EP3787826A1 - Verfahren zur herstellung einer scheibe einer strömungsmaschine - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer scheibe einer strömungsmaschine

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Publication number
EP3787826A1
EP3787826A1 EP19727929.2A EP19727929A EP3787826A1 EP 3787826 A1 EP3787826 A1 EP 3787826A1 EP 19727929 A EP19727929 A EP 19727929A EP 3787826 A1 EP3787826 A1 EP 3787826A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
disc
receiving grooves
stage
receiving
disk
Prior art date
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Pending
Application number
EP19727929.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Albin Platz
Martin Bussmann
Steffen Gerloff
Nicole Feiling
Anna Carina KUEPPER
Norbert Huber
Hermann Klingels
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 EP3787826A1 publication Critical patent/EP3787826A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/10—Working turbine blades or nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/04—Electrodes specially adapted therefor or their manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/10—Manufacture by removing material
    • F05D2230/11—Manufacture by removing material by electrochemical methods

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a disk, in particular a turbine disk for a turbomachine, such as for a stationary gas turbine or an aircraft engine.
  • blades which interact with the gas flowing through, are often arranged in receiving grooves of disks or turbine disks, wherein blade roots of corresponding blades are provided for arrangement in the receiving grooves of the disk.
  • the receiving grooves and the blade root of the blades have complementary shapes to each other.
  • the receiving grooves and the blade root can have complex contours for the secure fastening of the blade root in the receiving grooves and the load transfer from the blades to the discs, so that the production of both the grooves on the discs and the manufacture of the blade root on the blades must meet certain requirements, in particular because an exact shape is also important for the avoidance of voltage peaks during operation of importance.
  • machining processes such as broaching, for example, are usually used to produce receiving grooves for blade roots in turbine disks.
  • the corresponding cutting tools such as broaches and cutters are subject to high wear, since the discs are usually formed of high-temperature forgings, such as nickel-based materials.
  • an efficient production of a corresponding disk while simultaneously avoiding deviations in shape is made possible.
  • should be possible with the appropriate manufacturing process as accurate as possible shaping of the disc with a precise arrangement of the grooves while avoiding deformation of the disc or a delay of the disc.
  • rectilinear grooves, as they are also used in the machining of can be produced more efficiently than can be produced in the prior art.
  • the present invention it is proposed for the production of rectilinear receiving grooves in a disc of a turbomachine to introduce a plurality of receiving grooves into the disc at the same time, in opposite regions which face one another relative to a central axis of rotation of the disc.
  • the receiving grooves to be introduced at the same time are arranged uniformly distributed around the circular circumference of the disc.
  • the distribution of the receiving grooves in the disk, which are introduced at the same time can be selected such that a distortion of the disk due to residual stresses can be minimized.
  • a rectilinear receiving groove is understood to mean a receiving groove which extends along a straight line from one end face of the disk to the other end face of the disk.
  • a straight line can be drawn from each point of the cross section of the receiving groove on one of the front sides to the corresponding point of the cross section on the other end side, which delimits the receiving groove accordingly.
  • the receiving grooves can advantageously be introduced into the pane by electrochemical material processing, in particular at least partially by electrochemical material processing. Due to the at least partially electrochemical material processing tool wear can be avoided or significantly reduced, so that thereby the efficiency of the production is further increased.
  • the electrochemical material processing has the advantage that the simultaneous introduction of several grooves in the disk is easy to implement.
  • the receiving grooves can in particular be introduced into the disk by at least two-stage machining, wherein in particular the first stage of machining can be effected by electrochemical material processing and / or at least several, preferably all, receiving grooves in the disk are produced at least in the first stage of machining.
  • the advantage of a two-stage introduction of the receiving grooves into the disc is that in the first stage of processing, the receiving grooves can first be introduced in a raw form, so that the contour of the receiving grooves can have a corresponding allowance of, for example, 0.1 to 1 mm , Only in the second stage of processing can then be a fine machining with an exact setting of the desired shape and / or dimensions of the grooves, wherein in the second stage of processing and the processing of the grooves can be performed individually one after the other.
  • the second or a further stage of the machining can be effected by machining or by machining or by electrochemical material processing.
  • electrochemical material processing in particular in this stage of the machining, can be carried out with an electrode which has a wedge-shaped effective area at the electrode tip, so that the electrode adjoins its electrode Electrode tip has a wedge shape with a taper in the direction of feed.
  • Electrode can be achieved a very precise shape at high processing speed, when the electrode is introduced with its electrode tip, for example, in an already preformed Aufhauptut and moved at a relatively high feed rate linearly through the receiving groove.
  • the advancing speed of the electrode in the first stage electrochemical machining may be in the range of 0.5 to 5 mm / min, while in the fine machining, the machining speed may be in the range of 50 mm / min.
  • each or each receiving groove can be edited differently.
  • certain areas of the groove walls can be processed differently.
  • a part of the groove walls can be processed only by means of a machining in the first processing stage, while the other part of the groove walls, in particular load-removing groove walls in the second or a further processing stage of a fine machining can be subjected.
  • FIG. 1 shows a side view of a turbine disk produced according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of an end face of the turbine disk from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a perspective view of an electrode for forming the receiving grooves in the turbine disk from FIGS. 1 and 2 and in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the electrode tip of the electrode from FIG. 3.
  • FIG. 1 shows a turbine disk 1, as can be produced according to the present invention.
  • the turbine disk 1 has an end face 2 and an opposite end side 3, which are each surrounded by a cylindrical jacket surface 4 or connected to one another.
  • the receiving grooves 5 each have an enlarged receiving space below the slot opening on the lateral surface 5, as can be seen clearly in FIG. 2 and shown in FIG. 1 with the dashed lines.
  • the receiving grooves 5 are arranged with their longitudinal axes relative to the axis of rotation 6 of the turbine blade 1, which extends perpendicularly through the end faces 2, 3, inclined by the angle a.
  • the receiving grooves 5 are evenly distributed along the circular circumference of the turbine disk 1 on the lateral surface 4 are arranged.
  • the course of the grooves 5 along the lateral surface 4 is not shown in the figure for the sake of simplicity.
  • the cross-section of the receiving grooves 5 is hammer-shaped in the embodiment shown in Figures 1 and 2, so that in addition to an opening into the groove opening on the lateral surface 4 narrow channel which is bounded by the groove walls 7 and 13, a larger-sized, essentially rectangular receiving area for the blade root is formed below the slot opening, which is bounded by the groove walls 8,9,10,11 and 12.
  • the shape of the receiving grooves 5 is only an example to illustrate the invention. Of course, many different, other suitable forms of receiving grooves 5 in turbine disks 1 can be realized.
  • the receiving grooves 5 extend rectilinearly along their longitudinal axis, so that the groove walls 7, 8, 9, 10, 11, 12 and 13, which extend transversely to the image plane according to FIG. 2, form planar surfaces and the edges, which bound each two groove walls straight lines are. Due to the arrangement of the receiving grooves 5, which is inclined with respect to the axis of rotation 6 of the turbine disk 1, the groove walls also extend at least partially obliquely to the image plane.
  • all of the receiving grooves 5 can be introduced into the turbine blade 1 at the same time, so that by introducing the receiving grooves 5 into the material of the turbine disk 1 no unacceptable deformation of the turbine disk 1 is generated by asymmetrically occurring residual stresses. Even if by introducing the images 5 or by the corresponding Materialentfemung residual stresses in the turbine disk 1 are free, it comes through the simultaneous introduction of all grooves 5 to a rotationally symmetric occurrence of residual stresses and distortion of the turbine disk 1 and a displacement of the arrangement of the grooves 5 can be reliably avoided or at least be reduced.
  • receiving grooves 5 are to be introduced at the same time, it is possible to proceed in such a way that several mutually opposite receiving grooves 5 are introduced at the same time, so that machining of the turbine disk 1 arranged as point-symmetrically as possible with respect to the axis of rotation 6 of the turbine disk 1 advantageously results ,
  • two receiving grooves 5 arranged along a bisector 15 of the turbine disk 1 can be introduced simultaneously into the turbine disk 1.
  • the receiving grooves 5 lying in a circular sector 14 between two halves 15 can be introduced simultaneously with the corresponding receiving grooves 5 located in the opposite sector 16.
  • each pair of the receiving grooves 5, which are introduced at the same time lie opposite each other with respect to the axis of rotation 6 of the turbine disk 1.
  • all receiving grooves 5 are incorporated simultaneously into the turbine disk 1.
  • the receiving grooves 5 are at least partially produced by electrochemical material processing.
  • electrodes are used which correspond in their outer contour of the inner contour of the grooves 5.
  • material of the turbine disk 1 corresponding to the shape of the electrode 16 can be removed from the turbine disk 1, so that in a continued electrochemical material processing with the electrode 16 and the propulsion of the electrode 16 in the direction of the longitudinal axis of the receiving groove 5 to be produced, the corresponding receiving groove. 5 be incorporated into the turbine disk 1.
  • the electrode 16 may be wedge-shaped on the electrode tip 17, which is oriented in the direction of the material to be processed, so that the electrode tapers in the direction of the electrode tip 17. This is shown again in greater detail in FIG. FIG. 4 shows the electrode tip 17 and the oblique surfaces 17 of the electrode on the electrode tip 16, which effect the wedge shape of the electrode 16.
  • the introduction of the receiving grooves 5 in the turbine disk 1 is preferably carried out in a two-stage process, wherein in the first stage of the process, the receiving grooves with a larger error tolerance, i. is introduced with respect to the desired receiving space reduced dimensions. Only after introducing a raw form of the grooves 5 in the turbine disk 1, the exact shape of the grooves 5 is generated within the predetermined tolerances in a subsequent second stage of machining. After the first stage of processing, the receiving grooves 5 may still have an allowance of 0.1 to 1 mm compared to the final contour.
  • the first stage of processing can be carried out in the manner described above for several or all grooves simultaneously, while the fine machining can also be done individually for a receiving groove 5 after the other.
  • Both the first stage of machining the turbine disk 1 to produce the receiving grooves 5 and the second stage of the machining can be carried out by electrochemical material processing.
  • the second stage of machining takes place by means of cutting processes, for example by broaching or grinding or the like.
  • the feed rate of the electrode in the first stage may be between 0.5 and 5 mm / min, while the processing speed in the second stage for the fine processing is greater than in the first Level and can be up to 50 mm / min.
  • the receiving grooves 5 to be produced are processed differently in different areas.
  • the groove walls 9 and 11 can only be processed in a single-stage process and these groove walls can be dispensed with finishing with the second processing stage, while the remaining groove walls 7,8,10,12 and 13 each with the two-stage process can be edited.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Scheibe (1) einer Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von Aufnahmenuten (5), die an der zylindrischen Mantelfläche (4) der Scheibe zur Aufnahme von Schaufelfüßen von Schaufeln der Strömungsmaschine ausgebildet sind, wobei die Aufnahmenuten von einer Stirnseite (2,3) der Scheibe zur anderen Stirnseite (2,3) der Scheibe geradlinig verlaufen, sodass von jedem Punkt des Querschnitts der Aufnahmenut an einer der Stirnseiten zum entsprechenden Punkt des Querschnitts an der anderen Stirnseite eine Gerade die Aufnahmenut begrenzt, wobei eine kreisrunde Scheibe bereitgestellt wird und gleichzeitig mehrere Aufnahmenuten (5) an bezüglich einer zentralen Drehachse (6) der Scheibe gegenüber liegenden Bereichen in die Scheibe (1) eingebracht werden.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER SCHEIBE EINER STRÖMUNGSMASCHINE
HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Scheibe, insbesondere einer Turbinenscheibe für eine Strömungsmaschine, wie beispielsweise für eine stationäre Gas- turbine oder ein Flugtriebwerk.
STAND DER TECHNIK
In Strömungsmaschinen, wie stationären Gasturbinen oder Flugtriebwerken, werden Schaufeln, die mit dem durchströmenden Gas wechselwirken, häufig in Aufnahmenuten von Scheiben bzw. Turbinenscheiben angeordnet, wobei Schaufelfuße entsprechender Schaufeln zur Anordnung in den Aufnahmenuten der Scheibe vorgesehen sind. Entsprechend weisen die Aufnahmenuten und die Schaufelfuße der Schaufeln zueinander komplementäre Formen auf. Gleichzeitig können die Aufnahmenuten und die Schaufelfuße zur sicheren Befestigung der Schaufelfuße in den Auf- nahmenuten und zur Lastabtragung von den Schaufeln auf die Scheiben komplexe Konturen aufweisen, sodass die Fertigung sowohl der Aufnahmenuten an den Scheiben als auch die Her- stellung der Schaufelfuße an den Schaufeln bestimmten Anforderungen genügen muss, insbe- sondere da eine exakte Formgebung auch zur Vermeidung von Spannungsspitzen im Betrieb von Bedeutung ist.
Nach dem Stand der Technik werden üblicherweise zerspanende Bearbeitungsverfahren, wie beispielsweise das Räumen, zur Herstellung von Aufnahmenuten für Schaufelfuße in Turbinen- scheiben eingesetzt. Allerdings unterliegen die entsprechenden Zerspanungswerkzeuge, wie Räumnadeln und Fräser einem hohen Verschleiß, da die Scheiben üblicherweise aus hochwarmfesten Schmiedelegierungen, wie Nickelbasiswerkstoffen, gebildet sind.
Bestätigungskopie Bei der zerspanenden Bearbeitung der Turbinenscheiben werden die einzelnen Aufnahmenuten für die Schaufelfüße einzeln nacheinander in die Scheibe eingebracht, was zum einen eine lange Bearbeitungsdauer verursacht und zum anderen dazu führen kann, dass es bei der Materialent- femung durch Freisetzung von Eigenspannungen zu unerwünschten Verformungen an der Tur- binenscheibe kommen kann.
Darüber hinaus können zur Bearbeitung von Turbinenscheiben alternative Verfahren wie Draht- erodieren oder elektrochemische Materialbearbeitungsverfahren eingesetzt werden. Beispiels- weise offenbart die US 2016 / 036 80 71 Al ein Verfahren zur Herstellung von Hohlräumen für eine Turbomaschinenscheibe, wobei in die Hohlräume Schaufelfüße von Turbinenschaufeln ein gesetzt werden können. Darüber hinaus sind elektrochemische Bearbeitungsverfahren für die Herstellung von Bauteilen von Strömungsmaschinen aus der DE 10 2010 032 326 Al, DE 199 59 593 Al, DE 102 58 920 Al sowie der US 6 340 424 Bl bekannt.
Allerdings können auch diese alternativen Verfahren nur eingeschränkt zur Herstellung von Aufnahmenuten in Turbinenscheiben eingesetzt werden, da diese Verfahren entweder, wie bei der US 2016 / 036 80 71 Al keine geeigneten geradlinigen Aufnahmenuten erzeugen können, oder ebenfalls lange Bearbeitungszeiten erfordern und das Problem eines möglichen Verzugs der Scheibe bei der Bearbeitung ebenfalls nicht lösen können.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Aufnah- menuten in einer Scheibe eine Strömungsmaschine bereitzustellen, bei welchem eine effiziente Herstellung einer entsprechenden Scheibe bei gleichzeitiger Vermeidung von Formabweichun- gen ermöglicht wird. Insbesondere soll mit dem entsprechenden Herstellungsverfahren eine möglichst exakte Formgebung der Scheibe mit einer präzisen Anordnung der Aufnahmenuten unter Vermeidung einer Verformung der Scheibe bzw. eines Verzugs der Scheibe ermöglicht werden. Insbesondere sollen geradlinige Aufnahmenuten, wie sie auch beim zerspanenden Bear- beiten hergestellt werden können, effizienter als im Stand der Technik produziert werden kön- nen.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteil- hafite Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen zur Herstellung von geradlinigen Auf- nahmenuten in einer Scheibe einer Strömungsmaschine gleichzeitig mehrere Aufnahmenuten in die Scheibe einzubringen, und zwar in gegenüberliegenden Bereichen, die bezüglich einer zent- ralen Drehachse der Scheibe einander gegenüberliegen. Durch das gleichzeitige Einbringen meh- rerer Aufnahmenuten in entgegengesetzten Bereichen der Scheibe, also in einer Art punktsym- metrischer Anordnung der gleichzeitig zu erzeugenden Aufnahmenuten bezüglich der zentralen Drehachse der Scheibe, kann eine mögliche Verformung der Scheibe durch freigesetzte Eigen- spannungen begrenzt bzw. weitgehend vermieden werden, da die möglichen Verformungen sich gegenseitig kompensieren können. Gleichzeitig wird durch die zeitlich parallele Einbringung der Aufnahmenuten eine Verkürzung der Bearbeitungszeit erreicht.
Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn möglichst viele Aufnahmenuten gleichzeitig in die Scheibe eingebracht werden. Folglich ist eine gleichzeitige Einbringung sämtlicher Aufnahmenuten vor- teilhaft. Sofern jedoch nicht alle Aufnahmenuten gleichzeitig in die Scheibe eingebracht werden können, ist es vorteilhaft, wenn die gleichzeitig einzubringenden Aufnahmenuten gleichmäßig verteilt um den kreisförmigen Umfang der Scheibe angeordnet sind. Insbesondere kann die Ver- teilung der Aufnahmenuten in der Scheibe, die gleichzeitig eingebracht werden, so gewählt wer- den, dass ein Verzug der Scheibe durch Eigenspannungen minimiert werden kann.
Unter einer geradlinigen Aufnahmenut wird eine Aufnahmenut verstanden, die sich entlang einer geraden Linie von einer Stirnseite der Scheibe zur anderen Stirnseite der Scheibe erstreckt. Ins besondere kann bei einer geradlinigen Aufnahmenut von jedem Punkt des Querschnitts der Auf- nahmenut an einer der Stirnseiten zum entsprechenden Punkt des Querschnitts an der anderen Stirnseite eine Gerade gezogen werden, die entsprechend die Aufnahmenut begrenzt. Die Aufnahmenuten können vorteilhafterweise durch elektrochemische Materialbearbeitung in die Scheibe eingebracht werden, und zwar insbesondere zumindest teilweise durch elektrochemi- sche Materialbearbeitung. Durch die zumindest teilweise elektrochemische Materialbearbeitung kann ein Werkzeugverschleiß vermieden bzw. deutlich reduziert werden, sodass dadurch die Effizienz der Herstellung weiter erhöht wird. Gleichzeitig bietet die elektrochemische Material- bearbeitung den Vorteil, dass die gleichzeitige Einbringung mehrerer Aufnahmenuten in die Scheibe einfach realisierbar ist.
Die Aufnahmenuten können insbesondere durch eine mindestens zweistufige Bearbeitung in die Scheibe eingebracht werden, wobei insbesondere die erste Stufe der Bearbeitung durch eine elektrochemische Materialbearbeitung erfolgen kann und / oder zumindest in der ersten Stufe der Bearbeitung gleichzeitig mehrere, vorzugsweise alle Aufnahmenuten in der Scheibe erzeugt werden.
Der Vorteil einer zweistufigen Einbringung der Aufnahmenuten in die Scheibe besteht darin, dass in der ersten Stufe der Bearbeitung zunächst die Aufnahmenuten in einer Rohform einge- bracht werden können, sodass die Kontur der Aufnahmenuten ein entsprechendes Aufmaß von beispielsweise 0,1 bis 1 mm aufweisen kann. Erst in der zweiten Stufe der Bearbeitung kann dann eine Feinbearbeitung mit einer exakten Einstellung der gewünschten Form und / oder Di- mensionen der Aufnahmenuten erfolgen, wobei in der zweiten Stufe der Bearbeitung auch die Bearbeitung der Aufnahmenuten einzeln zeitlich nacheinander durchgeführt werden kann.
Insbesondere kann die zweite oder eine weitere Stufe der Bearbeitung durch spanabhebende bzw. zerspanende Bearbeitung oder durch elektrochemische Materialbearbeitung erfolgen.
Durch die zerspanende Bearbeitung in der zweiten oder einer weiteren Stufe der Bearbeitung können insbesondere Materialien, die Karbide oder dergleichen in ihrer Gefugestruktur aufwei- sen, vorteilhaft mit hoher Formgenauigkeit bearbeitet werden.
Wird bei der zweiten oder einer weiteren Stufe der Bearbeitung eine elektrochemische Material- bearbeitung eingesetzt, so kann insbesondere in dieser Stufe der Bearbeitung die elektrochemi- sche Materialbearbeitung mit einer Elektrode durchgeführt werden, die einen keilförmigen Wirkbereich an der Elektrodenspitze aufweist, sodass die Elektrode an ihre Elektrodenspitze eine Keilform mit einer Verjüngung in Richtung der Vorschubrichtung besitzt. Mit einer derartigen Elektrode lässt sich eine sehr exakte Formgebung bei hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit errei- chen, wenn die Elektrode mit ihrer Elektrodenspitze beispielsweise in eine bereits vorgeformte Aufhahmenut eingeführt und mit relativ hoher Vorschubgeschwindigkeit linear durch die Aufnahmenut bewegt wird. Beispielsweise kann die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode bei der elektrochemischen Bearbeitung in der ersten Stufe im Bereich von 0,5 bis 5 mm/min betragen, während bei der Feinbearbeitung die Bearbeitungsgeschwindigkeit im Bereich von 50 mm/min liegen kann.
Bei der mindestens zweistufigen Bearbeitung der Scheibe zur Einbringung von Aufnahmenuten können auch Teile einzelner oder jeder Aufnahmenut unterschiedlich bearbeitet werden. Bei- spielsweise können bestimmte Bereiche der Nutwände unterschiedlich bearbeitet werden. So kann ein Teil der Nutwände lediglich mittels einer Bearbeitung in der ersten Bearbeitungsstufe bearbeitet werden, während der andere Teil der Nutwände, insbesondere Last abtragende Nut- wände in der zweiten oder einer weiteren Bearbeitungsstufe einer Feinbearbeitung unterzogen werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
Figur 1 eine Seitenansicht einer gemäß der Erfindung hergestellten Turbinenscheibe einer
Strömungsmaschine,
Figur 2 eine Draufsicht auf eine Stirnseite der Turbinenscheibe aus Figur 1,
Figur 3 eine perspektivische Darstellung einer Elektrode zur Ausbildung der Aufnahme- nuten in der Turbinenscheibe aus den Figuren 1 und 2 und in
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung der Elektrodenspitze der Elektrode aus Figur 3.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nach- folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Figur 1 zeigt eine Turbinenscheibe 1, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann. Die Turbinenscheibe 1 weist eine Stirnseite 2 und eine gegenüberliegende Stimsei- te 3 auf, die jeweils von einer zylindrischen Mantelfläche 4 umgeben bzw. miteinander verbun- den sind. An der Mantelfläche 4 ist eine Vielzahl von Aufnahmenuten 5 ausgebildet, die zur Aufnahme von Schaufelfüßen von Turbinenschaufeln (nicht dargestellt) dienen. Die Aufnahme- nuten 5 weisen unterhalb der Nutöffnung an der Mantelfläche 5 jeweils einen erweiterten Auf- nahmeraum auf, wie in der Figur 2 deutlich zu erkennen und in der Figur 1 mit den gestrichelten Linien dargestellt. Wie sich aus der Darstellung der Figur 1 ergibt, sind die Aufnahmenuten 5 mit ihren Längsachsen relativ zur Drehachse 6 der Turbinenschaufel 1, die senkrecht durch die Stirnseiten 2, 3 verläuft, um den Winkel a geneigt angeordnet.
In der Draufsicht der Figur 2 auf eine die Stirnseite 2 ist zu erkennen, dass die Aufnahmenuten 5 gleichmäßig verteilt entlang des kreisförmigen Umfangs der Turbinenscheibe 1 an der Mantel- fläche 4 angeordnet sind. Der Verlauf der Aufnahmenuten 5 entlang der Mantelfläche 4 ist in der Figur der Einfachheit halber nicht dargestellt. Der Querschnitt der Aufnahmenuten 5 ist bei dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel der Figuren 1 und 2 hammerförmig ausgebildet, sodass neben einem in die Nutöffnung an der Mantelfläche 4 mündenden schmalen Kanal, der von den Nut- wänden 7 und 13 begrenzt wird, ein größer dimensionierter, im wesentlichen rechteckförmiger Aufhahmebereich für den Schaufelfuß unterhalb der Nutöffnung ausgebildet ist, der von den Nutwänden 8,9,10,11 und 12 begrenzt wird. Die Form der Aufnahmenuten 5 ist jedoch nur bei- spielhaft zur Illustration der Erfindung. Selbstverständlich können viele verschiedene, andere geeignete Formen von Aufnahmenuten 5 in Turbinenscheiben 1 verwirklicht werden.
Die Aufnahmenuten 5 erstrecken sich geradlinig entlang ihrer Längsachse, sodass die Nutwände 7,8, 9,10, 11,12 und 13, die sich gemäß der Figur 2 quer zur Bildebene erstrecken, ebene Flächen bilden und die Kanten, die jeweils zwei Nutwände begrenzen gerade Linien sind. Durch die ge- genüber der Drehachse 6 der Turbinenscheibe 1 geneigte Anordnung der Aufnahmenuten 5 verlaufen zumindest teilweise die Nutwände ebenfalls schräg zur Bildebene.
Gemäß der Erfindung können sämtliche der Aufnahmenuten 5 gleichzeitig in die Turbinenschei- be 1 eingebracht werden, sodass durch das Einbringen der Aufnahmenuten 5 in das Material der Turbinenscheibe 1 keine unzulässige Verformung der Turbinenscheibe 1 durch unsymmetrisch auftretende Eigenspannungen erzeugt wird. Selbst wenn durch das Einbringen der Aufnahmenu- ten 5 bzw. durch die entsprechende Materialentfemung Eigenspannungen in der Turbinenscheibe 1 frei werden, kommt es durch die gleichzeitige Einbringung sämtlicher Aufnahmenuten 5 zu einem rotationssymmetrischen Auftreten der Eigenspannungen und ein Verzug der Turbinenscheibe 1 sowie ein Versatz der Anordnung der Aufnahmenuten 5 können zuverlässig vermieden bzw. zumindest verringert werden.
Sofern nicht alle Aufnahmenuten 5 gleichzeitig eingebracht werden sollen, kann so vorgegangen werden, dass jeweils mehrere einander gegenüberliegende Aufnahmenuten 5 gleichzeitig einge- bracht werden, sodass sich in vorteilhafter Weise eine möglichst punktsymmetrisch zur Drehach- se 6 der Turbinenscheibe 1 angeordnete Bearbeitung der Turbinenscheibe 1 ergibt. Beispielswei- se können zwei entlang einer Halbierenden 15 der Turbinenscheibe 1 angeordneten Aufnahme- nuten 5 gleichzeitig in die Turbinenscheibe 1 eingebracht werden. Alternativ können die in ei- nem Kreissektor 14 zwischen zwei Halbierenden 15 liegende Aufnahmenuten 5 gleichzeitig mit den entsprechenden, im gegenüberliegenden Sektor 16 liegenden Aufnahmenuten 5 eingebracht werden. Entsprechend kann es unter Umständen ausreichend sein, die Aufnahmenuten 5 jeweils paarweise einzubringen, wobei jedes Paar der Aufnahmenuten 5, die gleichzeitig eingebracht werden, bezüglich der Drehachse 6 der Turbinenschauscheibe 1 einander gegenüber liegen. Vor- zugsweise werden jedoch sämtliche Aufnahmenuten 5 gleichzeitig in die Turbinenscheibe 1 ein- gearbeitet.
Vorteilhafterweise werden die Aufnahmenuten 5 zumindest teilweise durch elektrochemische Materialbearbeitung erzeugt. Hierzu werden Elektroden eingesetzt, die in ihrer Außenkontur der Innenkontur der Aufnahmenuten 5 entsprechen. Durch Anordnen einer Elektrode 16 in der Nähe der Turbinenscheibe 1 entsprechend der Position, an der die Aufnahmenut 5 erzeugt werden soll, und durch Bereitstellen eines geeigneten Elektrolyten im Bereich eines Spalts zwischen Elektro- de und Turbinenscheibe 1 sowie Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen Elektrode 16 und Turbinenscheibe 1 kann Material der Turbinenscheibe 1 entsprechend der Form der Elektrode 16 aus der Turbinenscheibe 1 entfernt werden, sodass bei einer fortgesetzten elektrochemischen Materialbearbeitung mit der Elektrode 16 und dem Vortrieb der Elektrode 16 in Richtung der Längsachse der zu erzeugenden Aufnahmenut 5 kann die entsprechende Aufnahmenut 5 in die Turbinenscheibe 1 eingearbeitet werden. Zur Erzielung einer möglichst hohen Genauigkeit der Materialbearbeitung kann die Elektrode 16 an der Elektrodenspitze 17, die in Richtung des zu bearbeitenden Materials orientiert ist, keil- förmig ausgebildet sein, sodass sich die Elektrode in Richtung auf die Elektrodenspitze 17 ver- jüngt. Dies ist noch einmal in größerem Detail in Figur 4 dargestellt. Die Figur 4 zeigt die Elekt- rodenspitze 17 sowie die schrägen Flächen 17 der Elektrode an der Elektrodenspitze 16, die die Keilform der Elektrode 16 bewirken.
Das Einbringen der Aufnahmenuten 5 in die Turbinenscheibe 1 erfolgt vorzugsweise in einem zweistufigen Verfahren, wobei in der ersten Stufe des Verfahrens die Aufnahmenuten mit einer größeren Fehlertoleranz, d.h. mit gegenüber dem gewünschten Aufhahmeraum verkleinerten Dimensionen eingebracht wird. Erst nach dem Einbringen einer Rohform der Aufnahmenuten 5 in die Turbinenscheibe 1 wird in einer nachfolgenden zweiten Stufe der Bearbeitung die exakte Form der Aufnahmenuten 5 innerhalb der vorgegebenen Toleranzen erzeugt. Nach der ersten Stufe der Bearbeitung können die Aufnahmenuten 5 noch ein Aufmaß von 0,1 bis 1 mm gegen- über der Endkontur aufweisen.
Insbesondere die erste Stufe der Bearbeitung kann in der oben geschilderten Weise für mehrere oder alle Aufnahmenuten gleichzeitig erfolgen, während die Feinbearbeitung auch einzeln für eine Aufnahmenut 5 nach der anderen erfolgen kann.
Sowohl die erste Stufe der Bearbeitung der Turbinenscheibe 1 zur Erzeugung der Aufnahmenu- ten 5 als auch der zweite Stufe der Bearbeitung können durch elektrochemische Materialbearbei- tung durchgefuhrt werden. Allerdings ist es auch denkbar, dass die zweite Stufe der Bearbeitung durch spanabhebende Verfahren wie beispielsweise durch Räumen oder Schleifen oder derglei- chen erfolgt.
Bei einer elektrochemischen Bearbeitung sowohl in der ersten Bearbeitungsstufe als auch der zweiten Bearbeitungsstufe, kann die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode in der ersten Stufe zwischen 0,5 und 5 mm/min liegen, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit in der zweiten Stufe für die Feinbearbeitung größer als in der ersten Stufe sein kann und bis zu 50 mm/min be- tragen kann. Darüber hinaus ist möglich, dass die herzustellenden Aufnahmenuten 5 in unterschiedlichen Be- reichen unterschiedlich bearbeitet werden. So können beispielsweise die Nutwände 9 und 11 nur in einem einstufigen Prozess bearbeitet werden und für diese Nutwände kann auf die Nachbear- beitung mit der zweiten Bearbeitungsstufe verzichtet werden, während die übrigen Nutwände 7,8,10,12 und 13 jeweils mit dem zweistufigen Verfahren bearbeitet werden können.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirk- licht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den ver- schiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkma- le, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Turbinenscheibe
2 Stirnseite
3 Stirnseite
4 Mantelfläche
5 Aufnahmenut
6 Drehachse
7 Nutwand
8 Nutwand
9 Nutwand
10 Nutwand 11 Nutwand 12 Nutwand
13 Nutwand
14 Kreissektor
15 Kreissektor
16 Elektrode
17 Elektrodenspitze
18 Schrägfläche

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung einer Scheibe (1) einer Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von Aufnahmenuten (5), die an der zylindrischen Mantelfläche (4) der Scheibe zur Aufnahme von Schaufelfußen von Schaufeln der Strömungsmaschine ausgebildet sind, wobei die Aufnahmenuten von einer Stirnseite (2,3) der Scheibe zur anderen Stirnseite (2,3) der Scheibe geradlinig verlaufen, sodass von jedem Punkt des Querschnitts der Aufiiah- menut an einer der Stirnseiten zum entsprechenden Punkt des Querschnitts an der ande- ren Stirnseite eine Gerade die Aufnahmenut begrenzt,
wobei eine kreisrunde Scheibe bereitgestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
gleichzeitig mehrere Aufnahmenuten (5) an bezüglich einer zentralen Drehachse (6) der Scheibe gegenüber liegenden Bereichen in die Scheibe (1) eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
gleichzeitig mehrere Aufnahmenuten (5) in bezüglich der zentralen Drehachse der Schei- be gegenüber liegenden Kreissektoren (14,15) in die Scheibe eingebracht werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
gleichzeitig mehrere Aufnahmenuten (5) entlang des kreisringförmigen Umfangs der Scheibe gleichmäßig verteilt in die Scheibe (1) eingebracht werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mehreren Aufnahmenuten (5), die gleichzeitig in die Scheibe eingebracht werden, so entlang des kreisringförmigen Umfangs der Scheibe verteilt sind, dass ein Verzug der Scheibe durch Eigenspannungen minimiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
gleichzeitig alle Aufnahmenuten (5) in die Scheibe (1) eingebracht werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aufnahmenuten (5) zumindest teilweise durch elektrochemische Materialbearbeitung in die Scheibe eingebracht werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aufnahmenuten (5) durch eine mindestens zweistufige Bearbeitung in die Scheibe eingebracht werden, wobei zumindest die erste Stufe der Bearbeitung gleichzeitig für mehrere, vorzugsweise alle Aufnahmenuten und /oder die erste Stufe der Bearbeitung durch elektrochemische Materialbearbeitung erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Stufe durch spanabhebende Bearbeitung oder elektrochemische Materialbear- beitung erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrochemische Materialbearbeitung in der zweiten Stufe mit einer Elektrode (16) erfolgt, die einen keilfomigen Wirkbereich aufweist, wobei die Keilform sich in Richtung der Vorschubrichtung verjüngt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der zweiten Stufe der Bearbeitung nur Teile der Aufnahmenut bearbeitet werden.
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