WO2004065052A1 - Produktionsverfahren für die herstellung von radiallaufrädern, insbesondere von kompressoren und laufrädern für hydraulische maschinen - Google Patents

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welding material
radial
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Friedrich Schneebeli
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing radial impellers, in particular compressors or impellers for hydraulic machines, with a welding device, and a device for carrying out the method.
  • the method according to the invention for shaping build-up welding of the outer ring of a radial impeller carrying the blades is characterized by a practically uninterrupted welding process, this being made possible by the known combination of build-up welding technology, computer technology and robotics.
  • the welding methods used and the metallic materials used are known. Arc welding processes or laser beam welding processes can be used as the welding process.
  • Powerful CAD computer programs allow the design of complex, two- or three-dimensional models of workpieces that can be produced directly as metallic workpieces using the free-form method.
  • the workpiece is usually broken down into a hub-shaped base body and a multiplicity of welding material webs, which are applied to the base body beginning and thus give the shape of the radial impeller.
  • the preferably forged base body serves as a carrier of a first layer of welding material, the entry areas of the blades preferably being milled out on the hub-shaped base body, since this is still easily possible. These areas of the blade ring which are in the form of a ladder are then used to apply the welding layers of the outer ring.
  • the entire workpiece is thus built up on the base body by the deposition of welding material webs, the base body simultaneously forming the hub of the final workpiece.
  • the welding device is preferably movable in space in two or three dimensions with the aid of a robot, while the base body is clamped on a rotary table with a horizontal axis, so that the welding process is at its highest Place of the impeller.
  • the geometry data of the impeller and the control and welding data calculated by the computer system are fed to a system controller which continuously controls the robot and the welding device during the production of the workpiece and, if necessary, compensates for deviations.
  • This free-form welding is carried out in such a way that a newly applied, liquid welding material web adheres to the underlying web and does not flow off, since the welding zone runs essentially horizontally.
  • the system control therefore continuously regulates the geometric position of the base of a welding material web to be applied and / or the position of the welding torch, as well as the welding material application rate and / or the welding web speed.
  • the welding layers can be created by the continuous welding strategy with a large welding material application rate in double-T-shaped welding tracks, whereby preferably the edge beads are welded first, which can then be filled by a filling bead with a higher welding material application rate.
  • the welding material application rate is also preferably regulated in such a way that irregularities in existing welding material webs are detected and compensated for with the newly applied welding material web, for example by monitoring welding parameters such as welding current and welding voltage, or by means of sensors.
  • the impellers produced with this practically continuous build-up welding have a higher mechanical strength, since the cooling rate of the metal can be better controlled and thus more homogeneous microstructures can be achieved. Therefore, for example, radial impellers with large wall thickness differences can also be produced easily and efficiently, especially if as Base body a forged hub is used, at the inlet area of the blades, that is, the radially inner beginning of the blade is milled. This also creates the ladder-shaped circumference in the development, to which the outer ring with the blade ends (blade ring) is then applied in layers by the build-up welding.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the rapid production of high-strength radial impellers, as are required in prototype construction, but also for the repair of blade rings or water wheels.
  • the course of the layers and the approximate welding material application rate are calculated by a computer system, starting from a software, two- or three-dimensional data model of the workpiece and specified to the system controller, which uses the robot to perform the welding process as well as that on the positioning device with a turntable and a clamping device the fixed workpiece is mutually positioned and the welding material applied to the welding device is regulated so that the liquid welding material adheres to the underlying layer without draining off and irregularities in web-like layers are compensated for.
  • a device in the form of a so-called bath support which enables welding even with overhanging blades.
  • a holder with ceramic disks attached to the robot is preferably used, which are guided along the edge region of the blade ring to be welded and thereby prevent the welding zone from flowing away.
  • These ceramic disks are preferably arranged on a circulating belt so that they cannot be overheated.
  • the band can be mounted on resilient support rods, so that even concave or convex contours of the blade ring can be produced with a precise fit.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a plant for performing the method
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a radial impeller produced
  • FIG. 4 shows an auxiliary device in the form of a so-called bath support in a side view
  • FIG. 5 shows a view of the auxiliary device according to FIG. 4 in the axial direction.
  • the base body 3 is preferably a forged blank, the outer contour of which is turned and on which the inner areas of the blades are milled.
  • This base body 3 is clamped in a multi-dimensionally movable clamping device 2, which is controlled by a system controller 10.
  • a rotary table movable about two axes is used as the positioning device 4, the base body 3 being rotatable about a horizontal axis A.
  • a welding device 7 is supplied with energy, welding wire 6 and protective gas 9 by a welding device 8 known per se.
  • the system controller 10 positions the welding torch 7 with the aid of the robot 5 and the workpiece 1 with the aid of the rotary table in such a way that the web-shaped layer to be applied lies approximately horizontally and at the highest point with the welding device 7 is welded.
  • the system controller 10 regulates the applied welding material application rate according to a procedure described in FIG. 3.
  • the computer system 11 calculates the path of the welding material layers, as well as an approximate welding material application rate and / or welding path speed, and transmits the values to the system controller 10.
  • FIG. 2 shows an example of a radial impeller 1.
  • welding material is continuously applied in sheet-like layers in the outer region, so that the blade ring R is formed in the crown region K, as shown in dotted lines.
  • FIG. 3 shows the development of the blade ring K with the passage channels D, and illustrates the welding sequence with which web-shaped layers are applied to the respectively covered welding material layer.
  • the web-like layers are applied in such a way that the new layer runs approximately horizontally, the existing layer being brought into a correspondingly running position.
  • the course of the welding material layers as well as the approximate welding material application rate and / or welding track speed are predefined by the computer system 11 in the sense of a control.
  • the course of the layer below the layer or the distance between the welding torch and the workpiece surface can be determined continuously by the system controller 10 by measuring welding parameters, preferably welding current and welding voltage, during the welding process.
  • the system controller 10 preferably regulates the welding material application rate and / or the welding path speed such that the distance is kept constant so that irregularities are compensated for.
  • Welding material webs are preferably applied in a position around the horizontal, because the liquid welding material cannot flow off in this position.
  • the system controller 10 thus endeavors to maintain a constant distance between the welding nozzle and the newly applied welding material web during the subsequent horizontal build-up welding process, and thus to compensate for irregularities by varying the welding material application rate and / or the welding web speed, so that the resulting course of the layers new layer preferably corresponds to the predetermined, preferably horizontal course. This control concept ensures that the welding material web applied corresponds to the specified course.
  • the web-shaped welding material layers each have a double-T shape, that is to say that the first beginning of welding a of the edge bead at the top left here is arranged approximately in the central plane of the passage channel D on the left here.
  • the welding device 7 initially moves counterclockwise over the points b, c and d (with formation of the blade layer) to the end point e at a predetermined welding material application rate, which corresponds to the starting point a. Then the inner filling bead is again formed essentially counterclockwise until the welding nozzle 7 reaches point f. In the direct connection, the welding device 7 continues to weld the middle section here by moving from point f to the immediately adjacent point a (the middle part).
  • the base body 3 is preferably a forged hub with blades S milled out in the entry area.
  • the deposition welding according to FIG. The individual blades S of the blade ring K are applied in layers by free-form welding to the milled, inner blade ends. Welding material layers are thus applied until the shape of the blade S is reached.
  • the freely selectable work pace and other suitable measures such as Cooling or heating a too high or too low temperature of the blade can be avoided and, similarly important for the structure of the structure, similar cooling conditions can be achieved.
  • Forming build-up welding can be interrupted by other machining processes on the workpiece.
  • a part of the blade ring K can be created by build-up welding and in the lower or lateral area other blades S of the wheel can be machined simultaneously.
  • the bath support can be attached to the robot 5 described above together with the welding device 7, or preferably by means of a holder H on an extension arm of an auxiliary robot 5 '.
  • At least one support rod T is mounted in the holder H, at the free end of which a sleeve or roller C, preferably with needle bearings, is arranged.
  • a band X preferably with ceramic disks Y, can be guided along the circumference of the blades S, it also being possible for a convex or concave contour to be assumed due to the flexible supporting rods T.
  • FIG. 5 shows a view of the bath support according to the arrow Z in FIG. 4. This shows the smooth surface of the belt X with its ceramic disks Y attached to it in a chain-like manner. These can be moved continuously or in stages along the blade ring K in order to avoid overheating.
  • the rolling motion indicated by the arrow is particularly low-friction because of the bearing on the rollers C.
  • the holder H is adjusted according to the progress of welding by the robot 5 or 5 'along the edge region of the blade ring K.

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Abstract

Zur Vereinfachung eines Verfahrens zur Herstellung von Radiallaufrädern, insbesondere von Kompressoren oder Laufrädern für hydraulische Maschinen, mittels einer Schweissvorrichtung, wobei der Außenbereich schichtweise aus Schweissmaterialbahnen aufgebaut wird, indem das Schweissmaterial mit der Schweissvorrichtung von der Aussenfläche eines Grundkörpers ausgehend aufgetragen wird und mit einer Steuer- oder Regelvorrichtung die gegenseitige Lage von Schweisszone der Schweissvorrichtung und aufgetragenen Werkstückschichten und/oder die Schweissmaterial-auftragsrate und/oder die Schweissbahngeschwindigkeit fortlaufend bestimmt werden, wird vorgeschlagen, dass der Schweissmaterialauftrag im Aussenbereich (K) des Grundkörpers im wesentlichen kontinuierlich in Form von Doppel-T-förmigen Schweissraupen erfolgt, deren Anfang (a) und Ende (f) jeweils unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind.

Description

Produktionsverfahren für die Herstellung von Radiallaufrädern, insbesondere von Kompressoren und Laufrädern für hydraulische Maschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Radiallaufrädern, insbesondere von Kompressoren oder Laufrädern für hydraulische Maschinen, mit einer Schweissvomchtung, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der EP 0 496 181 A1 ist es bekannt, metallische Werkstücke mit einem formgebenden Auftragsschweissverfahren herzustellen. Ein solches Verfahren besteht darin, das Schweissmatenal, üblicherweise durch Stäbe oder endlose Drähte zugeführt, in Bahnen schichtweise abzulagern, bis die gewünschte Geometrie des Werkstückes erreicht wird. Durch dieses formgebende Auftragsschweissen von Werkstücken ist es möglich, auch grosse und entsprechend schwere Werkstücke herzustellen, die jedoch bezüglich Form relativ einfach, vorwiegend axial- oder rotationssymmetrisch, aus-gestaltet sind, oder aus solchen Formen zusammengesetzt sind. Dabei wird beschrieben, wie Schweissmaterialbahnen mit zwei- oder dreidimensionalen Formen und weitgehend gleichbleibender Beschaffenheit abgelagert werden, so dass Werkstücke mit praktisch beliebigen Formen entstehen, ohne dass ein Stützkörper oder spezieller Manipulator zur Stützung des aufgeschmolzenen Schweissmaterials notwendig ist. So wird auch die Herstellung eines Peltonrades beschreiben, wobei die einzelnen Schaufeln nacheinander hergestellt werden. Hierbei muss der Schweiss-vorgang jeweils unterbrochen werden, so dass mit erheblichen Schweissspannungen und daher Verzug der Schaufelgeometrie gerechnet werden muss. Daher kann die erreichbare Festigkeit beschränkt werden. Zudem erhöht sich der Zeitaufwand erheblich, so dass die Herstellkosten relativ hoch sind.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung dazu zu schaffen, womit eine wirtschaftliche Herstellung von Radiallaufrädern ermöglicht wird, insbesondere hinsichtlich Durchlaufzeiten und Fertigungsqualität. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Formen des Verfahrens. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruches 6 bzw. 11 gekennzeichnet. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum formgebenden Auftragsschweissen des die Schaufeln tragenden Aussenringes eines Radiallaufrades zeichnet sich durch einen praktisch ununterbrochenen Schweissvorgang aus, wobei dies durch die an sich bekannte Kombination von Auftragsschweisstechnik, Computertechnik und Robotik ermöglicht wird. Die angewendeten Schweissverfahren als auch die verwendeten metallischen Werkstoffe sind bekannt. Als Schweissverfahren können Lichtbogen- schweissverfahren oder Laserstrahlschweissverfahren angewendet werden.
Leistungsfähige CAD-Rechnerprogramme erlauben den Entwurf von komplexen, zwei- oder dreidimensionalen Modellen von Werkstücken, die mit Hilfe der Freiformmethode unmittelbar als metallische Werkstücke herstellbar sind. Das Werkstück wird dabei üblicherweise in einen nabenförmigen Grundkörper und eine Vielzahl von Schweissmaterialbahnen zerlegt, die auf dem Grundkörper beginnend aufgetragen werden und somit die Form des Radiallaufrades ergeben. Der bevorzugt geschmiedete Grundkörper dient als Träger einer ersten Schicht von Schweissmatenal, wobei bevorzugt am nabenförmigen Grundkörper die Eintrittsbereiche der Schaufeln ausgefräst sind, da dies noch ohne weiteres möglich ist. Diese in Abwicklung leiterförmigen Bereiche des Schaufelkranzes dienen dann zum Auftragen der Schweissschichten des Aussenrings. Das gesamte Werkstück wird somit auf dem Grundkörper durch die Ablagerung von Schweissmaterialbahnen aufgebaut, wobei der Grundkörper zugleich die Nabe des endgültigen Werkstückes bildet. Die Schweissvomchtung ist vorzugsweise mit Hilfe von eines Roboters zwei- oder dreidimensional im Raum beweglich, während der Grundkörper auf einem Drehtisch mit horizontaler Achse aufgespannt ist, so dass der Schweissvorgang an der höchsten Stelle des Laufrades erfolgt.
Die Geometriedaten des Laufrades und die von der Rechneranlage berechneten Steuer- und Schweissdaten werden einer Anlagensteuerung zugeführt, die den Roboter und die Schweissvomchtung während der Herstellung des Werkstückes kontinuierlich steuert und Abweichungen ggf. ausregelt. Dieses Freiformschweissen wird dabei so durch-geführt, dass eine neu aufgetragene, flüssige Schweissmaterialbahn auf der darunter liegenden Bahn haftet und nicht abfliesst, da die Schweisszone im wesentlichen horizontal verläuft. Die Anlagensteuerung regelt daher kontinuierlich die geometrische Lage der Unterlage eines aufzutragenden Schweissmaterialbahn und/oder die Position des Schweissbrenners, sowie die aufzutragende Schweissmaterialauftragsrate und/oder die Schweissbahngeschwindigkeit.
Die Schweissschichten können durch die kontinuierliche Schwei ssstrategie mit grosser Schweissmaterialauftragsrate in Doppel-T-förmigen Schweissbahnen erstellt werden, wobei bevorzugt zunächst die Randraupen geschweißt werden, die dann durch eine Füllraupe mit höherer Schweissmaterialauftragsrate ausgefüllt werden kann.
Die Schweissmaterialauftragsrate wird zudem bevorzugt derart geregelt, dass Unregelmässigkeiten bestehender Schweissmaterialbahnen detektiert und mit der neu aufgetragenen Schweissmaterialbahn ausgeglichen werden, beispielsweise durch die Überwachung von Schweissparametern wie Schweissstrom und Schweissspannung, oder mittels Sensoren.
Die mit diesem praktisch kontinuierlichen Auftragsschweissen hergestellten Laufräder weisen eine höhere mechanische Festigkeit auf, da die Abkühlgeschwindigkeit des Metalls besser kontrollierbar ist und somit homogenere Gefügestrukturen erzielbar sind. Daher lassen sich z.B. auch Radiallaufräder mit grossen Wandstärkenunterschieden problemlos und rationell herstellen, insbesondere wenn als Grundkörper eine geschmiedete Nabe verwendet wird, an der Eintrittsbereich der Schaufeln, also der radial innen gelegene Schaufelanfang ausgefräst ist. Hierdurch wird zugleich der in der Abwicklung leiterförmige Umfang geschaffen, auf den durch das Auftragsschweissen dann der Aussenring mit den Schaufelenden (Schaufelkranz) schichtweise aufgetragen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere für die schnelle Herstellung von hochfesten Radiallaufrädern, wie sie im Prototypenbau benötigt werden, aber auch für die Reparatur von Schaufelkränzen oder Wasserrädern. Der Verlauf der Schichten sowie die ungefähre Schweissmaterialauftragsrate werden von einer Rechneranlage, ausgehend von einem softwaremässigen, zwei- oder dreidimensionalen Datenmodell des Werkstückes berechnet und der Anlagensteuerung vorgegeben, welche die Schweissvomchtung mit Hilfe des Roboters als auch das auf der Positioniervorrichtung mit einem Drehtisch und einer Einspannvorrichtung fixierte Werkstück gegenseitig positioniert sowie das aufgetragene Schweissmatenal am Schweissgerät so geregelt, dass das flüssige Schweissmatenal auf der darunter liegenden Schicht ohne Abfliessen haftet und Unregelmässigkeiten bahnförmiger Schichten ausgeglichen werden.
Sofern das Abfliessen des noch flüssigen Schweissmaterials, insbesondere im Kantenbereich von überhängenden Schaufeln nur schwierig oder mit erhöhten Zeitaufwand vermeidbar ist, wird zudem eine Vorrichtung in Form einer sog. Badstütze beschrieben, die das Schweissen selbst bei überhängenden Schaufeln ermöglicht. Hierbei wird bevorzugt eine am Roboter angebrachte Halterung mit Keramikscheiben verwendet, die am Kantenbereich des zu schweissenden Schaufelkranzes entlang geführt werden und dabei das Abfliessen der Schweisszone unterbinden. Bevorzugt sind diese Keramikscheiben auf einem umlaufenden Band angeordnet, so dass diese nicht überhitzt werden können. Zudem kann das Band an nachgiebigen Tragstäben gelagert sein, so dass selbst konkave oder konvexe Konturen des Schaufel kranzes passgenau hergestellt werden können. Die Erfindung wird nur anhand von Beispielen erläutert, bei denen als Schweissvomchtung eine MIG- oder WIG- Lichtbogenschweissvorrichtung eingesetzt wird. Es versteht sich von selbst, dass zum Auftragsschweissen auch andere Schweiss- vorrichtungen wie z.B. eine Laserstrahlschweissvorrichtung geeignet ist, wobei ein Sensor zur Bestimmung der gegenseitigen Lage zwischen der Schweissvomchtung und der Unterlage der aufzutragenden Schweissmaterialbahn verwendet wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines hergestellten Radiallaufrades;
Fig. 3 schematisch den Schweissverlauf auf einer Abwicklung des Radiallaufrades;
Fig. 4 eine Hilfs-Vorrichtung in Form einer sog. Badstütze in Seitenansicht; und
Fig. 5 eine Ansicht der Hilfs-Vorrichtung gemäss Fig. 4 in Achsrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Auftragsschweissanlage zur Herstellung eines Radiallaufrades 1 , das durch formgebendes Auftragsschweissen auf einen nabenförmigen Grundkörper 3 hergestellt wird. Der Grundkörper 3 ist bevorzugt ein geschmiedeter Rohling, dessen Aussenkontur gedreht ist und an dem die Schaufel-Innenbereiche ausgefräst sind. Dieser Grundkörper 3 ist in einer mehrdimensional beweglichen Einspannvorrichtung 2 aufgespannt, die von einer Anlagensteuerung 10 gesteuert wird. Im vorliegenden Beispiel wird ein um zwei Achsen beweglicher Drehtisch als Positioniervorrichtung 4 eingesetzt, wobei der Grundkörper 3 um eine horizontale Achse A drehbar ist. Eine Schweissvomchtung 7 wird von einem an sich bekannten Schweissgerät 8 mit Energie, Schweissdraht 6 und Schutzgas 9 versorgt. Die Anlagensteuerung 10 positioniert mit Hilfe des Roboters 5 den Schweissbrenner 7 und mit Hilfe des Drehtisches das Werkstück 1 derart, dass die aufzutragende, bahnförmige Schicht ungefähr horizontal liegt und an der höchsten Stelle mit der Schweissvomchtung 7 geschweisst wird. Zusätzlich regelt die Anlagensteuerung 10 die aufgetragene Schweissmaterialauftragsrate nach einer in Fig. 3 beschriebenen Vorgehensweise.
Die Rechneranlage 11 berechnet, ausgehend von einem dreidimensionalen Modell des Laufrades 1 , den bahnförmigen Verlauf der Schweissmaterialschichten, sowie eine ungefähre Schweissmaterialauftragsrate und/oder Schweissbahngeschwindigkeit, und übermittelt die Werte der Anlagensteuerung 10.
In Fig. 2 ist ein Beispiel eines Radiallaufrades 1 dargestellt. Auf dessen nabenförmigen Grundkörper 3 wird im Aussenbereich kontinuierlich Schweissmatenal in bahnförmigen Schichten aufgetragen, so dass der Schaufelring R im Kranzbereich K ausgebildet wird, wie dies punktiert dargestellt ist. Aus Fig. 2 mit dem nabenförmigen Grundkörper 3 im Querschnitt wird auch dessen Aufspannung an der Einspannvorrichtung 2 und die radial innenliegenden Anfangsbereiche der Schaufeln S (mit dazwischen gebildeten Durchtrittskanälen D) ersichtlich.
Im Diagramm der Fig. 3 ist die Abwicklung des Schaufelkranzes K mit den Durchtrittskanälen D dargestellt, sowie die Schweissabfolge veranschaulicht, mit der bahnförmige Schichten auf die jeweils überdeckte Schweissmaterialschicht aufgebracht wird. Die bahnförmigen Schichten werden dabei derart aufgetragen, dass die neue Schicht ungefähr horizontal verläuft, wobei die bestehende Schicht in eine entsprechend verlaufende Lage gebracht wurde. Von der Rechneranlage 11 wird der bahnförmige Verlauf der Schweissmaterialschichten sowie die ungefähre Schweissmaterial-auftragsrate und/oder Schweissbahngeschwindigkeit im Sinne einer Steuerung vorgegeben. Der Schichtverlauf der untenliegenden Schicht bzw. der Abstand zwischen Schweissbrenner und der Werkstückoberfläche, kann von der Anlagensteuerung 10 durch die Messung von Schweissparametern, vorzugsweise Schweissstrom und Schweissspannung, während dem Schweissvorgang kontinuierlich bestimmt werden. Die Anlagensteuerung 10 regelt die Schweissmaterialauftragsrate und/oder die Schweiss-bahngeschwindigkeit vorzugsweise so, dass der Abstand konstant gehalten wird, so dass Unregelmässigkeiten ausgeglichen werden. Schweissmaterialbahnen werden vorzugsweise in einer Lage um die Horizontale aufgetragen, weil das flüssige Schweiss-material in dieser Lage nicht abfliessen kann. Die Anlagensteuerung 10 ist somit bestrebt, während dem nachfolgenden, horizontalen Auftragsschweissvorgang einen konstanten Abstand zwischen Schweissdüse und der neu aufgetragenen Schweiss-materialbahn einzuhalten, und somit Unregelmässigkeiten durch eine Variation der Schweissmaterialauftragsrate und/oder der Schweissbahngeschwindigkeit auszu-gleichen, so dass der resultierende Schichtenverlauf der neuen Schicht möglichst dem vorgegebenen, vorzugsweise horizontalen Verlauf entspricht. Dieses Regelkonzept gewährleistet, dass die aufgetragene Schweissmaterialbahn dem vorgegebenen Verlauf entspricht.
Wesentlich ist hierbei, dass die mit bahnförmigen Schweissmaterialschichten jeweils eine Doppel-T-Form aufweisen, also der hier links oben erste Schweissanfang a der Randraupe etwa in der Mittelebene des hier linken Durchtrittskanals D angeordnet ist. Die Schweissvomchtung 7 verfährt mit vorgegebener Schweissmaterialauftragsrate zunächst gegen den Uhrzeigersinn über die Punkte b, c und d (unter Bildung der Schaufelschicht) zum Endpunkt e zurück, was dem Anfangspunkt a entspricht. Dann wird wiederum im wesentlichen gegen den Uhrzeigersinn die innere Füllraupe gebildet, bis die Schweissdüse 7 zum Punkt f gelangt. Im direkten Anschluss fährt die Schweiss-vorrichtung 7 fort, den hier mittleren Abschnitt zu schweissen, indem vom Punkt f auf den unmittelbar benachbarten Punkt a (des mittleren Teils) übergegangen wird. Dies kann praktisch kontinuierlich erfolgen, was für die hier vorgeschlagene Schweiss- und Füllstrategie zur Herstellung eines aus Schichten aufgebauten Radiallaufrades wesentlich ist. Der hier mittlere Bereich, in dem die Füllraupe nicht dargestellt ist, wird wiederum über die Punkte b, c, d, e (hier im Uhrzeigersinn) zunächst die Randraupe aufgetragen und dann deren Füllung vorgenommen. Unter Füllung des Schaufel-bereiches S gelangt die Schweissdüse zum hier oben gelegenen Endpunkt f. Hieran schliesst sich der Teilschweissschritt des rechten Bereiches an, der identisch zum hier linken Schritt ist, nämlich wiederum der direkte Übergang vom Endpunkt f zum nächsten Anfangspunkt a. Durch die direkte Nachbarschaft, aufgrund der spiegelbildlichen Teilschritte, einmal gegen den Uhrzeigersinn und dann im Uhrzeigersinn, erfolgt ein kontinuierlicher Schweissvorgang, so dass die Schweissqualität gesteigert und die Durchlaufzeit reduziert wird. Durch diese Schweissstrategie ist es auch möglich, Unregelmässigkeiten im Schichtenverlauf auszugleichen, was bewirkt, dass Vertiefungen mit der nachfolgenden Schicht durch Schweissmatenal gefüllt werden.
Fig. 2 zeigt das mit dem erfindungsgemässen Verfahren gefertigte Radiallaufrad 1 in nahezu fertiggestellten Zustand. Als Grundkörper 3 dient bevorzugt eine geschmiedete Nabe mit im Eintrittsbereich ausgefrästen Schaufeln S. Auf diesen Grundkörper 3, bei dem die Schaufeln S in der Abwicklung praktisch die Quersprossen einer Leite bilden, kann im folgenden Arbeitsschritt die Auftragsschweissung gemäss Fig. 3 unmittelbar erfolgen. Auf die ausgefrästen, inneren Schaufelenden werden die einzelnen Schaufeln S des Schaufelkranzes K verfahrensgemäss durch Freiformschweissen schichtweise aufgetragen. Somit werden Schweissmaterialschichten aufgetragen, bis die Form der Schaufel S erreicht ist. Während der Herstellung kann durch das frei wählbare Arbeits-tempo und andere geeignete Massnahmen, wie z.B. Kühlen oder Erwärmen eine zu hohe oder zu tiefe Temperatur der Schaufel vermieden werden und, für die Gefüge-struktur wichtig, ähnliche Abkühlbedingungen erreicht werden. Das formgebende Auftragsschweissen kann durch andere Bearbeitungsvorgänge am Werkstück unter-brochen werden. Während der Herstellung eines Radiallaufrades 1 kann z.B. im oberen Bereich des Drehtisches 4 ein Teil des Schaufelkranzes K durch Auftragschweissen erstellt werden und im unteren oder seitlichen Bereich andere Schaufeln S des Rades gleichzeitig mechanisch bearbeitet werden.
In Fig. 4 ist eine Hilfs-Vorrichtung in Form einer sog. Badstütze dargestellt, mit der das Abfliessen von noch flüssiger Schweissmasse im Kantenbereich des Schaufelkranzes K sicher vermieden werden kann, insbesondere wenn die Schaufeln S eine überhängende Form aufweisen. Die Badstütze kann hierbei zusammen mit der Schweissvomchtung 7 an dem vorstehend beschriebenen Roboter 5 angebracht sein, oder bevorzugt mittels einer Halterung H an einem Auslegerarm eines Hilfs-Roboters 5'. In der Halterung H ist wenigstens ein Tragstab T gelagert, an dessen freiem Ende eine Hülse oder Rolle C, bevorzugt mit Nadellagern angeordnet ist. Hierdurch kann ein Band X, bevorzugt mit Keramikscheiben Y am Umfang der Schaufeln S entlanggeführt werden, wobei aufgrund der nachgiebigen Tragstäbe T auch eine konvexe oder konkave Kontur eingenommen werden kann.
In Fig. 5 ist eine Ansicht der Badstütze gemäss dem Pfeil Z in Fig. 4 gezeigt. Hieraus ist die glattflächige Anlage des Bandes X mit seinen darauf kettenartig angebrachten Keramikscheiben Y ersichtlich. Diese können kontinuierlich oder stufenweise entlang dem Schaufelkranz K bewegt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden. Die mittels Pfeil angedeutete Abrollbewegung erfolgt wegen der Lagerung an den Rollen C besonders reibungsarm. Die Halterung H wird entsprechend dem Schweissfortschritt durch den Roboter 5 bzw. 5' entlang dem Kantenbereich des Schaufelkranzes K nachgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Radiallaufrädern, insbesondere von Kompressoren oder Laufrädern für hydraulische Maschinen, mittels einer Schweissvorrichtung, wobei der Außenbereich schichtweise aus Schweissmaterialbahnen aufgebaut wird, indem das Schweissmatenal mit der Schweissvorrichtung von der Aussen-fläche eines Grundkörpers (3) ausgehend aufgetragen wird und mit einer Steuer- oder Regelvorrichtung die gegenseitige Lage von Schweisszone der Schweiss-vorrichtung und aufgetragenen Werkstückschichten und/oder die Schweiss-materialauftragsrate und/oder die Schweissbahngeschwindigkeit fortlaufend bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweissmaterialauftrag im Aussenbereich (K) des Grundkörpers (3) im wesentlichen kontinuierlich in Form von Doppel-T-förmigen Schweissraupen erfolgt, deren Anfang (a) und Ende (f) jeweils unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Schweissvorrichtung (7) eine Lichtbogenschweissvorrichtung eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Schweissvorrichtung (7) eine Laserstrahlschweissvorrichtung eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eventuelle Unebenheiten bahnförmiger Schichten detektiert werden und zu deren Ausgleich die Schweissmaterialauftragsrate und/oder die Schweissbahngeschwindigkeit korrigiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Rechenprogramm das Radiallaufrad (1) in einen nabenförmigen Grund-körper (3) und einen Ring (R) mit einer Vielzahl von Schichten zerlegt wird, woraus die Schweissstrategie, insbesondere die Schweissmaterialbahn und/oder Schweissmaterialauftragsrate und/oder Schweissbahngeschwindigkeit und/oder die gegenseitige Lage von Schweisszone und Werkstück berechnet werden.
6. Vorrichtung zum Herstellen von Radiallaufrädern mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlagensteuerung (10) die gegenseitige Lage von Schweisszone (K) und aufgetragenen Werk-stückschichten und/oder die Schweissmaterialauftragsrate und/oder die Schweissbahngeschwindigkeit kontinuierlich regelt.
7. Vorrichtung zum Herstellen von Radiallaufrädern mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schweissbrenner (7) an einem Roboter (5) befestigt ist und eine Positioniervorrichtung (4) für das Radiallaufrad (1) eine horizontale Achse (A) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechneranlage (11) die geometrischen Daten und die Schweissdaten zur Herstellung des Radiallaufrades (1) der untergeordneten Anlagensteuerung (10) übermittelt.
9. Radiallaufrad mit Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (S) in ihren radialen Aussenbereich mit einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 5 und/oder mit einer der Vorrichtungen der Ansprüche 6 bis 8 hergestellt sind.
10. Radiallaufrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auftragsschweissen der Eintrittsbereich der Schaufeln (S) aus dem vorzugsweise geschmiedeten, nabenförmigen Grundkörper (3) ausgefräst werden.
11. Vorrichtung zum Herstellen von Radiallaufrädern, insbesondere mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und/oder einer Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schweisszone (K) eine Badstütze, insbesondere in Form eines Bandes (X) mittels eines Roboters (5, 5') positioniert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Band (X) mit Keramikscheiben (Y) versehen und an Rollen (C) geführt ist, die vorzugsweise an nachgiebigen Tragstäben (T) einer Halterung (H) gelagert sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014187688A1 (de) * 2013-05-22 2014-11-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum erzeugen eines schalenförmigen bauteils sowie zur anwendung dieses verfahrens geeignete herstellungsanlage
DE102014102974A1 (de) 2014-03-06 2015-09-10 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur individualisierten Anpassung der Form von Bauteilen
EP3053677A1 (de) * 2015-02-03 2016-08-10 Hamilton Sundstrand Corporation Hybrides additives fertigungsverfahren für rotor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4842186A (en) * 1987-10-30 1989-06-27 The Babock & Wilcox Company Method and apparatus for building a workpiece by deposit welding
DE3942051A1 (de) * 1989-02-08 1990-08-09 Gen Electric Verfahren zum herstellen von gegenstaenden durch schichtenweise aufbringung
EP0496181A1 (de) * 1991-01-21 1992-07-29 Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von metallischen Werkstücken mit einer Schweissvorrichtung und Vorrichtung zur Ausführung desselben
US5160822A (en) * 1991-05-14 1992-11-03 General Electric Company Method for depositing material on the tip of a gas turbine engine airfoil using linear translational welding
JPH1119766A (ja) * 1997-06-30 1999-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光ビーム加熱装置
US6326585B1 (en) * 1998-07-14 2001-12-04 General Electric Company Apparatus for laser twist weld of compressor blisks airfoils

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4842186A (en) * 1987-10-30 1989-06-27 The Babock & Wilcox Company Method and apparatus for building a workpiece by deposit welding
DE3942051A1 (de) * 1989-02-08 1990-08-09 Gen Electric Verfahren zum herstellen von gegenstaenden durch schichtenweise aufbringung
EP0496181A1 (de) * 1991-01-21 1992-07-29 Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von metallischen Werkstücken mit einer Schweissvorrichtung und Vorrichtung zur Ausführung desselben
US5160822A (en) * 1991-05-14 1992-11-03 General Electric Company Method for depositing material on the tip of a gas turbine engine airfoil using linear translational welding
JPH1119766A (ja) * 1997-06-30 1999-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光ビーム加熱装置
US6326585B1 (en) * 1998-07-14 2001-12-04 General Electric Company Apparatus for laser twist weld of compressor blisks airfoils

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 04 30 April 1999 (1999-04-30) *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014187688A1 (de) * 2013-05-22 2014-11-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum erzeugen eines schalenförmigen bauteils sowie zur anwendung dieses verfahrens geeignete herstellungsanlage
US10099288B2 (en) 2013-05-22 2018-10-16 Siemens Aktiengesellschaft Method for producing a shell-shaped component and production system suitable for the use of said method
DE102014102974A1 (de) 2014-03-06 2015-09-10 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur individualisierten Anpassung der Form von Bauteilen
US10493513B2 (en) 2014-03-06 2019-12-03 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Method for the individualized adaptation of the shape of components
EP3053677A1 (de) * 2015-02-03 2016-08-10 Hamilton Sundstrand Corporation Hybrides additives fertigungsverfahren für rotor

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