DE4320374A1 - Verfahren zur Herstellung von Körpern mit äußeren Freiformflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel­ lung von Körpern mit äußeren Freiformflächen, insbesondere von Turbinenleitschaufeln.

Derartige Körper, insbesondere Turbinenleitschaufeln od. dgl. werden entweder gegossen oder geschmiedet. Auf diese Weise hergestellte Körper und insbesondere Turbinenleitschaufeln od. dgl. haben zwar eine ausreichende Festigkeit, jedoch sind sie insofern nachteilig, als sie einmal sehr schwer und damit auch sehr teuer sind und zum anderen beachtlicher Nacharbeiten bedürfen. Daß die erwähnte Festigkeit den Ein­ satz hochwertigen Materials voraussetzt, bedarf wohl keiner besonderen Erwähnung.

Demgegenüber wird nach der Erfindung ein Verfahren angestrebt, das die Herstellung von Körpern mit äußeren Freiformflächen, insbesondere von Turbinenleitschaufeln od. dgl. auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht.

Dieses Ziel wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß für die Herstellung von Hohlkörpern, wie hohlen Turbinenleitschaufeln od. dgl., zunächst aus flächigen Roh­ platinen entsprechender Stärke und Anzahl Zuschnitte mit Übermaß gefertigt werden, worauf eine Verformung durch Tief­ ziehen erfolgt, an die sich ein Beschneiden der verformten Zuschnitte anschließt und diese Zuschnitte für Verschweißun­ gen zu einem beliebig geformten und/oder verwundenen Hohl­ körper hergerichtet werden und anschließend eine übergangs­ glatte Bearbeitung der Verschweißungen erfolgt. Da die Kör­ per, also z. B. Turbinenleitschaufeln, nunmehr als Hohlkörper ausgeführt werden, ergeben sich nicht nur wesentliche Ma­ terialeinsparungen, sondern auch wesentliche Gewichtsver­ ringerungen, was zu einer erheblichen Kostensenkung führt. Die einzelnen Verfahrensschritte verbürgen auch eine aus­ reichend hohe Festigkeit, nicht zuletzt deshalb, weil es sich um sinnvoll aneinandergereihte und einen hohen Entwicklungs­ stand aufweisende Arbeitsgänge handelt, die darüber hinaus zu einem Erzeugnis führen, bei dem tragbare Toleranzen ein­ gehalten werden können.

Ein ganz wesentlicher Verfahrensschritt besteht darin, daß das Tiefziehen nach dem bekannten Hydroformverfahren durch­ geführt wird. Zwar bedürfen Hydroformverfahren einer großen Erfahrung, jedoch sind damit beliebige Formen, auch Hinter­ schneidungen und die Erstellung verwundener Flächen ohne weiteres möglich. Die erwähnten Erfahrungen sind nicht zu­ letzt deshalb erforderlich, weil nicht nur die Übermaße der Zuschnitte mit Rücksicht auf geringen Abfall, sondern auch das nach dem Verformen auftretende Rückfedern richtig einge­ schätzt werden müssen.

Um die im Hydroformverfahren gefertigten Zuschnitte in die richtige Form für die Weiterverarbeitung zu bringen, ist es zweckmäßig, daß die verformten Zuschnitte mit Laserstrahlen paßgerecht beschnitten werden.

Damit die bereits angesprochene Festigkeit auch im Bereich der Verschweißungen mit Sicherheit gegeben ist, wird vorge­ schlagen, daß an den Randbereichen der zu verschweißenden, stumpf aneinanderstoßenden Zuschnitte bzw. Blechhalbzeuge die schweißseitigen Kanten gebrochen werden. Damit erreicht man, daß, von außen betrachtet, durch und durch die Materia­ lien der Blechhalbzeuge und der Schweißnaht ineinander­ fließen und keine Bereiche verbleiben, in denen keine innige Verschweißung stattgefunden hat.

Nach einer weiteren wertvollen Weiterbildung ist vorgesehen, daß bei spitz auslaufenden Randbereichen einer aus Blech­ halbzeugen zusammenzufügenden Turbinenleitschaufel od. dgl. der eine Randbereich beabstandet von dem Ende des anderen Randbereiches auf letzteren aufgelegt wird, worauf alle Rand­ bereiche, also auch die stumpf aneinanderstoßenden Randbe­ reiche, vor der eigentlichen Verschweißung positionsgerecht geheftet werden. Durch das Heften wird erreicht, daß keine Fehlstellungen der einzelnen Blechhalbzeuge zueinander mög­ lich sind und von vornherein ein der gewünschten Endform nahekommendes Gebilde entsteht.

Eine weitere wesentliche Einzelheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß alle Verschweißungen ge­ genüber den benachbarten Flächen mit überdimensionierten Schweißnähten versehen sind. Dadurch ist nicht nur das be­ reits erwähnte Ineinanderfließen der Materialien gesichert, sondern es ist auch gewährleistet, daß im Bereich der Ver­ schweißungen kein Minus an Material eintreten kann.

Da in der Regel die überdimensionierten Schweißnähte nicht der gewünschten oder erforderlichen Endform entsprechen, ist es zweckmäßig, daß nach dem Erstellen der Schweißnähte diese überfräst werden.

Eine weitere Einzelheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß bei spitz auslaufenden Teilen einer Tur­ binenleitschaufel od. dgl. nach dem Fräsen der Überstand des einen Blechhalbzeuges abgeschnitten wird. Der Überstand ge­ hört streng genommen nicht zu dem hergestellten Hohlkörper, vielmehr dient er der Halterung bei den einzelnen Arbeits­ gängen und muß schließlich beseitigt werden.

Im Hinblick auf die vorgeschriebenen Formen und Toleranzen wird ferner vorgeschlagen, daß die überfrästen Verschweißun­ gen übergangsglatt zu den benachbarten Flächen verschliffen werden.

Wiederum im Hinblick auf die Toleranzen ist schließlich vor­ gesehen, daß die gesamte Außenfläche der jeweiligen Turbinen­ leitschaufel od. dgl. überschliffen wird, was gleichzeitig mit dem Verschleifen der Fräszonen erfolgen kann.

Durch diese Verfahrensschritte ergibt sich eine allen An­ sprüchen gewachsene Turbinenleitschaufel, die aus zwei ver­ wundenen, außen Freiflächen aufweisenden Zuschnitten besteht, die über verfräste und verschliffene Schweißnähte miteinander verbunden sind.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Turbinenleitschaufel näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellte Turbinenleitschaufel in schaubildlicher Darstellung;

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößert herausge­ zeichnete Einzelheit im Bereich des Kreises II, jedoch noch nicht fertig bearbeitet, und

Fig. 3 eine ebenfalls noch nicht bearbeitete und gegen­ über Fig. 1 vergrößerte Einzelheit im Bereich des Kreises III.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht eine Turbinenleitschau­ fel 1 aus zwei bereits verformten Zuschnitten 2, 3, die über Schweißnähte 4, 5 fest miteinander verbunden sind. In Fig. 1 ist der Endzustand veranschaulicht, jedoch ist mit Punkten 6, 7, 8 bzw. 9, 10, 11 angedeutet, daß vor dem Verschweißen der Zuschnitte 2, 3 ein Heften stattgefunden hat.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß im oberen Bereich der Zuschnit­ te 2, 3 die Kanten 12, 13 gebrochen sind und vor der Erstellung der Schweißnaht 4 durch das Heften ein Spalt 14 verblieben ist, so daß über die ganze Stärke der Zuschnitte 2, 3 bei der Er­ stellung der Schweißnaht 4 bzw. beim Verschweißen ein inniger Materialfluß zwischen der Schweißnaht 4 und den Zuschnitten 2, 3 stattgefunden hat, wie dies durch die Schraffur ange­ geben ist. Außerdem erkennt man, daß die Schweißnaht 4 die Flächen 15, 16 des Zuschnittes 2, 3 überragt, so daß durch Fräsen und Schleifen ein glatter Übergang von einem Zuschnitt 2 zum anderen Zuschnitt 3 herstellbar ist.

Gemäß Fig. 3 ist ein stumpfes Ende 17 des Zuschnittes 3 auf ein verlängertes Ende 18 des Zuschnittes 2 aufgelegt und der Materialfluß beim Schweißen ist mit einer oval verlaufenden Linie 19 angegeben, d. h., auch hier ist das Ineinanderfließen der Materialien der Zuschnitte 2 und 3 und der Schweißnaht 5 sichergestellt. Durch Fräsen und Schleifen wird die Schweiß­ naht 5 an ihrer Außenseite und auch das Ende 18 derart abge­ tragen, daß die dicht schraffierte Fläche einen glatten Über­ gang zwischen den Zuschnitten 2, 3 ergibt. Bei 20 ist ein Überstand angegeben, der nach dem Verschweißen oder sonsti­ gen Arbeitsgängen abgeschnitten wird, so daß die Außen­ flächen der Zuschnitte 2, 3 einschließlich der Schweiß­ nähte 4, 5 paßgerecht überschliffen werden können.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Körpern mit äußeren Frei­ formflächen, insbesondere von Turbinenleitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von Hohl­ körpern, wie hohlen Turbinenleitschaufeln od. dgl., zu­ nächst aus flächigen Rohplatinen entsprechender Stärke und Anzahl Zuschnitte mit Übermaß gefertigt werden, worauf eine Verformung durch Tiefziehen erfolgt, an die sich ein Beschneiden der verformten Zuschnitte anschließt und diese Zuschnitte für Verschweißungen zu einem beliebig geformten und/oder verwundenen Hohlkörper hergerichtet werden und anschließend eine übergangsglatte Bearbeitung der Ver­ schweißungen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefziehen nach dem bekannten Hydroformverfahren durchge­ führt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die verformten Zuschnitte mit Laserstrah­ len paßgerecht beschnitten werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an den Randbereichen der zu verschweißenden, stumpf aneinanderstoßenden Zuschnitte bzw. Blechhalb­ zeuge die schweißseitigen Kanten gebrochen werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei spitz auslaufenden Randbereichen einer aus Blechhalbzeugen zusammenzufügenden Turbinenleit­ schaufel od. dgl. der eine Randbereich beabstandet von dem Ende des anderen Randbereichs auf letzteren aufge­ legt wird, worauf alle Randbereiche, also auch die stumpf aneinanderstoßenden Randbereiche vor der eigentlichen Verschweißung positionsgerecht geheftet werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle Verschweißungen gegenüber den benach­ barten Flächen mit überdimensionierten Schweißnähten ver­ sehen werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Erstellen der Schweißnähte diese überfräst werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei spitz auslaufenden Teilen einer Tur­ binenleitschaufel od. dgl. nach dem Fräsen der Überstand des einen Blechhalbzeuges abgeschnitten wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die überfrästen Verschweißungen übergangs­ glatt zu den benachbarten Flächen verschliffen werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gesamte Außenfläche der jeweiligen Tur­ binenleitschaufel od. dgl. überschliffen wird, was gleich­ zeitig mit dem Verschleifen der Fräszonen erfolgen kann.

11. Turbinenleitschaufel, die nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 hergestellt ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Turbinenleitschaufel (1) aus zwei verwundenen, außen Freiflächen (vgl. 15, 16) aufweisenden Zuschnitten (2, 3) besteht, die über verfräste und verschliffene Schweißnähte (4, 5) miteinander verbunden sind.