WO2006074650A1 - Spannvorrichtung - Google Patents

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Erwin Bayer
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Mtu Aero Engines Gmbh
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    • B25B5/00—Clamps
    • B25B5/14—Clamps for work of special profile

Definitions

  • the invention relates to a clamping device for a component to be machined, in particular for a gas turbine blade to be machined.
  • the present invention is based on the problem of creating a novel clamping device for a component to be machined, in particular for a gas turbine blade to be machined.
  • the tensioning device according to the invention has at least one tension pad filled with a magnetically sensitive or electrically sensitive or pressure-sensitive medium, wherein the or each tension pad can be conformed to a surface of the component to be machined while deforming the jamming tension pad, and furthermore by applying a magnetic field or by applying an electric field or by applying a pressure that or j edes clamping pad is stiffened so as to clamp the component to be machined.
  • the tension pads filled with a magnetically sensitive or an electrically sensitive or a pressure-sensitive medium can be clinging to surfaces of the component to be clamped or machined and stiffened by applying a magnetic field or an electric field or by applying a pressure.
  • the clamping cushions conform precisely to the individual surface of the component to be clamped and machined.
  • the device according to the invention is accordingly suitable for a large number of different components.
  • Fig. 1 is a schematic view of a tensioning device according to the invention.
  • Fig. 1 schematically shows a tensioning device 10 according to the invention together with an airfoil 11 of a gas turbine blade 12 to be tensioned in the tensioning device 10 according to the invention.
  • the tensioning device 10 of FIG. 1 has a housing 13 of a lower part 14 and an upper part 15, wherein the upper part 15 is pivotally connected to the lower part 14 via a hinge 16 to open or close the clamping device 10 by pivoting the upper part 15 relative to the lower part 14.
  • a plurality of bearing pins 17 are arranged.
  • the bearing pins 17 form contact points 18 for a component to be clamped in the tensioning device 10, namely for the gas turbine blade 12.
  • the airfoil 11 of the gas turbine blade 12 with one side, namely in the embodiment of FIG. 1 with a pressure side 19, one side of the bearing pins 17 and the bearing points 18 of the same stored.
  • the gas turbine blade 12 is brought from both sides, ie both of the pressure side 19 and of the pressure side 19 opposite suction side 20 of the airfoil 11 in each case at least one clamping pad 21 and 22 on the airfoil 11 to the plant. So Fig. 1 that on the pressure side 19, the clamping pad 21 and on the suction side 20, the clamping pad 22 is brought to bear.
  • the clamping pads 21 and 22 are in each case filled with a magnetically sensitive medium and, with plastic deformation thereof, can be conformed to the pressure side 19 or the suction side 20 of the blade 11.
  • biasing means 23 and 24 are integrated into the clamping device.
  • the tensioning pads 21 and 22 can be applied or snugly fitted to the surfaces 19 and 20 of the airfoil 11.
  • the biasing means 23 and 24 of the tensioning device 10 according to the invention may be designed as pneumatic or hydraulic biasing means.
  • a generator 25 for generating a magnetic field integrated.
  • the generator 25 for generating a magnetic field is a magnetic coil.
  • the clamping pads 21 and 22 which are snuggled against the blade 11, can be stiffened. Namely, by applying the magnetic field, the magnetically sensitive medium of the tensioning pads 21 and 22 stiffen, so that no deformation of the tensioning pads 21 and 22 is possible while maintaining the magnetic field.
  • the gas turbine blade 12 thus tensioned in the tensioning device 10 can then be machined, for example by milling, in the region of a blade foot (not shown) and / or in the region of a tip of the blade (not shown).
  • the clamping pads 21 and 22 are filled with a magnetically sensitive medium, namely a magnetically sensitive fluid such as a liquid or a gel. It is also possible that the clamping pads 21 and 22 are filled with an electrically-sensitive or a pressure-sensitive medium. In this case, then by applying an electric field or by applying a mechanical pressure, the j e election dangling cushion stiffened.
  • the integrated into the bearing pins 17 sensors can be designed as resistance sensors or as capacitive sensors.
  • the stiffening of the tensioning pads 21 and 22 can be regulated by generating an individually adapted magnetic field.
  • the measured values provided by the sensors are assigned to a control device (not shown). leads, which compares the measured values with a desired value and generates a control signal for the generator 25 as a function of this comparison.
  • the tensioning device 10 With the aid of the tensioning device 10 according to the invention, it is possible to clamp complex-shaped components, such as gas turbine components, in a form-adapted manner so as to be able to absorb the highest possible machining forces during subsequent machining of the tensioned components, without the position of the component to be machined in the Editing changed.
  • the tensioning pads of the tensioning device according to the invention conform individually to the component, which in each case is to be excited. After individual fitting of the clamping pad to the component to be clamped, the clamping pads are stiffened so as to tension the component.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für ein zu bearbeitendes Bauteil, insbesondere für eine zu bearbeitende Gasturbinenschaufel (12) , mit mindestens einem mit einem magnetisch-sensitiven oder einem elektrisch-sensitiven oder einem druck-sensitiven Medium gefüllten Spannkissen (21, 22) , wobei das oder jedes Spannkissen (21, 22) unter Verformung des jeweiligen Spannkissens an eine Fläche des zu bearbeitenden Bauteils (12) anschmiegbar ist, und wobei weiterhin durch Anlegen eines magnetischen Felds oder durch Anlegen eines elektrischen Felds oder durch Aufbringen eines Drucks das oder jedes Spannkissen (21, 22) versteifbar ist, um so das zu bearbeitende Bauteil (12) zu spannen.

Description

Spannvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für ein zu bearbeitendes Bauteil , insbesondere für eine zu bearbeitende Gasturbinenschaufel .
Das Spannen von komplex geformten Bauteilen, so zum Beispiel von Gastur- binenschaufein, bereitet mit aus dem Stand der Technik bekannten Spannvorrichtungen erhebliche Schwierigkeiten . So lassen sich komplex geformte Bauteile entweder gar nicht spannen oder die erforderlichen Spannvorrichtungen sind unhandlich und teuer . Bedingt dadurch, dass das Spannen von komplex geformten Bauteilen nach dem Stand der Technik nur unzureichend möglich ist , bereitet auch die Bearbeitung dieser Bauteile zum Beispiel durch Fräsen Schwierigkeiten .
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Spannvorrichtung für ein zu bearbeitendes Bauteil , insbesondere für eine zu bearbeitende Gasturbinenschaufel , zu schaffen .
Dieses Problem wird durch eine Spannvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst . Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung weist mindestens ein mit einem magnetisch-sensitiven oder einem elektrisch-sensitiven oder einem drucksensitiven Medium gefülltes Spannkissen auf , wobei das oder jedes Spannkissen unter Verformung des j eweiligen Spannkissens an eine Fläche des zu bearbeitenden Bauteils anschmiegbar ist , und wobei weiterhin durch Anlegen eines magnetischen Felds oder durch Anlegen eines elektrischen Felds oder durch Aufbringen eines Drucks das oder j edes Spannkissen versteifbar ist , um so das zu bearbeitende Bauteil zu spannen .
Mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung lassen sich komplex geformte Bauteile, so zum Beispiel Gasturbinenschaufeln, einfach und sicher spannen . Die mit einem magnetisch-sensitiven oder einem elektrisch-sensitiven oder einem druck-sensitiven Medium gefüllten Spannkissen lassen sich an Oberflächen des zu spannenden bzw. zu bearbeitenden Bauteils anschmiegen und durch Anlegen eines magnetischen Felds oder eines elektrischen Felds oder durch Aufbringen eines Drucks versteifen .
Es ist ein formangepasstes Spannen der komplex geformten Bauteile über einen großen Oberflächenbereich derselben möglich, sodass hohe Bearbeitungskräfte beim Bearbeiten der gespannten Bauteile aufgenommen werden können . Die Spannkissen schmiegen sich j eweils formgenau an die individuelle Oberfläche des zu spannenden sowie zu bearbeitenden Bauteils an . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demnach für eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile geeignet .
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung . Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert . Dabei zeigt :
Fig . 1 einen schematisierte Ansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Fig . 1 in größerem Detail beschrieben .
Fig . 1 zeigt schematisiert eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung 10 zusammen mit einem Schaufelblatt 11 einer in der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 10 zu spannenden Gasturbinenschaufel 12. Die Spannvorrichtung 10 der Fig . 1 verfügt über ein Gehäuse 13 aus einem Unterteil 14 und einem Oberteil 15 , wobei das Oberteil 15 mit dem Unterteil 14 über ein Scharnier 16 schwenkbar verbunden ist, um durch Verschwenken des Oberteils 15 relativ zum Unterteil 14 die Spannvorrichtung 10 zu öffnen oder zu schließen .
In der Spannvorrichtung 10 sind mehrere Lagerstifte 17 angeordnet . Die Lagerstifte 17 bilden Anlagepunkte 18 für ein in der Spannvorrichtung 10 zu spannendes Bauteil , nämlich für die Gasturbinenschaufel 12. Wie Fig . 1 entnommen werden kann, wird das Schaufelblatt 11 der Gasturbinenschaufel 12 mit einer Seite , nämlich im Ausführungsbeispiel der Fig . 1 mit einer Druckseite 19 , einseitig auf den Lagerstiften 17 bzw. den Anlagepunkten 18 desselben gelagert .
Zum Spannen der Gasturbinenschaufel 12 wird von beiden Seiten, also sowohl von der Druckseite 19 als auch von einer der Druckseite 19 gegenüberliegenden Saugseite 20 des Schaufelblatts 11 j eweils mindestens ein Spannkissen 21 bzw. 22 an dem Schaufelblatt 11 zur Anlage gebracht . So kann Fig . 1 entnommen werden, dass auf der Druckseite 19 das Spannkissen 21 und auf der Saugseite 20 das Spannkissen 22 zur Anlage gebracht wird. Die Spannkissen 21 und 22 sind j eweils mit einem magnetisch-sensitiven Medium gefüllt und sind unter plastischer Verformung derselben an die Druckseite 19 bzw. die Saugseite 20 des Schaufelblatts 11 anschmiegbar . Zum Anschmiegen der Spannkissen 21 und 22 an der Druckseite 19 sowie der Saugseite 20 des Schaufelblatts 11 sind in die Spannvorrichtung 10 Vorspanneinrichtungen 23 und 24 integriert . Mithilfe der Vorspanneinrichtungen 23 und 24 können die Spannkissen 21 uns 22 konturgenau an die Oberflächen 19 und 20 des Schaufelblatts 11 angelegt bzw. angeschmiegt werden . Die Vorspanneinrichtungen 23 und 24 der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 10 können als pneumatische oder hydraulische Vorspanneinrichtungen ausgeführt sein .
Weiterhin ist in die Spannvorrichtung 10 des Ausführungsbeispiels der Fig . 1 ein Generator 25 zur Erzeugung eines magnetischen Felds integriert . Bei dem Generator 25 zur Erzeugung eines magnetischen Felds handelt es sich um eine Magnetspule . Durch Erzeugen sowie Anlegen eines magnetischen Felds können die an das Schaufelblatt 11 angeschmiegten Spann- kissen 21 und 22 versteift werden . Durch Anlegen des magnetischen Felds versteift sich nämlich das magnetisch-sensitive Medium der Spannkissen 21 und 22 , sodass unter Aufrechterhaltung des magnetischen Felds keine Verformung der Spannkissen 21 und 22 mehr möglich ist .
Die so in der Spannvorrichtung 10 gespannte Gasturbinenschaufel 12 kann dann im Bereich eines nicht-dargestellten Schaufelfußes und/oder im Bereich einer nicht dargestellten Spitze des Schaufelblatts zum Beispiel durch Fräsen bearbeitet werden .
Im Ausführungsbeispiel der Fig . 1 sind die Spannkissen 21 und 22 mit einem magnetisch-sensitiven Medium, nämlich einem magnetisch-sensitiven Fluid wie einer Flüssigkeit oder einem Gel , gefüllt . Es ist auch möglich, dass die Spannkissen 21 und 22 mit einem elektrisch-sensitiven oder einem druck-sensitiven Medium gefüllt sind . In diesem Fall wird dann durch Anlegen eines elektrischen Felds oder durch Aufbringen eines mechanischen Drucks das j eweilige Spannkissen versteift .
Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, in die Lagerstifte 17 Sensoren zu integrieren, um so die durch die Spannkissen 21 und 22 aufgebrachte und auf das Schaufelblatt 11 einwirkende Spannkraft zu messen . Die in die Lagerstifte 17 integrierten Sensoren können als Widerstandssensoren oder auch als kapazitive Sensoren ausgebildet sein . Auf Basis der von den Sensoren bereitgestellten Messwerte kann das Versteifen der Spannkissen 21 und 22 durch Erzeugen eines individuell angepassten magnetischen Felds geregelt werden . Hierzu werden die von den Sensoren bereitgestellten Messwerte einer nicht-dargestellten Regelungseinrichtung zuge- führt , welche die Messwerte mit einem Sollwert vergleicht und abhängig von diesem Vergleich ein Stellsignal für den Generator 25 erzeugt .
Mithilfe der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 10 ist ein formangepass- tes Spannen von komplex geformten Bauteilen, wie zum Beispiel Gasturbinenbauteilen, möglich, um so bei einer nachfolgenden Bearbeitung der gespannten Bauteile möglichst hohe Bearbeitungskräfte aufnehmen zu können, ohne dass sich die Lage des zu bearbeitenden Bauteils bei der Bearbeitung verändert . Die Spannkissen der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung schmiegen sich individuell an das j eweils zu spannende Bauteil an . Nach individuellem Anschmiegen der Spannkissen an das zu spannende Bauteil werden die Spannkissen versteift , um so das Bauteil zu spannen .

Claims

Patentansprüche
1. Spannvorrichtung für ein zu bearbeitendes Bauteil , insbesondere für eine zu bearbeitende Gasturbinenschaufel ( 12 ) , mit mindestens einem mit einem magnetisch-sensitiven oder einem elektrisch-sensitiven o- der einem druck-sensitiven Medium gefüllten Spannkissen (21 , 22 ) , wobei das oder jedes Spannkissen (21 , 22 ) unter Verformung des jeweiligen Spannkissens an eine Fläche des zu bearbeitenden Bauteils (12 ) anschmiegbar ist , und wobei weiterhin durch Anlegen eines magnetischen Felds oder durch Anlegen eines elektrischen Felds oder durch Aufbringen eines Drucks das oder j edes Spannkissen ( 21 , 22 ) versteifbar ist , um so das zu bearbeitende Bauteil ( 12 ) zu spannen .
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch
Anlagepunkte (18) für das zu bearbeitende Bauteil (12 ) bildende Lagerstifte ( 17 ) , die der einseitigen Lagerung des zu bearbeitenden Bauteils ( 12 ) dienen .
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass von mindestens zwei Seiten ( 19 , 20 ) des zu bearbeitenden Bauteils (12 ) jeweils mindestens ein Spannkissen (21, 22 ) an das zu bearbeitende Bauteil unter Verformung desselben anschmiegbar ist .
4. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 , gekennzeichnet durch mindestens eine Vorspanneinrichtung (23 , 24 ) , um das oder jedes Spannkissen (21 , 22 ) unter Verformung desselben an das zu bearbeitende Bauteil (12 ) anzuschmiegen .
5. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens einen Generator ( 25 ) , um ein magnetisches Feld zu erzeugen und durch Anlegen des magnetischen Felds das oder j edes Spannkissen (21 , 22 ) zu versteifen .
6. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 , gekennzeichnet durch mindestens einen Generator, um ein elektrisches Feld zu erzeugen und durch Anlegen des elektrischen Felds das oder j edes Spannkissen zu versteifen .
7. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 , gekennzeichnet durch mindestens einen Generator, um einen Druck zu erzeugen und durch Aufbringen des Drucks das oder j edes Spannkissen zu versteifen .
8. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Seite , nämlich eine Druckseite ( 19 ) oder eine Saugseite (20 ) , eines Schaufelblatts ( 11) einer zu bearbeitenden Gasturbinenschaufel ( 12 ) auf den Anlagepunkten ( 18 ) der Lagerstifte ( 17 ) lagerbar ist .
9. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass an gegenüberliegenden Seiten, nämlich an einer Druckseite ( 19 ) und einer Saugseite ( 20 ) , eines Schaufelblatts ( 11) einer zu bearbeitenden Gasturbinenschaufel (12 ) j eweils mindestens ein Spannkissen ( 21 , 22 ) unter Verformung derselben anschmiegbar ist , wobei durch Anlegen eines magnetischen Felds oder durch Anlegen eines e- lektrischen Felds oder durch Aufbringens eines Drucks das oder j edes Spannkissen versteifbar ist , um so die zu bearbeitende Gasturbinenschaufel zu spannen .
10. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , dass das oder jedes Spannkissen ( 21 , 22 ) mit einem magnetischsensitiven oder einem elektrisch-sensitiven oder einem drucksensitiven Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit oder einem Gel , gefüllt ist .
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