WO2012140103A1 - Method for producing a single-piece rotor portion and single-piece rotor portion - Google Patents
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Definitions
- the blade elements and integral therewith executed annular base body be designed appropriately massive ⁇ lead.
- the undesirably high use of material increases the overall weight and manufacturing costs of a jet engine, which is not desirable.
- the present invention is therefore based on the object to provide a method for producing a one-piece rotor section, preferably a jet engine, avail ⁇ supply, by means of which one-piece rotor sections with high resistance to foreign body damage and against vibration loads at the same time low component weight can be produced.
- the invention has for its object to provide a one-piece rotor area available, which is characterized by a high resistance to foreign body damage and vibration loads, is inexpensive to produce and whose surface is designed with a low roughness. According to the invention this object is achieved with a method having the features of claim 1 and with a einstü ⁇ ckigen rotor portion having the features of patent claim. 9
- the hydraulic pressure is applied to the drive device 20 and a piston element 23 moves out of a cylinder element 24 of the drive device 20 due to the applied hydraulic pressure, whereby a distance between the ends 25 facing away from the rolling regions 21 and 22 results from such a change in operating state of the drive device 20 and 26 the pliers body 17 and 18 is increased, while the distance between the Wälz Schemeen 21 and 22 is reduced in accordance with the geometric conditions in dependence of the rotational movement of the pliers body 17 and 18 to the pivot bearing 19 around.
- the pliers body 17 and 18 are each rotatably connected to the drive device 20 in the region of their ends 25 and 26.
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Abstract
The invention relates to a method for producing a single-piece rotor portion (9), especially of a jet engine (1). The rotor portion (9) comprises an annular base (10) and a plurality of blade elements (11) distributed over the periphery and extending away from the base (10) in a substantially radial fashion. Residual stress is introduced by deep rolling into near-surface portions of the blade elements (11) by means of deep rolling tools that engage between the blade elements. During deep rolling, a portion of a blade element (11) is arranged between portions of the deep-rolling tool and lateral sides of the blade element are deep-rolled at the same time. According to the invention, the deep-rolling tool is introduced radially between the blade elements (11) and the surfaces of the blade elements are deep-rolled, resulting in at least the blade elements (11) having deep-rolled surfaces.
Description
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES EINSTÜCKIGEN ROTORBEREICHES METHOD FOR PRODUCING A ONE-PIECE ROTOR AREA
UND EINSTÜCKIGER ROTORBEREICH AND ONE PIECE OF ROTOR
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Rotorbereiches gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einen einstückigen Rotorbereich gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 9 näher definierten Art. The invention relates to a method for producing a one-piece rotor region according to the preamble of claim 1 and an integral rotor portion according to the closer defined in the preamble of claim 9. Art.
Aus der Praxis bekannte Strahltriebwerke sind stromab ei¬ nes Bläsers mit mehrstufigen Verdichtern ausgeführt, in deren Bereich der in einem Kernstrom geführte Luftstrom stufenweise auf ein gewünschtes Druckniveau geführt wird. Die einzelnen Verdichterstufen sind durch im Betrieb eines Strahltriebwerkes rotierende Schaufelelemente bzw. rotierende Laufschaufeln von einstückigen Rotorbereichen und damit korrespondierenden Schaufelelementen bzw. stillstehenden Leitschaufeln gebildet. Known from practice jet engines ei ¬ nes blower are carried downstream with multistage compressors, is gradually performed in the region of which run in a core flow stream of air to a desired pressure level. The individual compressor stages are formed by rotor elements rotating in the operation of a jet engine or rotating blades of one-piece rotor regions and thus corresponding blade elements or stationary vanes.
Im Bereich der stillstehenden Leiträder wirken im Betrieb eines Strahltriebwerkes vergleichsweise geringe mechanische Lasten, da einerseits keine rotationsbedingten Zentrifugal¬ kräfte angreifen und andererseits Schaufelschwingungen durch die Eigenspannung des Strömungsprofils des Fuß- und Kopfbe¬ reichs minimiert werden. In the region of the stationary stators act comparatively low mechanical loads in the operation of a jet engine, on the one hand not attack due to rotation centrifugal forces ¬ and secondly blade vibrations are minimized by the residual stress of the flow profile of the foot and Kopfbe ¬ kingdom.
Im Bereich der rotierenden Laufschaufeln wirken im Betrieb eines Strahltriebwerkes jedoch hohe mechanische Lasten. Ihre Gesamtlast setzt sich aus mehreren Teillasten zusammen, wobei die Zentrifugalkraft die dominante Teillast darstellt. Aufgrund im Betrieb eines Strahltriebwerkes nur gering auftre¬ tender Drehzahlveränderungen ist die Zentrifugalkraft, die durch dynamische Teillasten überlagert wird, näherungsweise als statisch betrachtbar.
Die dynamischen Teillasten resultieren aus der rotationsbedingten Schwingungsanregung der Laufschaufeln bzw. der Schaufelelemente. Des Weiteren wirken auf die Laufschaufeln aerodynamisch bedingte Lasten, die vor allem auf periodisch instationäre Strömungen zurückzuführen sind. Generell treten periodisch instationäre Strömungen durch die Stator-Rotor- Interaktion auf, die durch die Zerteilung der Strömung durch das Vorbeilaufen der Laufschaufeln an den Leitschaufeln erzeugt wird. Des Weiteren werden dynamische Lasten durch die Interaktion der Strömungsprofile mit der turbulenten Strömung hervorgerufen, die ebenfalls Schaufelschwingungen zur Folge haben. Die Summe der dynamischen Teillasten führt dazu, dass vor allem im Bereich rotierender Laufschaufeln von Verdichtern und auch von Bläsern bzw. allgemein von einstückigen Rotorbereichen von Strahltriebwerken im Betrieb hochfrequente Schwingungen auftreten, die zu einer hochdynamischen Beanspruchung der Laufschaufeln führen. In the field of rotating blades, however, high mechanical loads act in the operation of a jet engine. Their total load is made up of several part-loads, with centrifugal force being the dominant part-load. Due to the operation of a jet engine only small auftre ¬ tender speed changes, the centrifugal force, which is superimposed by dynamic part loads, approximately considered statically. The dynamic part loads result from the rotational vibration excitation of the blades or the blade elements. Furthermore, aerodynamically induced loads on the rotor blades, which are mainly due to periodic transient currents, act on the rotor blades. Generally, transient flows occur through the stator-rotor interaction, which is created by the division of the flow by the passage of the blades past the vanes. Furthermore, dynamic loads are caused by the interaction of the flow profiles with the turbulent flow, which also results in blade vibrations. The sum of the dynamic part loads leads to the occurrence of high-frequency oscillations during operation, especially in the area of rotating blades of compressors and also of fans or in general of integral rotor sections of jet engines, which lead to highly dynamic loading of the rotor blades.
Neben mechanischen Belastungen wird ein Teil der Schaufeln auch thermisch beansprucht. Dies gilt vor allem für die Schaufeln des Hochdruckverdichters und die hinteren Schaufeln des Niederdruckverdichters, wo Betriebstemperaturen von bis zu 600 °C erreicht werden. In addition to mechanical loads, a part of the blades is also subjected to thermal stress. This applies above all to the blades of the high-pressure compressor and the rear blades of the low-pressure compressor, where operating temperatures of up to 600 ° C are reached.
Allgemein werden Schaufeln von Verdichtern oder Bläsern von Strahltriebwerken derart ausgelegt, dass die dynamischen Betriebslasten die Schwingfestigkeit nicht oder nur definiert überschreiten und eine Dauerfestigkeit bzw. ein definiertes Maß an Zeitfestigkeit gewährleistet ist. Es kommt jedoch immer wieder zu einer verfrühten Rissinduzierung und teilweise sogar zu einem unkontrollierten Versagen von Bläser- und Verdichterschaufeln, das überwiegend auf eine Schaufelschädigung durch Fremdkörper zurückzuführen ist.
Derartige Fremdkörperschäden sind Einschlagschäden, die durch das Auftreffen harter Fremdkörper hervorgerufen werden. Bei den Fremdkörpern handelt es sich im Allgemeinen um Steine und Bruchstücke von Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben und dergleichen, die auf der Start- und der Landebahn liegen. Generally, blades of compressors or blowers of jet engines are designed such that the dynamic operating loads do not exceed the fatigue strength or only defined and a fatigue strength and a defined level of fatigue resistance is ensured. However, there is always a premature crack initiation and sometimes even an uncontrolled failure of fan and compressor blades, which is mainly due to damage to the blades due to foreign bodies. Such foreign body damage is impact damage caused by the impact of hard foreign bodies. The foreign bodies are generally stones and fragments of screws, nuts, washers and the like, which are located on the runway and the runway.
Schlägt ein Fremdkörper ein, so zersplittert er häufig. Meist dringen diese Splitterstücke ebenfalls wie Objekte, die den Bläserbereich kollisionsfrei passiert haben, mit der Luft¬ strömung tiefer in das Triebwerk ein. Hat das Triebwerk einen großen Nebenluftstrom, so kann ein Teil der Objekte das Triebwerk über diesen verlassen, ohne weitere wesentliche Schäden hervorzurufen. Der andere Teil gerät mit dem Kernluftstrom in den Niederdruckverdichter und geht dort folgenschwere Kollisi¬ onen vor allem mit den schnell rotierenden Laufschaufeln ein. Hierbei liegt der Hauptschädigungsort, bedingt durch die Kine¬ matik, ähnlich wie beim Bläser, im Bereich der Anströmkante und der vorderen konkaven Profilseite. If a foreign body hits, it often splinters. Most of these pieces Splitter also penetrate as objects that have passed through the fan area without collision, with the air flow ¬ deeper into the engine one. If the engine has a large secondary airflow, some of the objects may leave the engine above it without causing further substantial damage. The other part comes with the core air flow into the low-pressure compressor and goes there momentous Kollisi ¬ tions especially with the rapidly rotating blades one. Here is the Hauptschädigungsort due to the Kine ¬ matics, similar to the wind, in the area of the leading edge and the front concave profile page.
Um die Schaufelelemente bzw. die Laufschaufeln gegenüber Fremdkörperschäden zu schützen und die aus diesen im Betrieb jeweils resultierende Rissbildung im Bereich der Schaufeln zu vermeiden, sind die Schaufelelemente sowie damit einstückig ausgeführte ringförmige Grundkörper entsprechend massiv auszu¬ führen. Der unerwünscht hohe Materialeinsatz erhöht ein Gesamtgewicht und auch Fertigungskosten eines Strahltriebwerkes, was jedoch nicht erwünscht ist. In order to protect the vane elements or the blades to foreign body damage, and to avoid from these resulting in each case in operation crack formation in the region of the blades, the blade elements and integral therewith executed annular base body be designed appropriately massive ¬ lead. The undesirably high use of material increases the overall weight and manufacturing costs of a jet engine, which is not desirable.
Aus diesem Grund ist dazu übergegangen worden, Laufschau¬ feln bzw. Schaufelelemente von Strahltriebwerken über geeignete Fertigungsprozesse nachzuverfestigen, um die Laufschaufeln im Vergleich zu nicht nachverfestigten Laufschaufeln mit geringeren Bauteilabmessungen ausführen zu können.
Hierfür werden die Laufschaufeln und damit einstückig ausgeführte ringförmige Grundkörper eines Rotorbereiches mit¬ tels Kugelstrahlen nachverfestigt, wobei während des Kugel¬ strahlprozesses in oberflächennahen Bereichen der Laufschaufeln Eigenspannungen erzeugt werden, die einer aus einem Fremdkörperschaden oder einer Schwingungsbelastung resultierenden Rissbildung sowie dessen Rissausbreitung in gewünschtem Umfang entgegenwirken. For this reason, it has begun to consolidate Laufschau ¬ blades or blade elements of jet engines via suitable manufacturing processes in order to run the blades compared to not nachverfestigten blades with smaller component dimensions can. For this purpose, the rotor blades and thus integrally executed annular body of a rotor area with ¬ means shot peening, wherein during the ball ¬ jet process in the near-surface regions of the blades residual stresses are generated, which counteract a resulting from a foreign body damage or vibration stress cracking and its crack propagation to the desired extent ,
Nachteilig dabei ist jedoch, dass die Oberflächen von mittels Kugelstrahlen nachverfestigten Laufschaufeln eine geringe Oberflächengüte aufweisen, die nach dem Nachverfesti- gungsprozess während aufwendiger und daher kostenintensiver Nachbearbeitungsschritte wieder zu verbessern ist. Des Weite¬ ren ist eine gleichmäßige Bearbeitung von Laufschaufeln bzw. Schaufelelementen von einstückigen Rotorbereichen mittels Kugelstrahlen beispielsweise aufgrund von Abprallern und Ab¬ schattungen nicht gewährleistet, da Oberflächenbereiche häufi¬ ger von Kugelelementen getroffen werden als andere Oberflächenbereiche, wodurch wiederum sich nachteilig auf die Lebens¬ dauer auswirkende Effekte, wie Entfestigungseffekte, und auch reproduzierbare Bearbeitungsergebnisse nicht gewährleistet sind. Eine Verfestigung von einstückigen Rotorbereichen mittels Kugelstrahlen ist deshalb auch sehr ungenau und darüber hinaus aufgrund der Verwendung von Druckluft kostenintensiv. However, the disadvantage here is that the surfaces of rotor blades which have been subsequently solidified by means of shot peening have a low surface quality which, after the post-consolidation process, has to be improved again during costly and therefore costly reworking steps. The width ¬ ren is a uniform machining of blades or blade elements of the one-piece rotor areas by means of shot peening rebounds and downs ¬ shadowing can not be guaranteed for example due because surface areas häufi ¬ ger be hit by ball elements than other surface areas, which in turn adversely affect the life ¬ permanent effects, such as softening effects, and reproducible processing results are not guaranteed. A solidification of one-piece rotor areas by means of shot peening is therefore also very inaccurate and moreover expensive due to the use of compressed air.
Des Weiteren ist es bekannt, Laufschaufeln mittels Zangenwerkzeugen bereichsweise zu walzen und in oberflächennahen Bereichen Eigenspannungen in den Laufschaufeln zu erzeugen. Dabei wird jeweils ein der Strömung zugewandter Schaufelbe¬ reich durch einen in Strömungsrichtung bzw. in axialer Richtung gerichteten Eingriff eines Walzwerkzeuges durch Festwalzen verfestigt. Hierbei werden üblicherweise in etwa 20 % der Oberfläche eines Schaufelelementes ausgehend von der Strö-
mungseintrittskante des Schaufelelementes in Strömungsrichtung durch gleichzeitiges beidseitiges Walzen der Längsseiten fest¬ gewalzt, wodurch eine hohe Oberflächengüte erreicht bzw. bei¬ behalten wird und auch Verformungen dünnwandiger Profile vermieden werden. Furthermore, it is known to roll blades by means of pliers tools in areas and to generate residual stresses in the blades in near-surface areas. In each case one of the flow facing blade ¬ rich is solidified by a directed in the flow direction or in the axial direction engagement of a rolling tool by deep rolling. In this case, usually in about 20% of the surface of a blade element, starting from the Strö- mungseintrittskante of the blade element in the flow direction by simultaneous rolling on both sides of the longitudinal sides fest ¬ rolled, whereby a high surface quality is achieved or maintained at ¬ and also deformations thin-walled profiles are avoided.
Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass am Ü- bergang zwischen dem mittels Festwalzen nachverfestigten Oberflächenbereich eines Schaufelelementes und dem nicht nachver¬ festigten Oberflächenbereich eines Schaufelelementes Spannungssprünge vorliegen. Während am Schaufelelement angreifen¬ den Schwingbelastungen werden in diesem Übergangsbereich Spannungsobergrenzen überschritten, so dass plastisches Fließen im Bereich zwischen dem bearbeiteten Bereich eines Schaufelelementes und dem nicht mittels Festwalzen bearbeiteten Oberflä¬ chenbereich auftreten, die eine unerwünschte Rissbildung verursachen können. Einmal aufgetretene Risse schreiten unter weiterer Schwingungsbelastung fort und führen letztendlich zu einem Versagen eines Schaufelelementes. However, this approach has the advantage that the present transition between nachverfestigten by means of deep rolling surface area of a blade element and the non nachver ¬ solidified surface region of a blade element voltage jumps on Ü the disadvantage. During attack at the blade element ¬ the resonant loads are exceeded in this transition region voltage upper limit, so that plastic flow in the region between the processed area of a blade element and the non-working by means of deep rolling Oberflä ¬ chenbereich occur which can cause undesired cracking. Once cracks have occurred, they continue to vibrate and eventually lead to failure of a blade element.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Rotorbereiches, vorzugsweise eines Strahltriebwerkes, zur Verfü¬ gung zu stellen, mittels welchem einstückige Rotorbereiche mit hoher Beständigkeit gegenüber Fremdköperschäden und gegenüber Schwingungsbelastungen bei gleichzeitig geringem Bauteilgewicht herstellbar sind. Zusätzlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einstückigen Rotorbereich zur Verfügung zu stellen, der durch eine hohe Beständigkeit gegenüber Fremdkörperschäden und Schwingungsbelastungen gekennzeichnet ist, kostengünstig herstellbar ist und dessen Oberfläche mit einer geringen Rauheit ausgeführt ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und mit einem einstü¬ ckigen Rotorbereich mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst . The present invention is therefore based on the object to provide a method for producing a one-piece rotor section, preferably a jet engine, avail ¬ supply, by means of which one-piece rotor sections with high resistance to foreign body damage and against vibration loads at the same time low component weight can be produced. In addition, the invention has for its object to provide a one-piece rotor area available, which is characterized by a high resistance to foreign body damage and vibration loads, is inexpensive to produce and whose surface is designed with a low roughness. According to the invention this object is achieved with a method having the features of claim 1 and with a einstü ¬ ckigen rotor portion having the features of patent claim. 9
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Rotorbereiches, vorzugsweise eines Strahltrieb¬ werkes, der einen ringförmigen Grundkörper und mehrere über den Umfang verteilte Schaufelelemente umfasst, die sich im Wesentlichen vom Grundkörper radial erstrecken, werden in die Schaufelelemente über ein jeweils zwischen Schaufelelemente eingreifendes Walzwerkzeug durch Festwalzen in oberflächenna¬ hen Bereichen Eigenspannungen eingebracht. Während des Fest¬ walzens ist jeweils ein Bereich eines Schaufelelementes zwi¬ schen Bereichen des Walzwerkzeuges angeordnet und Längsseiten des Schaufelelementes werden gleichzeitig festgewalzt. In the method according to the invention for producing a one-piece rotor region, preferably a jet drive ¬ which comprises an annular base body and a plurality of circumferentially distributed blade elements which extend substantially radially from the base body, are in the blade elements via an intervening between blade elements rolling tool Deep rolling introduced in surface near ¬ areas residual stresses. During the hard ¬ rolling a portion of a blade element Zvi ¬ rule areas of the rolling tool is arranged in each case and the longitudinal sides of the blade element to be deep rolled at the same time.
Erfindungsgemäß wird das Walzwerkzeug radial zwischen die Schaufelelemente eingeführt und die Oberflächen der Schaufel¬ elemente werden festgewalzt. According to the invention the roller tool is radially inserted between the blade elements and the surfaces of the blade elements ¬ be rolled.
Dadurch, dass die Oberflächen der Schaufelelemente fest¬ gewalzt werden, ist ein aus einem ringförmigen Grundkörper und mehreren über den Umfang verteilten Schaufelelementen gebildeter einstückiger Rotorbereich, vorzugsweise eines Strahltrieb¬ werkes, im Vergleich zu nicht nachverfestigten Rotorbereichen mit geringerem Materialeinsatz und somit kleinerem Gesamtgewicht bei gleicher oder höherer Beständigkeit gegenüber Fremdkörperschäden sowie Schwingungsbelastungen ausführbar. Characterized in that the surfaces of the blade elements are rolled tightly ¬ is a same consists of an annular body and a plurality of circumferentially spaced vane members formed integral rotor portion, preferably a jet engine ¬ work, compared to non nachverfestigten rotor areas with less material and therefore smaller overall weight and or higher resistance to foreign body damage and vibration loads executable.
Des Weiteren werden durch das Festwalzen der Oberflächen der Schaufelelemente Spannungssprünge vermieden und die Be¬ ständigkeit gegenüber Schwingungsbelastungen im Vergleich zu
nur bereichsweise nachverfestigten Schaufelelementen auf einfache Art und Weise verbessert. Furthermore, be avoided by rolling the surfaces of the blade elements voltage jumps and Be ¬ permanence against vibration loads compared to only partially reinforced post-blade elements improved in a simple manner.
Da das Walzwerkzeug radial zwischen die Schaufelelemente eingeführt wird, besteht auf einfache Art und Weise auch die Möglichkeit, einstückige Rotorbereiche mit einer hohen Bestän¬ digkeit gegenüber Fremdkörperschäden und Schwingungsbelastungen auszuführen, die mehrere in axialer Richtung hintereinander am Grundkörper angeordnete Schaufelelemente aufweisen. Dies ist mit aus der Praxis bekannten Vorgehensweisen, bei welchen das Walzwerkzeug in axialer Richtung zwischen die Schaufelelemente eingeführt wird, aufgrund der geringen Ab¬ stände zwischen den einzelnen Schaufelelementreihen nicht möglich. Since the rolling tool is introduced radially between the blade elements, there is a simple way also the possibility of integral rotor sections with a high resistance to ¬ run against foreign body damage and vibration loads, which have a plurality of axially in succession arranged on the main body blade elements. This is not possible with methods known from practice, in which the rolling tool is introduced in the axial direction between the blade elements, due to the low Ab ¬ states between the individual blade element rows.
Bei einer durch einen geringen Steuer- und Regelaufwand gekennzeichneten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Oberflächen der Schaufelelemente durch sequentiel¬ les radiales Abfahren zumindest bereichsweise festgewalzt. In a marked by a small control and regulation cost variant of the method according to the invention, the surfaces of the blade elements are at least partially solid rolled by sequentiel ¬ les radial retraction.
Bei einer ebenfalls einfach durchführbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Oberflächen der Schaufelelemente durch sequentielles axiales Abfahren zumindest bereichsweise gewalzt. In an equally simple variant of the method according to the invention, the surfaces of the blade elements are rolled at least in regions by sequential axial traversing.
Werden die Oberflächen der Schaufelelemente durch belie¬ bige Fahrwege des Walzwerkzeuges entlang der Oberflächen der Schaufelelemente zumindest bereichsweise festgewalzt, sind die Oberflächen der Schaufelelemente mit einer für die Erzeugung einer homogenen Umströmung der Schaufelelemente erforderlichen Oberflächenstruktur versehbar. The surfaces of the blade members at least partially firmly rolled by belie ¬ bige travel paths of the rolling tool along the surfaces of the blade members, the surfaces of the blade elements are providable with a time required for the generation of a homogeneous flow around the blade elements surface structure.
Eine Beständigkeit eines einstückigen Rotorbereiches wird bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemä-
ßen Verfahrens dadurch erhöht, dass Übergangsbereiche zwischen den Oberflächen der Schaufelelemente und der Oberfläche des Grundkörpers zwischen den Schaufelelementen mittels eines Walzwerkzeuges festgewalzt werden. A resistance of a one-piece rotor region is in a further advantageous variant of the invention Increases the process by that transition areas between the surfaces of the blade elements and the surface of the body between the blade elements are rolled by means of a rolling tool.
Eine Beständigkeit gegenüber Fremdkörperschäden und Schwingungsbelastungen eines durch ein geringes Eigengewicht gekennzeichneten einstückigen Rotorbereiches ist weiter verbesserbar, wenn die Oberfläche des Grundkörpers zwischen den Schaufelelementen mittels eines Walzwerkzeuges festgewalzt wird . A resistance to foreign body damage and vibration loads of a one-piece rotor area characterized by a low weight can be further improved if the surface of the base body is firmly rolled between the blade elements by means of a rolling tool.
Um eine Haltbarkeit der Schaufelelemente weiter zu ver¬ bessern, ist es bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass eine Walzkraft variierbar ist, um die Oberflächen der Schaufelelemente punktuell mit der jeweils für die Erhöhung der Beständigkeit ge¬ genüber Fremdkörperschäden und Schwingungsbelastungen optimalen oberflächennahen Druckeigenspannung ausführen zu können. To ver improve a durability of the blade members further ¬, it is provided in a further advantageous variant of the inventive method is that a rolling force can be varied to optimal, the surfaces of the blade elements selectively with the ge ¬ genüber respectively for increasing the resistance to foreign object damage and vibration loads near-surface compressive residual stress.
Der erfindungsgemäße einstückige Rotorbereich weist einen ringförmigen Grundkörper und mehrere über den Umfang des Grundkörpers verteilte Schaufelelemente auf, die sich im We¬ sentlichen vom Grundkörper radial erstrecken. Da zumindest die Schaufelelemente eine festgewalzte Oberfläche aufweisen, ist der erfindungsgemäße einstückige Rotorbereich im Vergleich zu nicht nachverfestigten Rotorbereichen oder nur teilweise nachverfestigten einstückigen Rotorbereichen zumindest bei gleicher Beständigkeit gegenüber Fremdkörperschäden und Schwingungsbelastungen durch ein geringeres Eigengewicht gekennzeichnet und zusätzlich im Bereich der Schaufelelemente ohne zusätzliche Fertigungsschritte kostengünstig mit einer durch eine hohe Oberflächengüte gekennzeichneten Oberfläche ausge-
führt, die eine homogene Umströmung der Schaufelelemente un¬ terstützt . The one-piece rotor section according to the invention has an annular body and a plurality of distributed over the circumference of the body blade elements which extend radially We ¬ sentlichen from the base body. Since at least the blade elements have a solidly rolled surface, the one-piece rotor region according to the invention is characterized by a lower weight compared to non-after-solidified rotor regions or only partially solidified one-piece rotor regions at least for the same resistance to foreign body damage and vibration loads and cost in the field of blade elements without additional manufacturing steps cost a surface characterized by a high surface quality. leads, which supports a homogeneous flow around the blade elements un ¬ .
Weisen auch Verbindungsb< reiche zwischen Oberflächen der Schaufelelemente und einer Ö. ierfläche des Grundkörpers eine festgewalzte Oberfläche auf, ist sowohl eine Beständigkeit gegenüber Fremdkörperschäden und Schwingungsbelastungen als auch eine homogene Umströmung des einstückigen Rotorbereiches gewährleistet . Also have connection areas between surfaces of the vane elements and an oil. ier surface of the body on a hard-rolled surface, both a resistance to foreign body damage and vibration loads and a homogeneous flow around the one-piece rotor area is guaranteed.
Eine Beständigkeit gegenüber Fremdkörperschäden und Schwingungsbelastungen ist bei einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen einstückigen Rotorbereiches dadurch verbessert, dass der Grundkörper zumindest im Bereich zwischen den Schaufelelementen eine festgewalzte Oberfläche aufweist. Resistance to foreign body damage and vibration loads is improved in a further advantageous embodiment of the integral rotor region according to the invention in that the base body has a solidly rolled surface at least in the region between the blade elements.
Bei einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des einstückigen Rotorbereiches sind mehrere in axialer Richtung hintereinander am Grundkörper angeordnete Schaufelelemente vorge¬ sehen, die mit einer festgewalzten Oberfläche ausgeführt sind. In a further advantageous embodiment disclosed embodiment of the integral rotor portion, a plurality of axially successively arranged on the base body blade elements pre ¬ see, which are designed with a fixed rolled surface.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfin¬ dungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf. Both the features specified in the claims and the features specified in the following embodiment of the inventions ¬ inventive article are each suitable alone or in any combination with each other to further develop the subject invention. The respective feature combinations represent no limitation with respect to the development of the subject matter according to the invention, but essentially have only an exemplary character.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Aus führungs formen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentan-
Sprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel. Further advantages and advantageous embodiments of the subject invention result from the patent Spells and the embodiment described in principle below with reference to drawing.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 eine stark schematisierte Längsschnittansicht eines Strahltriebwerks, das mit einem einstü¬ ckigen Rotorbereich ausgeführt ist; Figure 1 is a highly schematic longitudinal sectional view of a jet engine, which is designed with a einstü ¬ ckigen rotor region.
Fig. 2 eine vergrößerte Einzeldarstellung eines Schau¬ felelementes des einstückigen Rotorbereiches gemäß Fig. 1 ; 2 is an enlarged detail view of a show ¬ felelementes of the one-piece rotor portion of FIG. 1.
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Walzwerkzeuges; und Fig. 3 is a side view of a rolling tool; and
Fig. 4 das Walzwerkzeug gemäß Fig. 3 in einer in Fig. 4, the rolling tool of FIG. 3 in a in
Fig. 3 näher gekennzeichneten Ansicht IV. Fig. 3 marked in detail view IV.
Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Strahltrieb¬ werkes 1, das mit einem Nebenstromkanal 2 ausgeführt ist. Des Weiteren ist das Strahltriebwerk 1 mit einem Einlaufbereich 3 ausgebildet, an den sich stromab ein Bläser 4 in an sich bekannter Art und Weise anschließt. Wiederum stromab des Bläsers 4 teilt sich der Fluidstrom im Strahltriebwerk 1 in einen Nebenstrom und einen Kernstrom auf, wobei der Nebenstrom durch den Nebenstromkanal 2 und der Kernstrom in einen Triebwerks¬ kern 5 strömt, der wiederum in an sich bekannter Art und Weise mit einer Verdichtereinrichtung 6, einem Brenner 7 und einer Turbineneinrichtung 8 ausgeführt ist. Fig. 1 shows a longitudinal sectional view of a jet engine ¬ plant 1, which is designed with a bypass duct 2. Furthermore, the jet engine 1 is formed with an inlet region 3, which is followed downstream by a fan 4 in a manner known per se. Again downstream of the fan 4, the fluid flow in the jet engine 1 is divided into a secondary flow and a core flow, wherein the secondary flow through the bypass channel 2 and the core flow into an engine core ¬ 5 flows, in turn, in a conventional manner with a compressor device 6, a burner 7 and a turbine device 8 is executed.
In Fig. 2 ist eine vergrößerte Einzelansicht eines ein¬ stückigen Rotorbereiches 9 der Verdichtereinrichtung 6 dargestellt, der einen ringförmigen Grundkörper 10 und mehrere über
den Umfang verteilte Schaufelelemente 11 umfasst, die sich im Wesentlichen vom Grundkörper 10 radial erstrecken. In FIG. 2 is an enlarged detail view of a ¬ lumpy rotor portion 9 of the compressor means 6 of an annular base body 10 and a plurality is shown on comprises the circumference distributed vane elements 11, which extend substantially radially from the base body 10.
Der einstückige Rotorbereich 9 stellt ein so genanntes Blisk dar, das eine integral beschaufelte Rotor-Konstruktion ist. Der Begriff Blisk setzt sich aus den englischen Worten „Blade" für Schaufel und „Disk" für Scheibe zusammen. Die Scheibe bzw. der ringförmige Grundkörper 10 sowie die Schau¬ felelemente 11 sind aus einem Stück gefertigt, womit bei mehr¬ stückig ausgeführten Rotorbereichen vorgesehene Schaufelfüße und Scheibennuten entfallen. Der einstückige Rotorbereich 9 ist gegenüber konventionell beschaufelten Verdichterrotoren durch eine erheblich geringere Teilezahl gekennzeichnet und die Scheibenform des ringförmigen Grundkörpers 10 ist für eine geringere Randlast ausgelegt. Dies führt dazu, dass das Ge¬ wicht des einstückigen Rotorbereiches 9 in Verbindung mit dem Einsatz leichter Werkstoffe um bis zu 50 % gegenüber herkömmlichen Rotorbereichen reduziert ist. Die Höhe der Gewichtsre¬ duzierung ist dabei jeweils abhängig von der Geometrie der Verdichtereinrichtung 6. The integral rotor section 9 constitutes a so-called blisk, which is an integrally bladed rotor construction. The term blisk is composed of the English words "blade" for shovel and "disk" for disc. The disc or the annular base body 10 and the sight ¬ felelemente 11 are made of one piece, whereby provided at more ¬ lumpy areas running rotor blade roots and disk grooves omitted. The one-piece rotor region 9 is characterized by a significantly smaller number of parts compared to conventionally bladed compressor rotors and the disk shape of the annular base body 10 is designed for a lower edge load. This results in that the Ge ¬ weight of the one-piece rotor portion 9 is reduced in conjunction with the use of lightweight materials, by up to 50% compared to conventional rotor areas. The amount of Gewichtsre ¬ duzierung in each case is dependent on the geometry of the compressor means. 6
Ein weiterer positiver Effekt ist, dass die Schaufelele¬ mente 11 des integral beschaufelten Rotorbereiches 9 mit ge¬ ringerem Abstand zueinander anordenbar sind, wodurch eine maximal mögliche Verdichtung und der Wirkungsgrad verbesserbar ist . Another positive effect is that the Schaufelele ¬ elements 11 of the integrally bladed rotor portion 9 are arranged ge ¬ ringerem distance from each other, whereby a maximum possible compression and the efficiency can be improved.
Um die Verdichtereinrichtung 6 bzw. den einstückigen Rotorbereich 9 gegenüber Fremdkörperschäden und auch Schwingungsbelastungen bei gleichzeitig geringem Eigengewicht auszu¬ führen, werden in die Schaufelelemente 11 über ein jeweils radial zwischen die Schaufelelemente 11 eingreifendes und in Fig. 3 und Fig. 4 näher gezeigtes Walzwerkzeug 14 durch Fest¬ walzen in oberflächennahen Bereichen Eigenspannungen eingell
bracht, wobei jeweils die gesamte Oberfläche eines jeden Schaufelelementes 11 festgewalzt wird. Zusätzlich werden auch Übergangsbereiche 12 bzw. Fillets zwischen den Oberflächen der Schaufelelemente 11 und einer Oberfläche 13 des Grundkörpers 10 zwischen den Schaufelelementen 11 mittels eines so genannten und in der Zeichnung nicht näher dargestellten Einfinger- walzwerkzeuges festgewalzt. 9 for For at the same time low weight ¬ lead the compressor means 6 and the one-piece rotor portion to foreign body damage and vibration loads, are in the blade elements 11 shown in detail via a respective radially engages between the blade elements 11 and in Fig. 3 and Fig. 4 rolling tool 14 By hard ¬ rolling in near-surface areas residual stresses eingell in each case, the entire surface of each blade element 11 is firmly rolled. In addition, transition regions 12 or fillets between the surfaces of the blade elements 11 and a surface 13 of the base body 10 between the blade elements 11 are also firmly rolled by means of a so-called single-finger rolling tool not shown in detail in the drawing.
Des Weiteren wird auch die Oberfläche 13 bzw. der Annulus des Grundkörpers 10 zwischen den Schaufelelementen 11 bevorzugt mittels eines Einzelfingerwalzwerkzeuges festgewalzt. Furthermore, the surface 13 or the annulus of the main body 10 between the blade elements 11 is preferably also firmly rolled by means of a single-finger rolling tool.
Über das Festwalzen der Oberflächen der Längsseiten und der Kanten der Schaufelelemente 11, der Übergangsbereiche 12 und der Oberfläche 13 des Grundkörpers 10 werden jeweils ober¬ flächennahe Bereiche des einstückigen Rotorbereiches 9 durch Erhöhen der Versetzungsdichte verfestigt und die Randschicht des Rotorbereiches 9 gehärtet. Die Härtung der Randschicht verringert das Risiko von Anrissen, die aus einer Fremdkörperschädigung sowie aus Schwingungsbelastungen resultieren. Darüber hinaus führen die ins Material durch das Festwalzen eingebrachten Druckeigenspannungen im Bereich des Rotorbereiches 9 dazu, dass diese nach Bildung eines Risses einem Rissfort¬ schritt entgegenwirken und somit einen positiven Effekt hinsichtlich der Dauerschwingfestigkeit und damit bezüglich der Lebensdauer des Strahltriebwerkes 1 haben. Each upper ¬ surface near areas of the one-piece rotor portion 9 are solidified by increasing the dislocation density through the fixed rollers of the surfaces of the longitudinal sides and the edges of the blade members 11, the transition areas 12 and the surface 13 of the base body 10 and cured, the surface layer of the rotor region. 9 The hardening of the surface layer reduces the risk of cracks resulting from foreign body damage as well as vibration loads. In addition, the introduced into the material by the deep rolling compressive stresses result in the region of the rotor portion 9 to counteract that this a crack propagation ¬ step after formation of a crack and thus have a positive effect as regards the fatigue strength and thus with respect to the life of the jet engine. 1
Des Weiteren weist der einstückige Rotorbereich 9 durch den Festwalzprozess eine hohe Oberflächengüte mit einer gerin¬ gen Oberflächenrauheit auf, die einen positiven Effekt auf die aerodynamische Güte der Schaufelelemente 11 sowie des gesamten Rotorbereiches 9 ohne das Erfordernis eines weiteren sich an den Verfestigungsprozess anschließenden Prozessschrittes zur Glättung der Oberfläche hat.
In Fig. 3 und Fig. 4 ist jeweils eine Seitenansicht eines Walzwerkzeuges 14 zum Festwalzen der Längsseiten bzw. der gesamten Oberfläche der Schaufelelemente 11 des Rotorbereiches 9 gezeigt. Das Walzwerkzeug 14 umfasst einen Werkzeugträger 15, der mit einer Trägerspindel 16 einer Werkzeugmaschine in dar¬ gestelltem Umfang verbindbar ist. Mit dem Werkzeugträger 15 sind zwei Zangenkörper 17, 18 des Walzwerkzeuges 14 im Bereich eines Drehlagers 19 drehbar verbunden, wobei die Zangenkörper 17, 18 über eine vorliegend als einfach wirkende Kolben- Zylinder-Einheit ausgeführte Antriebseinrichtung 20 gekoppelt sind und ein Abstand zwischen Wälzbereichen 21, 22 in Abhängigkeit einer antriebseinrichtungsseitigen Drehbewegung der Zangenkörper 17 und 18 um das Drehlager 19 reduziert wird. Hierfür wird die Antriebseinrichtung 20 mit Hydraulikdruck beaufschlagt und ein Kolbenelement 23 aufgrund des anliegenden Hydraulikdrucks aus einem Zylinderelement 24 der Antriebsein¬ richtung 20 heraus verfahren, wobei bei einer solchen Be- triebszustandsänderung der Antriebseinrichtung 20 ein Abstand zwischen den den Wälzbereichen 21 und 22 abgewandten Enden 25 und 26 der Zangenkörper 17 und 18 vergrößert wird, während der Abstand zwischen den Wälzbereichen 21 und 22 entsprechend den geometrischen Gegebenheiten in Abhängigkeit der Drehbewegung der Zangenkörper 17 und 18 um das Drehlager 19 herum verringert wird. Die Zangenkörper 17 und 18 sind im Bereich ihrer Enden 25 und 26 jeweils drehbar mit der Antriebseinrichtung 20 verbunden . Furthermore, the one-piece rotor portion 9 through the deep rolling process, a high surface quality with a clotting ¬ gen surface roughness, the 9 without the need for further subsequent to the solidification process process step to a positive effect on the aerodynamic quality of the blade members 11 and of the entire rotor area smoothing the surface has. FIGS. 3 and 4 each show a side view of a rolling tool 14 for deep rolling the longitudinal sides or the entire surface of the blade elements 11 of the rotor region 9. The rolling tool 14 comprises a tool carrier 15 which is connectable to a carrier spindle 16 of a machine tool in dar ¬ stellenem extent. Two pliers body 17, 18 of the rolling tool 14 in the region of a pivot bearing 19 are rotatably connected to the tool carrier 15, wherein the pliers body 17, 18 are coupled via a presently acting as a single-acting piston-cylinder unit drive means 20 and a distance between Wälzbereichen 21, 22 is reduced as a function of a drive device-side rotational movement of the tong body 17 and 18 about the pivot bearing 19. For this purpose, the hydraulic pressure is applied to the drive device 20 and a piston element 23 moves out of a cylinder element 24 of the drive device 20 due to the applied hydraulic pressure, whereby a distance between the ends 25 facing away from the rolling regions 21 and 22 results from such a change in operating state of the drive device 20 and 26 the pliers body 17 and 18 is increased, while the distance between the Wälzbereichen 21 and 22 is reduced in accordance with the geometric conditions in dependence of the rotational movement of the pliers body 17 and 18 to the pivot bearing 19 around. The pliers body 17 and 18 are each rotatably connected to the drive device 20 in the region of their ends 25 and 26.
Zusätzlich sind die beiden Zangenkörper 17 und 18 um das Drehlager 19 herum um eine in Bezug auf die Zeichenebene in Hochrichtung ausgerichtete Drehachse 27 zusätzlich drehbar am Werkzeugträger 15 befestigt, um bei Anlage der Wälzbereiche 21 und 22 an einem Schaufelelement 11 die Zangenkörper 17 und 18 verschwenken zu können und eine durch die Anlage der Wälzbe-
reiche 21 und 22 am Schaufelelement bedingte Verformung der Schaufelelemente 11 jeweils zu vermeiden. Während der gemein¬ samen Verdrehung der Zangenkörper 17 und 18 um das Drehlager 19 gegenüber dem Werkzeugträger 15 bleibt ein Abstand zwischen den Wälzbereichen 21 und 22 gleich. Des Weiteren ist durch die gemeinsame Verdrehbarkeit der beiden Zangenkörper 17 und 18 um das Drehlager 19 auch gewährleistet, dass die jeweils ein Schaufelprofil aufweisenden Schaufelelemente 11 über ihre ge¬ samte Oberfläche mittels des Walzwerkzeuges 14 festwalzbar sind . In addition, the two pliers body 17 and 18 around the pivot bearing 19 around an aligned with respect to the plane in the vertical direction of rotation axis 27 rotatably mounted on the tool carrier 15 to pivot when the Wälzbereiche 21 and 22 on a blade element 11, the pliers body 17 and 18 to be able to move through the system of rolling Rich 21 and 22 on the blade element conditional deformation of the blade elements 11 each to avoid. During the common ¬ rotation of the tong body 17 and 18 to the pivot bearing 19 relative to the tool carrier 15, a distance between the Wälzbereichen 21 and 22 remains the same. Furthermore, it is also ensured by the joint rotatability of the two chuck bodies 17 and 18 about the rotary bearing 19 so that each blade profile having a blade elements 11 are festwalzbar about their ge ¬ entire surface by the rolling die fourteenth
Die Zangenkörper 17 und 18 stehen über Kolbenelemente 28 und 29 mit dem Werkzeugträger 15 in Wirkverbindung, wobei die Zangenkörper 17 und 18 von den Kolbenelementen 28 und 29 gegenüber dem Werkzeugträger 15 um das Drehlager 19 in eine in Bezug auf den Werkzeugträger 15 und in Fig. 3 dargestellte definierte Nulllage zurückgestellt werden, wenn eine die Zan¬ genkörper 17 und 18 gemeinsam um das Drehlager 19 verdrehende Drehkraft im Wesentlichen gleich Null ist. The pliers body 17 and 18 are connected via piston elements 28 and 29 with the tool carrier 15 in operative connection, wherein the pliers body 17 and 18 of the piston elements 28 and 29 relative to the tool carrier 15 about the pivot bearing 19 in a relation to the tool carrier 15 and in FIG. Defined zero position shown 3 are reset when a Zan ¬ genkörper 17 and 18 together about the pivot bearing 19 twisting rotational force is substantially equal to zero.
Des Weiteren ist den Zangenkörpern 17 und 18 eine vorliegend zwei Federeinrichtungen 30 und 31 umfassende Rücksteil¬ einrichtung 32 zugeordnet, über die ein Abstand zwischen den Wälzbereichen 21 und 22 durch rückstelleinrichtungsseitiges Drehen der Zangenkörper 17 und 18 in Richtung eines maximalen Wertes veränderbar ist. Furthermore, the forceps bodies 17 and 18, a presently two spring means 30 and 31 comprehensive rear part ¬ device 32 assigned, via a distance between the rolling areas 21 and 22 by reset device-side turning the tong body 17 and 18 in the direction of a maximum value is variable.
Die Wälzbereiche 21 und 22 umfassen vorliegend jeweils ein Kugelelement 33, 34, die jeweils in Haltebereichen aufge¬ nommen sind und in an sich bekannter Art und Weise mit hydrau¬ lischem Druck beaufschlagbar sind, um die Schaufelelemente 11 mit der jeweils erforderlichen Wälzkraft über die Kugelelemente 33 und 34 beaufschlagen zu können.
Die Haltebereiche 35 und 36 sind vorliegend in mit den Zangenkörpern 17 und 18 fest über Verschraubungen verbundenen und wenigstens annähernd fingerartig ausgeführte Adapterele¬ mente 37 und 38 eingeschoben und vorzugsweise über Madenschrauben mit diesen verschraubt. The Wälzbereiche 21 and 22 comprise present each a ball element 33, 34 which are respectively in support portions placed ¬ accepted and can be acted upon in a known manner with hydrau ¬ lischem pressure to the blade elements 11 with the required Wälzkraft via the ball members To act on 33 and 34. The holding portions 35 and 36 are present in the clamped bodies 17 and 18 fixedly connected via screw connections and at least approximately finger-like executed Adapterele ¬ elements 37 and 38 and preferably screwed via set screws with them.
Die Adapterelemente 37 und 38 sind jeweils wechselbar, womit über das Walzwerkzeug 14 unterschiedliche Eingriffstie¬ fen in radialer Richtung zwischen den Schaufelelementen 11 realisierbar sind. Zusätzlich sind auch hinsichtlich der übertragbaren Druck- bzw. Wälzkraft ausgelegte Adapterelemente 37 und 38 mit den Zangenkörpern 17 und 18 verbindbar, wobei dünnere Adapterelemente in schmälere Bereiche zwischen den Schau¬ felelementen 11 einführbar sind. Dabei werden dünnere Schaufelelemente 11 mit schlankeren Adapterelementen 37 und 38 auch mit geringeren Walz- bzw. Druckkräften beaufschlagt, da die Adapterelemente 37 und 38 dann eine gewisse Elastizität auf¬ weisen und die maximale Wälzkraft durch die Elastizität der Adapterelemente 37 und 38 begrenzt ist. Eine komplette Durch¬ festigung der Schaufelelemente ist während des Festwalzens durch Begrenzung der maximalen Walzkraft vermeidbar, da eine zu hohe Druckbeanspruchung während des Wälzvorganges im mitt¬ leren Bereich der Schaufelelemente 11 ein Zugspannungsmaximum erzeugt, welches eine Rissbildung von innen heraus bei Schwin¬ gungsbelastungen begünstigt. Dies ist jedoch aufgrund einer Verschlechterung einer Lebensdauer der Schaufelelemente 11 nicht erwünscht. The adapter elements 37 and 38 are each interchangeable, whereby over the rolling tool 14 different Eingriffstie ¬ fen in the radial direction between the blade elements 11 can be realized. In addition, designed adapter elements 37 and 38 are connected to the tong bodies 17 and 18 also in respect of the portable pressure or Wälzkraft, wherein thinner adapter elements are insertable into narrower areas between the cast ¬ felelementen. 11 In this case, thinner blade elements 11 are acted upon by leaner adapter elements 37 and 38 with lower rolling or compression forces, since the adapter members 37 and 38 then have a certain elasticity ¬ and the maximum Wälzkraft is limited by the elasticity of the adapter elements 37 and 38th A complete through ¬ fixing of the blade members can be avoided during the deep rolling by limiting the maximum rolling force, since too high a compressive stress generates a Zugspannungsmaximum during the rolling process in the mitt ¬ sized area of the blade members 11, which promotes ¬ supply stress cracking from the inside out in oscillations. However, this is undesirable because of deterioration of a life of the vane elements 11.
Die während des Festwalzens jeweils in den Rotorbereich eingebrachte Wälzkraft ist über eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Druckregelungseinheit in gewünschtem Umfang an jeder Stelle eines Schaufelelementes 11 und auch in den Übergangsbereichen 12 sowie der restlichen Oberfläche 13 des Grundkörpers 10 durch Regeln des an den Wälzbereichen 21, 22
anliegenden hydraulischen Drucks variierbar, um den Rotorbereich 9 im gewünschtem Umfang durch Erzeugen der an jeder Stelle des Rotorbereiches 9 nötigen optimalen Druckeigenspannungen verfestigen zu können und eine Verbesserung hinsichtlich der Haltbarkeit der Schaufeln zu erzielen. The rolling force introduced during the deep rolling in the rotor area in each case via a not shown in the drawing pressure control unit to the desired extent at each point of a blade element 11 and also in the transition areas 12 and the remaining surface 13 of the body 10 by controlling the at the Wälzbereichen 21st , 22 variable hydraulic pressure to vary the rotor portion 9 to the desired extent by generating the necessary at each point of the rotor portion 9 optimum residual compressive stresses and to achieve an improvement in the durability of the blades.
Um beispielsweise eine einem Festwalzvorgang mittels des Walzwerkzeuges 14 vorgeschaltete CAD-CAM-Programmierung und eine spätere Implementierung der Fertigungsprogramme mittels eines Postprozessors auf ein Mehrachsbearbeitungszentrum zu vereinfachen, verläuft eine Achse 39 der Trägerspindel 16 in mit dem Werkzeugträger 15 verbundenem Betriebszustand zwischen den Wälzbereichen 21 und 22 durch einen bei einem Abstand zwischen den Wälzbereichen 21 und 22 gleich Null vorliegenden Berührungspunkt zwischen den Wälzbereichen 21 und 22 hindurch. Damit sind die Achse bzw. die Spindelträgerachse 29 und eine Achse durch den Berührungspunkt zwischen den Wälzbereichen 21 und 22 deckungsgleich, womit die Programmierung des Walzverfahrens wesentlich vereinfacht wird. For example, to simplify a deep rolling operation by means of the rolling tool 14 upstream CAD-CAM programming and a later implementation of the production programs by means of a post-processor to a multi-axis machining center, an axis 39 of the support spindle 16 is connected to the tool carrier 15 operating state between the Wälzbereichen 21 and 22nd by a contact point between the rolling areas 21 and 22 which is equal to zero at a distance between the rolling areas 21 and 22. Thus, the axis or the spindle support axis 29 and an axis through the contact point between the Wälzbereichen 21 and 22 congruent, whereby the programming of the rolling process is substantially simplified.
Um eine Beschädigung der zu bearbeitenden Schaufelelemente 11 und auch des Walzwerkzeuges 14 selbst zu vermeiden, ist ein Abstand zwischen den Wälzbereichen 21 und 22 über die Antriebseinrichtung 20 nur bis auf einen definierten Grenzwert reduzierbar. Die beiden Kugelelemente 33 und 34 sind durch entsprechendes Drehen bzw. Schwenken der Zangenkörper 17 und 18 und damit der Adapterelemente 37 und 38 nicht miteinander in Anlage bringbar, womit Beschädigungen des Walzwerkzeuges 14 auf einfache Art und Weise ausgeschlossen sind. In order to avoid damage to the blade elements 11 to be machined and also of the rolling tool 14 itself, a distance between the rolling regions 21 and 22 can only be reduced by the drive device 20 to a defined limit value. The two ball elements 33 and 34 are by corresponding rotation or pivoting of the pliers body 17 and 18 and thus the adapter elements 37 and 38 are not brought into contact with each other, whereby damage to the rolling tool 14 are excluded in a simple manner.
Mittels des Walzwerkzeuges 14 sind integralbeschaufelte Scheiben und Rotoren von Strahltriebwerken mit geringen Kosten festwalzbar. Durch den schnellen und einfachen Austausch der Adapterelemente 37 und 38 ist das Walzwerkzeug 14 mit geringen
Rüstzeiten für verschieden geometrisch ausgeführte Rotorbereiche einsetzbar, wobei neben unterschiedlichen Eingriffstiefen zwischen Schaufelelementen auch unterschiedliche Bearbeitungs¬ kräfte während des Walzprozesses an verschieden ausgeführten Bauteilen mit hoher Sicherheit und Prozessfähigkeit darstell¬ bar sind. By means of the rolling tool 14 are integrally bladed disks and rotors of jet engines at low cost festwalzbar. Due to the quick and easy replacement of the adapter elements 37 and 38, the rolling tool 14 is low Set-up times for different geometrically executed rotor areas can be used, wherein in addition to different depths of engagement between blade elements and different processing ¬ forces during the rolling process on differently designed components with high security and process capability are darstell ¬ bar.
Mittels der Zangenausführung des Walzwerkzeuges 14 ist eine Behandlung von Schaufelelementen bzw. von Aerofoils von einstückigen Rotorbereichen von Tip bis Fillet möglich, wobei ein gleichzeitiges Festwalzen der Druck- und Saugseiten von Schaufelelementen zur Vermeidung eines eigenspannungsbedingten Verzuges vorgesehen ist. By means of the pliers design of the rolling tool 14 is a treatment of blade elements or of Aerofoils of integral rotor sections from Tip to Fillet possible, with a simultaneous deep rolling of the pressure and suction sides of blade elements to avoid an inherent tension delay is provided.
Zusätzlich ist mittels verschiedener Einzelwerkzeuge die Bearbeitung der Fillets bzw. der Übergangsbereiche zwischen der Oberfläche der Schaufelelemente und der Oberfläche des Grundkörpers zwischen den Schaufelelementen auf der Saug- und auf der Druckseite in gewünschtem Umfang durchführbar. Des Weiteren ist die Oberfläche des Grundkörpers zwischen den Schaufelelementen bzw. der Annulus mittels eines Einzelwerkzeuges festwalzbar. In addition, by means of various individual tools, the processing of the fillets or the transition regions between the surface of the blade elements and the surface of the base body between the blade elements on the suction and on the pressure side to the desired extent feasible. Furthermore, the surface of the base body between the blade elements or the annulus by means of a single tool is festwalzbar.
Grundsätzlich ist das Walzwerkzeug 14 in jedes bekannte Bearbeitungszentrum integrierbar. Im Unterschied zu einer Nachverfestigung mittels Kugelstrahlen sind keine teuren Anlagen zu beschaffen. Die Nachverfestigung kann mittels des Walzwerkzeuges 14 beispielsweise in gängigen Fräszentren durchge¬ führt werden. Die Fräszentren werden mit dem Walzwerkzeug 14 bestückt und die Oberflächen von einstückigen Rotorbereichen werden analog zum Fräsen mit dem Festwalzwerkzeug 14 im Be¬ reich ihrer Oberfläche bearbeitet.
Bezugs zeichenliste In principle, the rolling tool 14 can be integrated into any known machining center. In contrast to a post-consolidation by means of shot peening, there are no expensive systems to procure. The Nachverfestigung Runaway can be, for example, in conventional milling by means of the rolling die 14 ¬ leads. The milling centers are equipped with the rolling tool 14 and the surfaces of one-piece rotor sections are processed analogously to milling with the deep rolling tool 14 Be ¬ rich their surface. Reference sign list
StrahltriebwerkJet engine
NebenstromkanalBypass duct
Einlaufbereichintake area
Bläser blowers
Triebwerkskern Engine core
Verdichtereinrichtung compressor means
Brenner burner
Turbineneinrichtung The turbine apparatus
einstückiger Rotorbereich ringförmiger Grundkörper one-piece rotor area annular base body
Schaufelelementvane element
Übergangsbereich Transition area
Oberfläche des Grundkörpers Surface of the main body
Walzwerkzeug rolling tool
Werkzeugträger tool carrier
Trägerspindel, 18 Zangenkörper Support spindle, 18 pliers body
Drehlager pivot bearing
Antriebseinrichtung driving means
, 22 Wälzbereich , 22 rolling areas
Kolbenelement piston element
Zylinderelement cylindrical member
Ende des Zangenkörpers 17 End of the tong body 17
Ende des Zangenkörpers 18End of the tong body 18
Drehachseaxis of rotation
, 29 Kolbenelement, 29 piston element
, 31 Federelement , 31 spring element
Rücksteileinrichtung Rear sub-equipment
, 34 Kugelelement, 34 ball element
, 36 Haltebereich, 36 holding area
, 38 Adapterelement , 38 Adapter element
Achse
axis
Claims
Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Rotorbereiches (9), vorzugsweise eines Rotorbereiches (9) eines Strahltriebwerkes (1), wobei der Rotorbereich (9) einen ringförmigen Grundkörper (10) und mehrere über den Umfang verteilte Schaufelelemente (11) umfasst, die sich im We¬ sentlichen vom Grundkörper (10) radial erstrecken, wobei in die Schaufelelemente (11) über ein jeweils zwischen die Schaufelelemente (11) eingreifendes Walzwerkzeug (14) durch Festwalzen in oberflächennahen Bereichen Eigenspannungen eingebracht werden, und wobei während des Festwal¬ zens jeweils ein Bereich eines Schaufelelementes (11) zwischen Bereichen des Walzwerkzeuges (14) angeordnet ist und Längsseiten des Schaufelelementes (11) gleichzeitig festgewalzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzwerkzeug (14) radial zwischen die SchaufelelementeMethod for producing a one-piece rotor region (9), preferably a rotor region (9) of a jet engine (1), wherein the rotor region (9) comprises an annular base body (10) and a plurality of circumferentially distributed blade elements (11) extending in the We ¬ substantially from the base body (10) extend radially, wherein in the blade elements (11) via a respective intervening between the blade elements (11) rolling tool (14) by deep rolling in near-surface areas residual stresses are introduced, and wherein during the Festwal ¬ zen each one area a blade element (11) is arranged between regions of the rolling tool (14) and longitudinal sides of the blade element (11) are simultaneously firmly rolled, characterized in that the rolling tool (14) extends radially between the blade elements
(11) eingeführt und die Oberflächen der Schaufelelemente(11) and the surfaces of the blade elements
(11) festgewalzt werden. (11) are rolled.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Schaufelelemente (11) durch sequen¬ tielles radiales Abfahren zumindest bereichsweise festge¬ walzt werden. A method according to claim 1, characterized in that the surfaces of the blade elements (11) are at least partially Festge ¬ by sequen ¬ tial radial Abfahren.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Schaufelelemente (11) durch se¬ quentielles axiales Abfahren zumindest bereichsweise festgewalzt werden. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the surfaces of the blade elements (11) are solidly rolled at least in regions by se ¬ quentielles axial Abfahren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Schaufelelemente (11) durch beliebige Fahrwege des Walzwerkzeuges (14) entlang der Oberflächen der Schaufelelemente (11) zumin¬ dest bereichsweise festgewalzt werden. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the surfaces of the blade elements (11) by any of routes of the rolling tool (14) along the surfaces of the blade elements (11) are at ¬ least deep rolled in regions.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Übergangsbereiche (12) zwischen den Oberflächen der Schaufelelemente (11) und der Oberfläche (13) des Grundkörpers (10) zwischen den Schaufelelementen (11) mittels eines Walzwerkzeuges festgewalzt werden. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that transition areas (12) between the surfaces of the blade elements (11) and the surface (13) of the base body (10) are firmly rolled between the blade elements (11) by means of a rolling tool.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (13) des Grundkörpers (10) zwischen den Schaufelelementen (11) mittels eines Walzwerkzeuges (14) festgewalzt wird. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the surface (13) of the base body (10) between the blade elements (11) by means of a rolling tool (14) is firmly rolled.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen mehrerer in axialer Richtung hintereinander angeordneter Schaufelelementen festgewalzt werden. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the surfaces of a plurality of axially successively arranged blade elements are firmly rolled.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Walzkraft zur Einstellung eines Eigenspannungsprofils über den Oberflächen der Schaufel¬ elemente und/oder den Übergangsbereichen und/oder der Oberfläche des Grundkörpers zwischen den Schaufelelementen variierbar ist. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a rolling force for adjusting an internal stress profile over the surfaces of the blade ¬ elements and / or the transition regions and / or the surface of the body between the blade elements is variable.
9. Einstückiger Rotorbereich (9) mit einem ringförmigen Grundkörper (10) und mehreren über den Umfang des Grundkörpers (10) verteilte Schaufelelemente (11), die sich im Wesentlichen vom Grundkörper (10) radial erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Schaufelelemente (11) eine festgewalzte Oberfläche aufweisen. 9. One-piece rotor region (9) with an annular base body (10) and a plurality of circumferentially of the base body (10) distributed blade elements (11) which extend substantially from the base body (10) radially, characterized in that at least the blade elements ( 11) have a hard-rolled surface.
10. Einstückiger Rotorbereich nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Übergangsbereiche zwischen den Ober¬ flächen der Schaufelelemente (11) und einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (10) zwischen den Schaufelelementen (11) eine festgewalzte Oberfläche aufweisen. 10. A one-piece rotor section according to claim 9, characterized in that transition regions between the upper ¬ surfaces of the blade elements (11) and a surface (13) of the base body (10) between the blade elements (11) have a tightly rolled surface.
11. Einstückiger Rotorbereich nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) zumindest im Bereich zwischen den Schaufelelementen (11) eine festgewalzte Oberfläche (13) aufweist. 11. One-piece rotor portion according to claim 9 or 10, characterized in that the base body (10) at least in the region between the blade elements (11) has a solidly rolled surface (13).
12. Einstückiger Rotorbereich nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in axialer Rich¬ tung hintereinander am Grundkörper angeordnete Schaufelelemente vorgesehen sind, die mit einer festgewalzten Oberfläche ausgeführt sind. 12. One-piece rotor portion according to one of claims 9 to 11, characterized in that a plurality of axially Rich ¬ tion behind one another on the base body arranged blade elements are provided, which are designed with a solid-rolled surface.
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