DE19538663A1 - Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine zum Bearbeiten der Schaufeln des Läufers einer Turbine oder dergleichen - Google Patents
Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine zum Bearbeiten der Schaufeln des Läufers einer Turbine oder dergleichenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochgeschwindigkeits-
Abrichtmaschine zum Bearbeiten der Schaufeln des Läufers
eines Strahltriebwerks od. dergl. und richtet sich insbesondere
auf die Ausführung eines Werkzeugsupports für eine
solche Maschine.
Bei Verdichter- und Turbinenläufern von Strahltriebwerken
handelt es sich um äußerst wertvolle Baugruppen. Sie sind
mit einer Vielzahl von Schaufeln bestückt, welche in axial
aufeinander folgenden Schaufelkränzen progressiv variablen
Durchmessers angeordnet sind und in Umfangsrichtung ein
genau festgelegtes Profil aufweisen, welches sowohl die
Leistung als auch die Geräuschentwicklung des Triebwerks
direkt beeinflußt.
In älteren Ausführungen von Läufern der genannten Art waren
die Schaufeln starr in einer jeweiligen Tragscheibe verankert
oder einstückig mit einer solchen ausgebildet. Das Abrichten
des Umfangsprofils der Schaufeln konnte dabei in der
Weise erfolgen, daß der Läufer langsam oder schrittweise in
Drehung versetzt wurde, um die einzelnen Schaufeln nacheinander
zu bearbeiten.
Bei den Läufern von modernen Strahltriebwerken ist dieses
Verfahren nicht anwendbar, da deren Schaufeln nicht starr
befestigt, sondern schwimmend gelagert sind. Im Stillstand
oder bei langsamer Drehung des Läufers können die Schaufeln
daher in Radialrichtung zurückweichen. Erst bei höheren
Drehzahlen von ca. 2500 bis 3000 U/min nehmen die Schaufeln
unter Einwirkung der Fliehkraft ihre endgültige Betriebsstellung
ein.
Für die Erzielung der größtmöglichen Maßhaltigkeit am Umfangsprofil
der Schaufeln muß die Bearbeitung deshalb bei
hohen Drehzahlen des Läufers erfolgen, um zu gewährleisten,
daß sich die Schaufeln im Angriffsbereich des Abrichtwerkzeugs
in der Betriebsstellung befinden.
Auf diese Weise ist eine beträchtlich höhere Präzision erzielbar
als bei Anwendung anderer bekannter Verfahren. Insbesondere
läßt sich damit der Abstand zwischen den freien
Endflächen der Schaufeln und der Innenwand des Gehäuses sehr
genau einstellen. Dieser Abstand steht in direkter Beziehung
zur Leistung, zum Brennstoffverbrauch und zur Geräuschentwicklung
eines Triebwerks.
Bis vor einiger Zeit wurden Schaufeln der genannten Art
gewöhnlich aus Titan gefertigt, und ihre Bearbeitung konnte
mit Schleifscheiben aus Aluminiumoxid erfolgen.
Seit einiger Zeit werden jedoch Schaufeln verwendet, welche
mit einer Oberflächenbeschichtung aus Aluminiumoxid versehen
sind, so daß ihre Bearbeitung mit Schleifscheiben aus dem
gleichen Material nicht möglich ist. Sie erfordern stattdessen
die Verwendung von Diamantschleifscheiben, welche
ihrerseits jedoch nicht für die Bearbeitung von Schaufeln
aus Titan geeignet sind.
Aus dieser Notwendigkeit, jeweils eine von zwei Schleifscheiben
an sich bekannter Art zu verwenden, ergeben sich
beträchtliche Probleme, welche darauf beruhen, daß der
Werkzeugsupport bekannter Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschinen
jeweils nur mit einer Schleifscheibe bestückbar
ist, so daß die Schleifscheibe für die Bearbeitung von
Schaufeln aus verschiedenen Werkstoffen jeweils ausgewechselt
werden muß. Dies ist nicht allein bei der Umstellung
von der Bearbeitung eines Läufers auf die eines anderen notwendig,
sondern gegebenenfalls auch bei der Bearbeitung
eines einzigen Läufers, wenn dieser mit Schaufelkränzen aus
verschiedenen Werkstoffen bestückt ist.
Abgesehen von den Zeitverlusten beim Auswechseln der Schleifscheiben
und bei der Neueinstellung der Arbeitsparameter
ergibt sich dabei als besonders schwerwiegender Nachteil
der Verlust an Präzision durch den wiederholten Aus- und
Einbau des Werkzeugs - bei einer geforderten Bearbeitungstoleranz
in der Größenordnung von 5 µm. Bei derartig engen
Bearbeitungstoleranzen sollte selbstverständlich mit allen
Mitteln vermieden werden, den Erfolg der Bearbeitung zu
gefährden, etwa durch Auswechseln der Schleifscheiben, da
es absolut widersinnig wäre, eine hohe Präzision zu fordern
und sie dann auf diese Weise zunichte zu machen.
Weiterhin ist in Betracht zu ziehen, daß die technische Entwicklung
auf die Verwendung neuer Werkstoffe für solche
Schaufeln gerichtet ist, für deren Bearbeitung dann andere
Schleifscheiben als die genannten Aluminiumoxid- und Diamantscheiben
notwendig werden könnten.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Hochgeschwindigkeits-
Abrichtmaschine für die spanende Bearbeitung und
Vermessung des Umfangsprofils der Schaufeln des Läufers
eines Strahltriebwerks od. dergl., mit einer auf bis zu zehn
Achsen wirksamen numerischen Steuerung (CNC), einer im
wesentlichen unabhängigen Steuerung zum Auswuchten des
Läufers, einem Antrieb, mittels dessen der Läufer mit einer
Drehzahl von bis zu 4000 U/min oder mehr in Drehung versetzbar
ist und welcher zusammen mit diesem auf einem entlang
einem Maschinenbett verfahrbaren Schlitten angeordnet
ist, mit am Maschinenbett angeordneten Einrichtungen für
die Prüfung des bearbeiteten Profils, und mit einem Werkzeugsupport,
welcher mit Einrichtungen für lineare Verschiebungen
und Verdrehbewegungen sowie mit Einrichtungen für
den Antrieb einer zugeordneten Schleifscheibe und die Korrektur
des Profils derselben versehen ist.
Gemäß der Erfindung ist der Werkzeugsupport einer solchen
Abrichtmaschine als Mehrfachsupport ausgebildet und trägt
wenigstens zwei Schleifscheiben aus verschiedenen Werkstoffen
und mit unterschiedlichen Schleifcharakteristiken für
die Bearbeitung von jeweils andere Material- oder sonstige
Eigenschaften aufweisenden Schaufeln eines Läufers od. dergl.,
wobei der Werkzeugsupport mit Einrichtungen für die automatische
Auswahl der für einen jeweiligen Bearbeitungsvorgang
geeigneten Schleifscheibe sowie zum Ausrichten der ausgewählten
Schleifscheibe in der Arbeitsstellung versehen ist
und jeder Schleifscheibe eigene Einrichtungen für die Prüfung
und Korrektur ihres Arbeitsprofiles zugeordnet sind.
Die Verwendung eines solchen Mehrfachsupports mit mehreren
selektiv einsetzbaren Schleifscheiben bietet eine vollständige
und sinnvolle Lösung für das vorstehend angesprochene
Problem, da sie die Umstellung von einer Schleifscheibe auf
eine andere während eines Bearbeitungsvorgangs ermöglicht,
und zwar ohne den Ab- und Anbau der Werkzeuge, sondern lediglich
durch einfaches Verdrehen des Mehrfachsupports bis in
eine Stellung, in welcher sich die für die Bearbeitung ausgewählte
Schleifscheibe in der Arbeitsstellung befindet.
Dabei wird die Präzision, mit welcher die Maschine zuvor
eingestellt wurde, in keiner Weise beeinträchtigt, und darüber
hinaus treten keine Zeitverluste auf, wie dies beim Ab-
und Anbau verschiedener Schleifscheiben in aufwendiger Handarbeit
der Fall ist.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können im
Hinblick auf zukünftige, noch vielseitigere Anforderungen
drei oder bis zu vier Schleifscheiben in einem und demselben
Werkzeugsupport gelagert sein.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schrägansicht einer Abrichtmaschine in einer
Ausführungsform der Erfindung, mit einem mit zwei
Schleifscheiben bestückten Werkzeugsupport,
Fig. 2 eine zu einem Viertel aufgeschnittene Schrägansicht
eines Läufers,
Fig. 3 eine schematisierte Draufsicht auf die Zuordnung
eines Mehrfach-Werkzeugsupports und einer Meßeinheit
zu einem Läufer,
Fig. 4 eine schematisierte Draufsicht auf die mit zwei
Schleifscheiben arbeitende Abrichtmaschine nach
Fig. 1, und
Fig. 5 und 6 Fig. 4 entsprechende Ansichten eines mit drei
bzw. vier Schleifscheiben bestückten Supports.
Eine in Fig. 1 dargestellte Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine
dient der genauen Bearbeitung und Vermessung des
Umfangsprofils der Schaufeln 4 des Läufers 3 des Verdichters
oder der Turbine eines Strahltriebwerks wie in Fig. 2 dargestellt.
Die Maschine hat ein Maschinenbett 8 mit einem verfahrbar
darauf gelagerten Schlitten 7, welcher einen ersten und
einen zweiten Lagerbock 5 bzw. 6 für die drehbare Lagerung
des vorderen bzw. des hinteren Endes des Läufers 3 trägt.
Mittels eines zunächst dem Lagerbock 5 auf dem Schlitten 7
angeordneten Antriebs 9 ist der Läufer 3 mit einer Drehzahl
von ca. 3000 U/min in Drehung versetzbar. Bei dieser Drehzahl
nehmen die Schaufeln 4 durch Fliehkraftwirkung eine
ihrer Betriebsstellung entsprechende ausgestreckte Stellung
ein, in welcher eine zuvor ausgewählte Schleifscheibe 2 an
ihnen angreifen kann. Im Betrieb der Maschine bewegt sich
ein die Schleifscheibe 2 tragender Support 1 schrittweise in
Axialrichtung fort, wie in Fig. 3 durch gestrichelt dargestellte
Stellungen der Schleifscheibe 2 angedeutet. Im
wesentlichen gleichzeitig damit bewegt sich eine auf dem
Maschinenbett gelagerte Meßeinheit 10 in Axialrichtung fort.
In der in Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Ausführungsform der
Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine ist der Werkzeugsupport
als Mehrfachsupport 1 ausgebildet und mit zwei Schleifscheiben 2
bestückt, welche durch einfache Drehung des
Supports 1 um seine Achse 1a selektiv in der Arbeitsstellung
ausrichtbar sind. Dabei kann eine Schleifscheibe eine Aluminiumoxidscheibe
für die Bearbeitung von Schaufeln 4 z. B. aus
Titan sein, und die andere eine Diamantschleifscheibe für
die Bearbeitung von aus Aluminiumoxid gefertigten oder damit
beschichteten Schaufeln.
Die beschriebene Ausführungsform des Werkzeugsupports 1 mit
zwei Schleifscheiben 2 genügt den gegenwärtig gestellten
Ansprüchen. Um sich möglicherweise in der Zukunft stellenden
Ansprüchen zu genügen, ist vorgesehen, einen Support mit
drei oder vier Schleifscheiben 2 zu bestücken, wie in Fig. 6
bzw. 6 dargestellt.
Claims (3)
1. Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine zum Bearbeiten der
Schaufeln des Läufers eines Strahltriebwerks od. dergl.
unter numerischer Steuerung (CNC), mit einem Hochgeschwindigkeitsantrieb
für den mittels verstellbarer Lagerböcke auf
einem Schlitten gelagerten Läufer, einem Maschinenbett, auf
welchem der Schlitten verfahrbar gelagert und an welchem
eine Meßeinheit zum Prüfen des bearbeiteten Profils der
Schaufeln des Läufers angeordnet ist, und mit einem Werkzeugsupport,
welcher mit Einrichtungen für lineare Verschiebungen
und Verdrehbewegungen sowie mit Einrichtungen für den
Antrieb einer zugeordneten Schleifscheibe und die Korrektur
des Profils derselben versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkzeugsupport ein Mehrfachsupport (1) ist, mit
wenigstens zwei darin gelagerten Schleifscheiben (2) aus
verschiedenen Werkstoffen und mit unterschiedlichen Schleifcharakteristiken
für die Bearbeitung von verschiedenen Eigenschaften
aufweisenden Schaufeln (4) gegebenenfalls eines und
desselben Läufers (3), mit Einrichtungen für die automatische
Auswahl der für einen jeweiligen Bearbeitungsvorgang
geeigneten Schleifscheibe (2) und mit Einrichtungen für den
Antrieb der ausgewählten Schleifscheibe (2) und ihre Ausrichtung
in der Arbeitsstellung, wobei jeder Schleifscheibe
(2) eigene Einrichtungen für die Prüfung und Korrektur
ihres Arbeitsprofils zugeordnet sind.
2. Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugsupport (1) mit drei
Schleifscheiben (2) jeweils aus verschiedenen Werkstoffen
und mit unterschiedlichen Schleifcharakteristiken bestückt
ist.
3. Hochgeschwindigkeits-Abrichtmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugsupport (1) mit vier
Schleifscheiben (2) jeweils aus verschiedenen Werkstoffen
und mit unterschiedlichen Schleifcharakteristiken bestückt
ist.
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