EP3733348A1 - Verfahren zum glätten einer oberfläche eines bauteils - Google Patents

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EP3733348A1
EP3733348A1 EP20156017.4A EP20156017A EP3733348A1 EP 3733348 A1 EP3733348 A1 EP 3733348A1 EP 20156017 A EP20156017 A EP 20156017A EP 3733348 A1 EP3733348 A1 EP 3733348A1
Authority
EP
European Patent Office
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component
liquid
solid mixture
guide
guide surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20156017.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Fessler-Knobel
Jörg Windprechtinger
Georg Astl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP3733348A1 publication Critical patent/EP3733348A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24B31/14Abrading-bodies specially designed for tumbling apparatus, e.g. abrading-balls
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    • B24B37/02Lapping machines or devices; Accessories designed for working surfaces of revolution
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/10Manufacture by removing material

Definitions

  • the present invention relates to a method for smoothing a component surface.
  • a turbomachine can functionally be divided into a compressor, a combustion chamber and a turbine, whereby in the case of an aircraft engine, the air sucked in is compressed in the compressor and burned in the downstream combustion chamber with added kerosene. The resulting hot gas, a mixture of combustion gas and air, flows through the downstream turbine and is expanded in the process.
  • the turbine and the compressor each have a multi-stage structure, with each stage comprising a guide and a rotor blade ring.
  • Each blade ring is made up of a plurality of blades which follow one another around the circumference, around which the compressor or hot gas flows depending on the application. Smoothing these component surfaces can be aerodynamically advantageous, for example.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying an advantageous method for smoothing a surface of a component.
  • the component is placed in a container (bath) with a liquid-solid mixture, and a relative movement is generated between the mixture and the component.
  • the mixture flows along the surface to be smoothed, with which a combined chemical-mechanical material removal can be achieved, the component is chemically-mechanically polished.
  • a guide surface is provided in the bath or container with the mixture, along which the mixture flows. The guide surface guides the flow and, in particular, pushes the solid body component towards the component surface, so it superimposes a directional component on the component surface.
  • the guide surface With the guide surface, the mixture, and thus in particular the solid part, is guided onto the surface, so that there is sufficient pressure for material removal.
  • the solid content can, for. B. particulate, in particular spherical, the balls then roll on the component surface with a sufficiently high pressure due to the guidance to achieve the desired polishing effect.
  • the proportion of solids in the mixture can in particular be so high that a coherent agglomerate of particles or spheres is present between the guide surface and the surface of the component; A force chain is thus formed between the guide surface and the component so that the particles / balls are reliably pressed against the component surface.
  • the guide surface can, for example, produce or help set a pressure that is more uniform over the component surface, which can improve the homogeneity of the smoothing result.
  • a and “an” are to be read as indefinite articles and therefore always also as “at least one” or “at least one” without expressly specifying the contrary.
  • several components can also be arranged and smoothed at the same time. If the component is a blade, this can be part of a single blade or a multiple segment; in principle, a complete blade ring can also be machined (blisk, blade integrated disk ) .
  • the component can preferably be a blade of a turbomachine, which is arranged in its gas channel and flowed around it.
  • an application in the turbine area is also conceivable, i.e. the blade can be arranged in the hot gas duct and hot gas can flow around it.
  • An application in the compressor area is preferred, that is to say that compressor gas flows around the blade in the compressor gas duct.
  • the advantages of the method according to the invention can in particular come into play, namely the homogeneously smoothed component surface can help prevent a flow stall, for example.
  • the guide surface is a side surface of a guide body around which the bath flows.
  • the latter means that the liquid-solid mixture not only flows along the guide surface, but also along a side surface of the guide body opposite the guide surface.
  • the guide body is preferably made of metal; it can in particular be a guide plate (simple and flexible manufacture).
  • the component surface has a curved profile when viewed in a sectional plane and the guide surface is curved in a complementary manner when viewed in the same sectional plane. If the surface is convex, for example, then the guide surface extends concave, and in the case of a concave component surface it extends convex.
  • Said cutting plane is preferably parallel to the direction of flow, in the case of the airfoil it can be, for example, a tangential cutting plane (in this the airfoil profile is considered, the cutting plane lies tangentially on a revolution around the longitudinal or rotational axis of the turbo machine).
  • the guide surface is arranged in relation to the component surface in such a way that a distance between them decreases in the direction of flow.
  • the distance is considered in the section (cf. the previous paragraph with regard to the section plane) taken perpendicular to the streamlines between the surface and the guide surface.
  • a distance which decreases continuously (without jumps / steps) in the flow direction can be preferred, which can offer advantages with regard to the desired homogenization.
  • a further guide surface is provided in the bath, which can also be formed by a guide body, in particular a guide plate.
  • the component is or will be arranged between the guide surfaces, based on a direction perpendicular to the direction of flow. The flow is then guided from one guide surface onto a surface area of the component and from the other guide surface onto a surface area opposite thereto.
  • one guide surface can be assigned to the suction side surface and the other to the pressure side surface.
  • the guide surfaces between which the component is placed are arranged relative to one another in such a way that a distance between them decreases in the direction of flow. Specifically, this guide surface distance is taken in a section perpendicular to the streamlines between the guide surfaces, cf. also the comments above. If, for example, an airfoil is smoothed and, for this purpose, the flow is flowing against the leading edge, the distance between the guide surfaces arranged on both sides thereof decreases from the leading edge to the trailing edge.
  • the distance between the guide surface and the respective surface area preferably also decreases, see above.
  • a blade may be, for example, at the component in general.
  • a panel so act a fairing.
  • Channel plates ( panels ) can also be smoothed and thus optimized with regard to the flow around the gas channel.
  • the component is preferably an airfoil.
  • a nozzle could generally also be provided in the bath through which the mixture is pumped and thus accelerated onto the component. In this case, the latter would be considered in a stationary coordinate system, that is to say rest in the processing machine and thus, for example, also in the assembly or production hall.
  • the relative movement is achieved in that the component is moved through the liquid-solid mixture.
  • the component is then moved, it is pulled or pushed through the mixture.
  • the guide surfaces or guide bodies / guide plates are moved through the bath together with the component. They can, for example, be arranged on a holder in which the component is placed and which is then moved together with the component through the mixture.
  • the liquid-solid mixture can be provided on a water basis, for example.
  • it can, for example, contain an acid, e.g. B. hydrogen peroxide.
  • the liquid component can contain, for example, silicates.
  • the solid component is preferably provided in the form of particles or spheres, in particular in the form of glass or metal balls. These can, for example, have a diameter in the micro- or millimeter range, approximately from at least 200 microns and z. B. at most 2 mm, so for example. Of around 0.5 mm.
  • the invention also relates to a device for smoothing a component surface.
  • the device has a container into which the liquid-solid mixture can be added or in which it is kept.
  • the component can be placed in the container for smoothing.
  • the device has a movement device by means of which the relative movement between the mixture and the component can be generated, preferably by moving the component.
  • Part of the device can therefore in particular be a holder into which the component can be placed and then pulled through the container.
  • a guide surface in the container in particular a guide body or guide plate.
  • Fig. 1 shows a device 1 for smoothing a component 2, specifically a surface 2.1 of the component 2.
  • the component 2 is a blade or a blade of an aircraft engine, cf. also Fig. 3 for illustration.
  • the component 2 is or is placed in a container 3 which is filled with a liquid-solid mixture 4.
  • the component 2 is then moved in the liquid-solid mixture 4, so a relative movement 5 is generated between the liquid-solid mixture 4 and the component 2.
  • the mixture 4 is composed of a liquid component 7 (in the present case, for example, water, H 2 O 2 , silicates) and spherical solids 8 with a diameter of, for example. B. 0.5 mm built.
  • the mixture 4 flows along the surface 2.1 due to the relative movement 5, the balls roll with a certain pressure on the surface 2.1.
  • a guide surface 20 is arranged in the mixture 4, which imposes a directional component 21 on the flow 6 towards the surface 2.1 of the component 2.
  • Fig. 2a -c illustrates (specifically in Fig. 2a ), each in one section (based on Fig. 1 the cutting plane is perpendicular to the drawing surface and horizontal). In these sections, the profile shape of the component 2, so z. B. the blade to recognize.
  • a further guide surface 200 is provided in each case, which also imposes a directional component 210 on the flow 6 towards the component surface 2.1.
  • a guide surface 20, 200 is thus assigned to both a suction side surface 2.1.1 and a pressure side surface 2.1.2 of the airfoil.
  • Each of the guide surfaces 20, 200 is in each case formed by a guide body 22, 220, namely a guide plate around which the mixture 5 flows.
  • the guide surfaces 20, 200 are arranged relative to the component 2 or its surface 2.1 in such a way that a respective distance 25, 250 from the surface 2.1 decreases in the flow direction 26. Furthermore, a guide surface distance 27 between the guide surfaces 20, 200 also decreases in the flow direction 26.
  • Fig. 3 shows a turbomachine 30, specifically a turbofan engine, in an axial section (the section plane includes the longitudinal axis 31).
  • the turbo machine 30 is functionally divided into a compressor 32, a combustion chamber 33 and a turbine 34, with air sucked in in the compressor 32 being compressed. In the combustion chamber 33, it is burned with kerosene mixed in, and the hot gas produced is expanded in the turbine 34.
  • Both the compressor 32 and the turbine 34 are each constructed in multiple stages.
  • the component 2 (the blade blade smoothed according to the description above) can be used both in the turbine 34 and in the compressor 32; the latter is preferred (because of the high aerodynamic requirements there).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Glätten einer Oberfläche (2.1) eines Bauteils (2), bei welchem Verfahren- das Bauteil (2) in ein Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) gegeben wird;- eine Relativbewegung (5) zwischen dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) und dem Bauteil (2) erzeugt wird, also eine Strömung (6) des Flüssigkeits-Festkörper-Gemischs (4) entlang der Oberfläche (2.1);wobei in dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) eine Leitfläche (20) vorgesehen ist, entlang welcher das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) strömt, wobei der Strömung (6) eine Richtungskomponente (21) zu der Oberfläche (2.1) hin auferlegt wird.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten einer Bauteiloberfläche.
  • Stand der Technik
  • Zum Glätten von Bauteilen sind unterschiedliche Verfahren bekannt, ein Materialabtrag kann bspw. mit einer geometrisch bestimmten oder unbestimmten Schneide spanend erfolgen. Mit dem Materialabtrag werden Unebenheiten der Oberfläche entfernt, wird diese also geglättet. Beim chemisch-mechanischen Polieren kann dies durch eine Kombination aus chemischer und mechanischer Einwirkung auf die Bauteiloberfläche erfolgen. Auf ein solches Verfahren richtet sich der vorliegende Gegenstand, wobei es im Besonderen um das Glätten von Strömungsmaschinen- bzw. Triebwerksbauteilen geht.
  • Eine Strömungsmaschine kann sich funktional in Verdichter, Brennkammer und Turbine gliedern, wobei im Falle eines Flugtriebwerks angesaugte Luft im Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt wird. Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Die Turbine und der Verdichter sind in der Regel jeweils mehrstufig aufgebaut, wobei eine jeweilige Stufe einen Leit- und einen Laufschaufelkranz umfasst. Jeder Schaufelkranz ist aus einer Mehrzahl umlaufend aufeinanderfolgender Schaufeln aufgebaut, die je nach Anwendung von dem Verdichter- bzw. dem Heißgas umströmt werden. Ein Glätten dieser Bauteiloberflächen kann bspw. aerodynamisch von Vorteil sein.
  • Darstellung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zum Glätten einer Oberfläche eines Bauteils anzugeben.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei wird das Bauteil in ein Behältnis (Bad) mit einem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch gegeben, und es wird eine Relativbewegung zwischen dem Gemisch und dem Bauteil erzeugt. Das Gemisch strömt entlang der zu glättenden Oberfläche, womit sich ein kombiniert chemisch-mechanischer Materialabtrag erreichen lässt, das Bauteil wird chemisch-mechanisch poliert. Erfindungsgemäß wird bzw. ist dabei in dem Bad bzw. Behältnis mit dem Gemisch eine Leitfläche vorgesehen, entlang welcher das Gemisch strömt. Die Leitfläche führt die Strömung und drückt dabei insbesondere die Festkörperkomponente zu der Bauteiloberfläche hin, überlagert ihr also eine Richtungskomponente zu der Bauteiloberfläche.
  • Mit der Leitfläche wird das Gemisch und damit insbesondere der Festkörperanteil auf die Oberfläche geführt, sodass dort ein hinreichender Druck für den Materialabtrag erreicht wird. Der Festkörperanteil kann z. B. partikel-, insbesondere kugelförmig vorgesehen sein, wobei die Kugeln aufgrund der Führung dann an der Bauteiloberfläche mit einem hinreichend großen Druck abrollen, um die gewünschte Polierwirkung zu erzielen. Der Festkörperanteil in dem Gemisch kann insbesondere so hoch sein, dass zwischen der Leitfläche und der Oberfläche des Bauteils ein zusammenhängendes Agglomerat der Partikel bzw. Kugeln vorliegt; zwischen Leitfläche und Bauteil bildet sich somit eine Kraftkette, sodass die Partikel/Kugeln zuverlässig gegen die Bauteiloberfläche gedrückt werden. Die Leitfläche kann bspw. einen über die Bauteiloberfläche hinweg gleichmäßigeren Druck ergeben bzw. einstellen helfen, was die Homogenität des Glättungsergebnisses verbessern kann.
  • Zur Illustration: würde man bspw. ein Schaufelblatt ohne Leitfläche in das Gemisch geben und in einer der Anordnung im Gaskanal vergleichbaren Weise umströmen (Anströmen an der Vorder- und Abströmen an der Hinterkante), wäre der Druck und damit der Materialabtrag an der Vorderkante hoch. Zur Hinterkante hin würde er jedoch abnehmen, was einen insgesamt ungleichmäßigen Abtrag ergeben würde. Um gleichwohl eine gewisse Vergleichmäßigung zu erreichen, muss das Bauteil ohne Leitblech dann bspw. in unterschiedlichen Orientierungen umströmt werden, was Aufwand bedeutet und die Bearbeitungsdauer erhöht. Mit der Leitfläche lässt sich die Strömung hingegen so einstellen, dass im Idealfall gar keine Umorientierung des Bauteils erforderlich ist, also in einer einzigen Relativanordnung bzw. -orientierung ein gleichmäßiger Materialabtrag erreicht wird.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Verfahrens- und Vorrichtungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Werden bspw. bestimmte Mittel beschrieben, die in dem Verfahren Anwendung finden, ist dies auch als Offenbarung einer mit den entsprechenden Mitteln ausgestatteten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu verstehen.
  • "Ein" und "eine" sind im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmte Artikel und damit ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als "mindestens ein" bzw. "mindestens eine" zu lesen. In dem Bad können also bspw. auch mehrere Bauteile gleichzeitig angeordnet und geglättet werden. Handelt es sich bei dem Bauteil um ein Schaufelblatt, kann dieses Teil einer einzelnen Schaufel oder eines Mehrfach-Segments sein, im Prinzip kann sogar auch ein kompletter Schaufelkranz bearbeitet werden (Blisk, Blade Integrated Disk).
  • Wie bereits erwähnt, kann es sich bei dem Bauteil bevorzugt um ein Schaufelblatt einer Strömungsmaschine handeln, das in deren Gaskanal angeordnet und umströmt wird. Prinzipiell ist auch eine Anwendung im Turbinenbereich denkbar, kann das Schaufelblatt also im Heißgaskanal angeordnet und von Heißgas umströmt werden. Bevorzugt ist eine Anwendung im Verdichterbereich, wird das Schaufelblatt also im Verdichtergaskanal von Verdichtergas umströmt. Hierbei können die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens im Besonderen zu Tragen kommen, kann nämlich die homogen geglättete Bauteiloberfläche bspw. einem Strömungsabriss vorbeugen helfen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist die Leitfläche eine Seitenfläche eines Leitkörpers, der in dem Bad umströmt wird. Letzteres meint, dass das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch nicht nur entlang der Leitfläche strömt, sondern auch entlang einer der Leitfläche entgegengesetzten Seitenfläche des Leitkörpers. Der Leitkörper ist bevorzugt aus Metall vorgesehen, es kann sich insbesondere um ein Leitblech handeln (einfache und flexible Herstellung).
  • In bevorzugter Ausgestaltung hat die Bauteiloberfläche in einer Schnittebene betrachtet einen gekrümmten Verlauf und ist die Leitfläche in derselben Schnittebene betrachtet komplementär gekrümmt. Ist die Oberfläche also bspw. konvex, so erstreckt sich die Leitfläche konkav, und im Falle einer konkaven Bauteiloberfläche erstreckt sie sich konvex. Die besagte Schnittebene liegt bevorzugt parallel zur Umströmungsrichtung, im Falle des Schaufelblatts kann es sich bspw. um eine Tangential-Schnittebene handeln (in dieser wird das Schaufelblattprofil betrachtet, die Schnittebene liegt tangential an einem Umlauf um die Längs- bzw. Drehachse der Strömungsmaschine).
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist die Leitfläche derart zur Bauteiloberfläche angeordnet, dass ein Abstand dazwischen in Strömungsrichtung abnimmt. Konkret wird der Abstand im Schnitt betrachtet (vgl. den vorherigen Absatz bezüglich der Schnittebene) senkrecht zu den Stromlinien zwischen der Oberfläche und der Leitfläche genommen. Bevorzugt kann ein in Strömungsrichtung stetig (ohne Sprünge/Stufen) abnehmender Abstand sein, was hinsichtlich der gewünschten Homogenisierung Vorteile bieten kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Bad eine weitere Leitfläche vorgesehen, die ebenfalls von einem Leitkörper, insbesondere einem Leitblech gebildet werden kann. Das Bauteil ist bzw. wird dabei, bezogen auf eine Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung, zwischen den Leitflächen angeordnet. Die Strömung wird dann von der einen Leitfläche auf einen Oberflächenbereich des Bauteils geführt und von der anderen Leitfläche auf einen dazu entgegengesetzten Oberflächenbereich. Im Falle des Schaufelblatts kann die eine Leitfläche der Saug- und die andere der Druckseitenfläche zugeordnet sein.
  • In bevorzugter Ausgestaltung sind die Leitflächen, zwischen denen das Bauteil platziert ist, relativ zueinander derart angeordnet, dass ein Abstand dazwischen in Strömungsrichtung abnimmt. Konkret wird dieser Leitflächen-Abstand im Schnitt betrachtet senkrecht zu den Stromlinien zwischen den Leitflächen genommen, vgl. auch die vorstehenden Anmerkungen. Wird also bspw. ein Schaufelblatt geglättet und dazu an der Vorderkante angeströmt, nimmt der Abstand zwischen den beidseits davon angeordneten Leitflächen von der Vorder- zur Hinterkante hin ab. Bevorzugt nimmt dabei auch jeweils der Abstand zwischen Leitfläche und jeweiligem Oberflächenbereich (Saug- bzw. Druckseitenfläche) ab, siehe vorne.
  • Alternativ zu einem Schaufelblatt kann es sich bei dem Bauteil im Allgemeinen bspw. auch um eine Verkleidung, also ein Fairing handeln. Ebenso lassen sich Kanalplatten (Panels) glätten und damit hinsichtlich der Umströmung im Gaskanal optimieren. Bevorzugt ist das Bauteil jedoch ein Schaufelblatt. Zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch und dem Bauteil könnte im Allgemeinen auch eine Düse in dem Bad vorgesehen sein, durch welche das Gemisch gepumpt und damit auf das Bauteil beschleunigt wird. Letzteres würde in diesem Fall in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet, also in der Bearbeitungsmaschine und damit bspw. auch in der Montage- bzw. Fertigungshalle ruhen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung wird die Relativbewegung jedoch erreicht, indem das Bauteil durch das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch bewegt wird. In einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet wird dann also das Bauteil bewegt, es wird durch das Gemisch gezogen bzw. geschoben. In bevorzugter Ausbildung wird bzw. werden dabei die Leitflächen bzw. Leitkörper/Leitbleche gemeinsam mit dem Bauteil durch das Bad bewegt. Sie können bspw. an einer Halterung angeordnet sein, in welche das Bauteil gesetzt und die dann samt Bauteil durch das Gemisch bewegt wird.
  • Das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch kann bspw. auf Wasserbasis vorgesehen sein. Je nach Material des Bauteils kann es bspw. eine Säure aufweisen, z. B. Wasserstoffperoxid. Ferner kann die Flüssigkomponente bspw. Silikate aufweisen. Der Festkörperbestandteil ist bevorzugt partikel- bzw. kugelförmig vorgesehen, insbesondere in Form von Glas- oder Metallkugeln. Diese können bspw. einen Durchmesser im Mikro- bzw. Millimeterbereich haben, etwa von mindestens 200 µm und z. B. höchstens 2 mm, also bspw. von rund 0,5 mm.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Glätten einer Bauteiloberfläche. Die Vorrichtung weist ein Behältnis auf, in welches das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch gegeben werden kann bzw. in dem es vorgehalten wird. Zum Glätten kann das Bauteil in das Behältnis gegeben werden. Ferner weist die Vorrichtung eine Bewegungseinrichtung auf, mittels welcher die Relativbewegung zwischen Gemisch und Bauteil erzeugt werden kann, bevorzugt durch Bewegen des Bauteils. Teil der Vorrichtung kann also insbesondere eine Halterung sein, in welche das Bauteil gesetzt werden und dann durch das Behältnis gezogen werden kann. Ferner findet sich in dem Behältnis eine Leitfläche, insbesondere ein Leitkörper bzw. Leitblech. Bezüglich weiterer Details wird ausdrücklich auf die vorstehende Offenbarung verwiesen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
  • Im Einzelnen zeigt
  • Figur 1
    eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht;
    Figur 2a-b
    verschiedene Möglichkeiten zur Anordnung von Leitflächen bzw. - körpern zur Strömungsführung in der Vorrichtung gemäß Figur 1;
    Figur 3
    ein Triebwerk in einem Axialschnitt zur Illustration möglicher Anwendungen.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Glätten eines Bauteils 2, konkret einer Oberfläche 2.1 des Bauteils 2. Bei dem Bauteil 2 handelt es sich vorliegend um eine Schaufel bzw. ein Schaufelblatt eines Flugtriebwerks, vgl. auch Fig. 3 zur Illustration. Zum Glätten ist bzw. wird das Bauteil 2 in ein Behältnis 3 gegeben, das mit einem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch 4 gefüllt ist.
  • Das Bauteil 2 wird dann in dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch 4 bewegt, es wird also eine Relativbewegung 5 zwischen dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch 4 und dem Bauteil 2 erzeugt. Dadurch stellt sich eine Strömung 6 des Flüssigkeits-Festkörper-Gemischs 4 entlang der Oberfläche 2.1 des Bauteils 2 ein. Wie die vergrößerte Darstellung illustriert, ist das Gemisch 4 aus einer Flüssigkomponente 7 (vorliegend z. B. Wasser, H2O2, Silikate) und kugelförmigen Festkörpern 8 mit einem Durchmesser von z. B. 0,5 mm aufgebaut. Wenn das Gemisch 4 aufgrund der Relativbewegung 5 entlang der Oberfläche 2.1 strömt, rollen die Kugeln mit gewissem Druck an der Oberfläche 2.1 ab.
  • Um einen über die Oberfläche 2.1 gleichmäßigeren Druck zu erreichen, ist erfindungsgemäß eine Leitfläche 20 in dem Gemisch 4 angeordnet, welche der Strömung 6 eine Richtungskomponente 21 zu der Oberfläche 2.1 des Bauteils 2 hin auferlegt. Dies ist in den Fig. 2a -c veranschaulicht (im Besonderen in Fig. 2a), und zwar jeweils in einem Schnitt (bezogen auf Fig. 1 liegt die Schnittebene senkrecht zur Zeichenfläche und horizontal). In diesen Schnitten ist die Profilform des Bauteils 2, also z. B. des Schaufelblatts, zu erkennen.
  • Bei den Varianten gemäß den Fig. 2a,b ist jeweils noch eine weitere Leitfläche 200 vorgesehen, welche der Strömung 6 ebenfalls eine Richtungskomponente 210 zu der Bauteiloberfläche 2.1 hin auferlegt. Damit ist sowohl einer Saugseitenfläche 2.1.1 als auch einer Druckseitenfläche 2.1.2 des Schaufelblatts jeweils eine Leitfläche 20,200 zugeordnet. Jede der Leitflächen 20,200 wird jeweils von einem Leitkörper 22,220 gebildet, nämlich einem von dem Gemisch 5 umspülten Leitblech.
  • Die Leitflächen 20,200 sind relativ zu dem Bauteil 2 bzw. dessen Oberfläche 2.1 so angeordnet, dass ein jeweiliger Abstand 25,250 zur Oberfläche 2.1 in Strömungsrichtung 26 abnimmt. Ferner nimmt auch ein Leitflächen-Abstand 27 zwischen den Leitflächen 20,200 in Strömungsrichtung 26 ab.
  • In der in Fig. 2c dargestellten Situation wird das Bauteil 2, also das Schaufelblatt, beim Glätten nicht an seiner Vorder-, sondern an seiner Hinterkante angeströmt. Im Übrigen findet in diesem Fall auch nur ein einzelner Leitkörper 22 mit der Leitfläche 20 Anwendung, die der Saugseitenfläche 2.1.1 des Bauteils 2 zugeordnet ist. Generell sollen die Fig. 2a-c unterschiedliche Möglichkeiten und Optionen illustrieren.
  • Fig. 3 zeigt eine Strömungsmaschine 30, konkret ein Mantelstromtriebwerk, in einem Axialschnitt (die Schnittebene beinhaltet die Längsachse 31). Funktional gliedert sich die Strömungsmaschine 30 in Verdichter 32, Brennkammer 33 und Turbine 34, wobei im Verdichter 32 angesaugte Luft komprimiert wird. In der Brennkammer 33 wird sie mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt, das entstehende Heißgas wird in der Turbine 34 expandiert. Sowohl der Verdichter 32 also die Turbine 34 sind jeweils mehrstufig aufgebaut. Das Bauteil 2 (das gemäß der vorstehenden Schilderung geglättete Schaufelblatt) kann sowohl in der Turbine 34 also im Verdichter 32 Anwendung finden, bevorzugt ist Letzteres (wegen der hohen aerodynamischen Anforderungen dort). BEZUGSZEICHENLISTE
    Bauteil 2
     Oberfläche (Bauteiloberfläche) 2.1
      Saugseitenfläche 2.1.1
      Druckseitenfläche 2.1.2
    Behältnis 3
    Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch 4
    Relativbewegung 5
    Strömung 6
    Flüssigkomponente 7
    Festkörper 8
    Leitfläche 20
    Richtungskomponente (zur Bauteiloberfläche) 21
    Leitkörper 22
    Abstand 25
    Strömungsrichtung 26
    Leitflächen-Abstand 27
    Strömungsmaschine 30
    Längsachse 31
    Verdichter 32
    Brennkammer 33
    Turbine 34
    Leitfläche (weitere) 200
    Richtungskomponente (der weiteren Leitfläche) 210
    Leitkörper (weiterer) 220
    Abstand (der weiteren Leitfläche) 250

Claims (13)

  1. Verfahren zum Glätten einer Oberfläche (2.1) eines Bauteils (2), bei welchem Verfahren
    - das Bauteil (2) in ein Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) gegeben wird;
    - eine Relativbewegung (5) zwischen dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) und dem Bauteil (2) erzeugt wird, also eine Strömung (6) des Flüssigkeits-Festkörper-Gemischs (4) entlang der Oberfläche (2.1);
    wobei in dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) eine Leitfläche (20) vorgesehen ist, entlang welcher das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) strömt, wobei der Strömung (6) eine Richtungskomponente (21) zu der Oberfläche (2.1) hin auferlegt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Leitfläche (20) eine Seitenfläche eines Leitkörpers (22) ist, der in dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) umströmt wird, bei dem das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) also auch entlang einer der Leitfläche (20) entgegengesetzten Seitenfläche strömt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Oberfläche (2.1) des Bauteils (2) in einer Schnittebene betrachtet einen gekrümmten Verlauf hat und die Leitfläche (20) in derselben Schnittebene betrachtet einen komplementär gekrümmten Verlauf hat.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Leitfläche (20) derart relativ zu der Oberfläche (2.1) angeordnet ist, dass ein Abstand (25), der in einer Schnittebene betrachtet senkrecht zu einem Stromlinienprofil zwischen der Oberfläche (2.1) und der Leitfläche (20) genommen wird, in Strömungsrichtung (26) abnimmt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem in dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) eine weitere Leitfläche (200) vorgesehen ist, entlang welcher das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) strömt, wobei das Bauteil (2) zwischen den Leitflächen (20,200) angeordnet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Leitflächen (20,200) relativ zueinander derart angeordnet sind, dass ein Leitflächen-Abstand (27), der in einer Schnittebene betrachtet senkrecht zu einem Stromlinienprofil zwischen den Leitflächen (20,200) genommen wird, in Strömungsrichtung (26) abnimmt.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Bauteil (2) zum Anordnen in einem Gaskanal einer Strömungsmaschine (30) ausgelegt ist, wobei die Oberfläche (2.1) eine dem Gaskanal zugewandte Oberfläche (2.1) ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem das Bauteil (2) ein Schaufelblatt für die Strömungsmaschine (30) ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 5 oder 6, bei welchem die Oberfläche (2.1) des Bauteils (2) eine Saugseitenfläche und eine Druckseitenfläche umfasst, wobei sowohl der Saugseitenfläche als auch der Druckseitenfläche jeweils eine Leitfläche (20,200) in dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) zugeordnet ist.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Bauteil (2) zur Erzeugung der Relativbewegung (5) in einem ortsfesten Koordinatensystem bewegt wird, also das Bauteil (2) durch das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) bewegt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Leitfläche (20) bzw. Leitflächen (20,200) gemeinsam mit dem Bauteil (2) durch das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) bewegt wird bzw. werden.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) auf Wasserbasis mit kugelförmigen Festkörpern (8) vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung zum Glätten einer Oberfläche (2.1) des Bauteils (2), also zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche Vorrichtung aufweist:
    - ein Behältnis (3) zum Aufnehmen des Flüssigkeits-Festkörper-Gemischs (4) und zum Anordnen des Bauteils (2);
    - eine Bewegungseinrichtung zum Erzeugen der Relativbewegung (5) zwischen dem Flüssigkeits-Festkörper-Gemisch (4) und dem Bauteil (2);
    - eine Leitfläche (20) in dem Behältnis (3), um der Strömung (6) die Richtungskomponente (21) zu der Oberfläche (2.1) hin aufzuerlegen.
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