Wandbereiche der Kammerwand der Strahlkammer verstellbar ausgebildet sind; und
Figur 2 eine schematische Seitenansicht auf die Strahlkammer gemäß Figur 1 im Bereich der Hindurchführung der Turbinenschaufel durch die Wandöffnung innerhalb der Kammerwand, wobei die Turbinenschaufel in Schnittansicht entlang der Linie II - II in Figur 1 schematisch dargestellt ist.
In Figur 1 ist in einer schematischen Schnittansicht eine Strahlkammer zum Oberflächenstrahlen dargestellt, welche hier insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen von Gasturbinen-Bauteilen in Form von Triebwerksschaufeln 10 ausgebildet ist. Die Strahlkammer weist vorliegend beispielhaft eine im Wesentlichen kubusförmige Geometrie auf, welche im Wesentlichen von einer Kammerwand 12 begrenzt ist. An der horizontalen Unterseite wird die Strahlkammer bereichsweise von einer Oberfläche 14 einer Ultra- schall-Sonotrode 16 begrenzt, welche über eine nicht dargestellte Ultra- schall-Schwingemheit - welche beispielsweise einen Ultraschall-Piezo- Aktuator umfasst - in Schwingungen zu versetzen ist. Die Ultraschall- Sonotrode 16 wird beispielhaft mit einer Frequenz von großer 20 kHz und einer Amplitude im Bereich von etwa 30 bis 60 μm betrieben. Selbstverständlich ist der Betrieb der Ultraschall-Sonotrode 16 nicht auf den angegebenen Frequenz- bzw. Amplitudenbereich beschrankt.
Innerhalb der Kammerwand 12 ist eine Wandoffnung 18 vorgesehen, durch welche die Triebwerksschaufel 10 mit einem die zu bearbeitende Oberflache umfassenden Bauteilbereich 20 hmdurchgefuhrt bzw. innerhalb der Strahlkammer angeordnet ist . Der innerhalb der Strahlkammer angeordnete Bauteilbereich 20 ist im vorliegenden Fall das Schaufelblatt der Turbinenschaufel 10, wahrend der Schaufelfuß 22 außerhalb der Strahlkammer angeordnet ist .
Um nun Turbinenschaufeln 10 oder andere Gasturbinen-Bauteile mit unterschiedlichen Formen bzw. Abmessungen innerhalb der Strahlkammer Oberflachenstrahlen zu können, ist deren Geometrie veränderbar. Unter Verander- barkeit der Geometrie ist dabei zu verstehen, dass beispielsweise einzelne Wandbereiche auf im Weiteren noch naher beschriebene Weise zu verstellen sind, so dass sich die Große und/oder Form der Strahlkammer variieren und somit in optimaler Weise an das zu bearbeitende Gasturbinen-Bauteil anpassen lasst.
So ist zum Beispiel in Figur 1 an der der Wandoffnung 18 abgewandten vertikalen Außenseite 24 der Kammerwand 12 ein gestrichelt angedeuteter Wandbereich 26 erkennbar, der m horizontaler Richtung linear verstellt werden kann. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den der Turbmen- schaufel 10 gegenüberliegenden vertikalen Wandbereich 26 naher zum zu bearbeitenden Bauteilbereich 20 hm oder von diesem weg zu bewegen. Die Bewegung bzw. Verstellung des Wandbereichs 26 erfolgt im vorliegenden Aus- fuhrungsbeispiel mittels einer Druckluftquelle 28 und einer Zufuhrungsleitung 30, über welche ein den Wandbereich 26 tragendes kissenformiges Element 32 aufgeblasen werden kann. Es ist klar, dass beim Zurückfahren des Wandbereichs 26 die Druckluft entsprechend abgelassen bzw. abgesaugt werden kann. Der Wandbereich 26 kann beispielsweise durch ein plattenfor- miges Element gebildet sein, welches sich auf dem kissenformigen Element 32 abstutzt.
Insbesondere ist es jedoch auch denkbar, dass das kissenformige Element 32 vom Wandbereich 26 selbst gebildet ist, bzw. dass das kissenformige Element 32 den Wandbereich 26 umfasst. Der Wandbereich 26 bzw. das kis- senformige Element 32 bestehen hierzu aus einem flexibel nachgiebigen Material, insbesondere aus einem Gummimaterial, welches natürlich den mechanischen und thermischen Belastungen innerhalb der Strahlkammer standhalten muss . In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise denkbar, das kissenformige Element 32 bzw. den Wandbereich 26 mit einer Beschichtung oder Abdeckung zu versehen, um insbesondere die erforderlichen mechanischen und thermischen Qualitatseigenschaften bereitstellen zu können.
An der der Ultraschall-Sonotrode 16 gegenüberliegenden horizontalen Oberseite 34 ist ein weiterer Wandbereich 36 der Kammerwand 12 beispielhaft dargestellt, der in seiner Winkelemstellung verstellt werden kann. Hierzu ist wiederum ein hinter dem Wandbereich 36 positioniertes kissenformi- ges Element 38 über eine Zufuhrungsleitung 40 mit der Druckluftquelle 28 verbunden. Ebenfalls ist es wiederum denkbar, dass das kissenformige Element 38 selbst den Wandbereich 36 bildet. Durch die Verstellung des Winkels des Wandbereichs 36 ist es insbesondere möglich, das Strahlmittel beispielsweise Kugeln 42 beim Ultraschall-Kugelstrahlen in einem entsprechenden Winkel abzulenken und auf den zu bearbeitenden Bauteilbereich 20 der Turbinenschaufel 10 zu richten.
Weiterhin ist in Figur 1 mit den Linien 44 gestrichelt dargestellt, dass die Kammerwand 12 auch insgesamt aus einem flexibel nachgiebigen Material, insbesondere einem Gummimaterial gestaltet werden kann. Mit anderen Worten kann die Kammerwand 12 demgemäß selbst als kissenformiges Element ausgebildet werden, wobei die Kammerwand 12 ein oder mehrere, gegebenenfalls separate zu befullende Kissenkammern umfassen kann. Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel ist die Kammerwand 12 über eine Zufuhrungsleitung 46 insgesamt m ihrer Große zu variieren. Ist die Kammerwand 12 hingegen in mehrere Kissenkaitimern unterteil, so kann die Kammerwand 12 nicht nur in ihrer Große, sondern vielmehr auch in ihrer Geometrie dadurch variiert werden, dass die einzelnen Kissenkammern unterschiedlich stark mit Druckluft aus dem Druckluftspeicher 28 befullt werden. Die Kammerwand 12 kann dabei auf ihrer die Strahlkammer begrenzenden Innenseite mit Auskleidungen oder Beschichtungen versehen sein, um den durch die Kugeln 42 erzeugten thermischen und mechanischen Belastungen beim Ultraschall-Kugelstrahlen stand halten zu können.
In Zusammenschau mit Figur 2, welche in einer schematischen Seitenansicht die die Strahlkammer begrenzende Kammwand 12 zeigt, wird die Hmdurchfuh- rung des Bauteilbereichs 20 der entlang der Linie II - Il in Figur 1 geschnitten angedeutete Turbinenschaufel 10 naher erkennbar. Insbesondere wird erkennbar, dass der an die Wandoffnung 18 angrenzende umlaufende Wandbereich 48 (Figur 2) ebenfalls verstellbar ausgebildet ist. Hierzu ist der Wandbereich 48 als kissenfόrmiges Element ausgebildet, durch dessen Verstellung die Große bzw. Geometrie der Wandoffnung 18 variiert werden kann. Hierzu ist der Wandbereich 48 wiederum aus einem flexibel nachgiebigen Material, insbesondere einem Gummimaterial gestaltet. Der Wandbereich 48 bildet dabei gegenüber der durch die Wandoffnung 18 hindurch- gefuhrten Triebwirkschaufel 10 eine schematisch angedeutete Dichtung 50, mit welcher der Austritt von sich innerhalb der Strahlkammer befindenden Kugeln 42 vermieden werden kann. Weiterhin umfasst der verstellbare Wandbereich 48 im Kontaktbereich der Dichtung 50 ein ebenfalls schematisch angedeutetes umlaufendes Gleitelement 52, mit welchem beispielsweise ein Verschieben oder Drehen der Turbinenschaufel 10 innerhalb der Wandoffnung 18 möglich ist. Zur Positionierung der Turbmenschaufel 10 innerhalb der Strahlkammer wird dabei vorzugsweise die Wandoffnung 18 zunächst so eingestellt, dass diese großer ausgebildet ist als der lichte Querschnitt der Turbmenschaufel 10. Nachdem diese innerhalb der Strahlkammer positioniert ist, wird der Wandbereich 28 entsprechend so weit aufgeblasen, bis zuwischen der Turbinenschaufel 10 und der Kammerwand 12 die erwünschte Abdichtung gegen den Austritt von Kugeln 42 eintritt. Das Aufblasen des kissenformigen Wandbereichs 48 erfolgt dabei über eine durch eine Druckluftquelle 54 gespeiste Zufuhrungsleitung 56.
Ist die Kammerwand 12 - wie durch die Linien 44 dargestellt - insgesamt aus einem flexibel nachgiebigen Material gestaltet, so kann der die Wandoffnung 18 umgebende Wandbereich 48 natürlich ebenfalls von der Kammerwand 12 selbst gebildet werden. Mit anderen Worten ist es also auch denkbar, eine insgesamt mit einem Gas zu befullende Kammerwand 12 zu schaffen, welche sich dann an die Turbinenschaufel 10 anpasst.
Insgesamt bleibt festzuhalten, dass die vorbeschriebenen verstellbaren Wandbereiche 26, 36 und 48 getrennt, wie auch gemeinsam innerhalb der Strahlkammer vorgesehen sein können. Ebenfalls ist es denkbar, eine Kombination einer insgesamt mit Luft zu befullenden Kammerwand 12 - gemäß den Linien 44 - mit einem separat zu befullenden Wandbereich 26, 36 und 48 zu kombinieren.
Um einen Verlust von Kugeln 42 oder dergleichen Strahlmittel innerhalb der Strahlkammer ermitteln zu können, ist im vorliegenden Ausfuhrungsbei- spiel eine Einrichtung 48 zur Ermittlung der Schallemission innerhalb der Strahlkammer angeordnet. Wird demgemäß ein Verlust an Kugeln 42 detek- tiert, so ist die Einrichtung 58 über eine Leitung 60 mit einer Einrichtung 62 zum Nachdosieren der sich innerhalb der Strahlkammer befindenden Kugeln 42 verbunden. Durch das gegebenenfalls erforderliche Nachfüllen von Kugeln 42 mittels der Einrichtung 62 wird sichergestellt, dass stets eine gleichbleibende Menge an Kugeln 42 bzw. dergleichen Strahlmittel innerhalb der Strahlkammer angeordnet ist, so dass ein' äußerst gleichbleibendes und leicht reproduzierbares Oberflächenergebnis auch bei einer Vielzahl von Turbinenschaufeln 10 erreicht werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Strahlkammer zum Ultraschall-Kugelstrahlen von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinen-Bauteilen (10), die zumindest mit einem die zu bearbeitende Oberflache umfassenden Bauteilbereich (20) innerhalb der Strahlkammer bzw. innerhalb einer Kammerwand (12) anzuordnen sind, welche die Strahlkammer räumlich begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Geometrie der Strahlkammer zumindest ein Wandbereich (26, 36, 48) der Kammerwand (12) verstellbar ausgebildet ist.
2. Strahlkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Wandbereich (26, 36r 48) der Kammerwand (12) durch Aufblasen bzw. durch Befullen mit Flüssigkeit oder Gas zu verstellen ist bzw. verstellbar ist.
3. Strahlkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerwand (12) der Strahlkammer aus einem flexibel nachgiebigen Material, insbesondere einem Gummimaterial gestaltet ist.
4. Strahlkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerwand (12) wenigstens eine Wandoffnung (18) zum Hindurchfuhren des die zu bearbeitende Oberflache umfassenden Bauteilbereichs (20) umfasst, wobei der an die Wandoffnung (18) angrenzende Wandbereich (48) der Kammerwand (12) verstellbar ausgebildet ist.
5. Strahlkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Wandoffnung (18) angrenzende Wandbereich (48) der Kammerwand (12) gegenüber dem durch die Wandoffnung (18) hindurch geführten Bauteil (10) eine Dichtung (50) bildet, mit welcher der Austritt von sich innerhalb der Strahlkammer befindendem Strahlgut zu vermeiden ist.
6. Strahlkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontaktbereich der Dichtung (50) mit dem durch die Wandoffnung (18) hindurch geführten Bauteil (10) ein Gleitelement (52) vorgesehen ist.
7. Strahlkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ultraschall-Sonotrode (16) für das Beleunigen von sich innerhalb der Strahlkammer befindendem Strahlmittel, das insbesondere von Kugeln (42) gebildet wird, vorgesehen ist.
8. Strahlkaminer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Strahlkammer eine Einrichtung (58) zur Ermittlung der Schallemission des Strahlguts vorgesehen ist.
9. Strahlkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (62) zum Nachdosieren des sich innerhalb der Strahlkammer befindenden Strahlguts vorgesehen ist.
10. Strahlkammer nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (62) zum Nachdosieren mit der Einrichtung (58) zur Ermittlung der Schallemission des Strahlguts verbunden ist.
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