WO2011057621A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines integral beschaufelten rotors sowie mittels des verfahrens hergestellter rotor - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines integral beschaufelten rotors sowie mittels des verfahrens hergestellter rotor Download PDF

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WO2011057621A1
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holding
rotor
clamping jaws
holding device
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Frank Stiehler
Hans Peter Borufka
Patrick Prokopczuk
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Mtu Aero Engines Gmbh
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    • Y10T29/49321—Assembling individual fluid flow interacting members, e.g., blades, vanes, buckets, on rotary support member

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing an integrally bladed rotor, in particular a gas turbine rotor.
  • the invention further relates to a rotor produced by the method.
  • Gas turbine rotors with integral blading are referred to as blisk or bling, depending on whether a disk-shaped or annular rotor or rotor carrier (hereinafter referred to as rotor main body) is present.
  • Blisk is the short form of "bladed disk” and bling of "bladed ring”. From the prior art it is known to produce gas turbine rotors with integral blading by milling from the solid. Since this method is very complicated and expensive, it is used only for the production of relatively small gas turbine rotors.
  • LRS linear friction welding
  • one of the parts to be joined is firmly clamped, the other oscillates with a linear movement.
  • the material in the area of the weld zone heats up to forging temperature.
  • the parts are compressed so that a weld bead is created in the joint area, which is then removed by adaptive milling.
  • IHFP inductive high-frequency pressure welding
  • EP 0 513 669 A2 relates to a method for blading a rotationally symmetrical blade carrier for turbomachines by means of friction welding, in which a receiving device with two mutually clampable clamping jaws for fixing a blade is used. By tightening screws clamp clamping surfaces of the clamping jaws the blade root on rectangular side surfaces between them.
  • the object of the invention is to enable in the manufacture of an integrally bladed rotor by means of joining an exact and reliable positioning of a blade to be joined to the rotor body.
  • the method according to the invention for producing an integrally bladed rotor, in particular a gas turbine rotor, by means of joining comprises the following steps:
  • the invention is based on the recognition that coated blades are used in practically all currently manufactured turbines. Since the protective layer must already be applied prior to the joining because of the material, the blade is clamped in one
  • Receiving device only one area in question, which does not need to be coated. This is usually an area on the blade root, more specifically the area under the inner shroud, if any.
  • Another special feature of the invention is the fact that only a relatively moderate holding force must be applied (preferably by a hydraulic system). Only through the
  • the inventive method can be carried out automatically, which is not possible in particular in the known method according to EP 1 213 088 Bl. Since only a relatively small force is to be applied for holding the blade, in the context of process automation, for example, a reasonably dimensioned hydraulic device (robot) can be provided, which picks up the shovel, transports it and positions it above the rotor base body.
  • a reasonably dimensioned hydraulic device robot
  • the blade is provided with at least one functional portion, wherein either the functional portion or the holding device has a hollow profile with an externally accessible opening and an end face and the holding device or the
  • Function section has at least one holding portion which penetrates the non-positive holding of the blade in the hollow profile and is pressed in a direction perpendicular to the end face direction.
  • the hollow profile and the holding section matched to this ensure that the blade is kept defined in all spatial directions, so that a very high
  • Positioning accuracy of the blade is achieved.
  • the joining process can be carried out with very high forces, as required in the mechanically assisted direct joining of a blade to a rotor base body, especially if these are different
  • the actual joining can be done by linear friction welding or inductive high frequency pressure welding.
  • the inventive device for producing an integrally bladed rotor comprises a holding device for a blade with two clamping jaws, by the compression of which the blade is held purely non-positively at two opposite points, and means for pressing the frictionally held blade on a rotor body such that the Automatically aligns the bucket with a joining position.
  • the holding device has a
  • Holding portion with an inclined contact surface which is tuned to a formed in a hollow profile of a functional portion of the blade ramp.
  • the holding device has a hollow profile, in which a ramp is formed, wherein the ramp is tuned to an inclined contact surface of a provided on a functional portion of the blade holding portion.
  • the invention also provides an integrally bladed rotor, in particular for gas turbines, which is produced by the process according to the invention.
  • FIG. 1 is a perspective, partially transparent view of an inventive
  • Clamped blade apparatus for making integrally bladed rotors by the method of the invention
  • FIGS. 2 and 3 are perspective detail views of the lower blade area
  • FIG. 4 is a detailed perspective view of the recording device with clamped blade.
  • FIG. 1 shows a part of a device for producing an integrally bladed rotor by means of joining.
  • the device can be used in particular in the context of a LRS or IHFP method, which will be discussed later.
  • the integrally bladed rotor which may be used in the compressor or turbine section of a gas turbine, has a base in the form of a disk or ring.
  • RotorgroundSuper which may be formed of polycrystalline material, are
  • Attached turbine blades 10 which may be formed of single crystal material and may be integral parts of a closed blade ring.
  • a blade 10 extends from a blade root 12, to which the blade 10 is secured to the rotor body, to a blade tip 14.
  • an inner shroud 16 and an outer shroud 18, respectively, are integrally disposed.
  • the area below the inner shroud 16 is not coated. In this area, two realized as sprue function sections 20 are provided on
  • the functional sections 20 are designed as hollow profiles (open pockets), ie they are substantially hollow in the interior.
  • one of the inner boundary surfaces in each case the lower one in the illustrations) is designed as a ramp 22.
  • the outer end face 24, which surrounds the opening of the functional section 20, serves as a pressing surface during the joining process.
  • FIG. 2 also shows the joining surface 26 opposite the blade tip 14, which comes into contact with a corresponding joining surface of the rotor base body during the joining process.
  • the device shown in Figures 1 and 4 comprises a holding device with which the blade 10 is held and positioned relative to the rotor base body.
  • a holding device with which the blade 10 is held and positioned relative to the rotor base body.
  • two clamping jaws 28 are shown, which can be moved towards each other.
  • Each jaw 28 has a protruding holding portion 30, which is opposite to the holding portion 30 of the other clamping jaw 28.
  • the holding portions 30 are wedge-shaped and taper in the direction of the opposite clamping jaw 28.
  • the outer shape of the holding portions 30 is substantially each
  • each holding section 30 has an inclined abutment surface 32, which is inclined in accordance with the ramp 22 of the associated functional section 20.
  • the blade 10 In order to secure the blade 10 to the rotor base body, the blade 10, as shown in Figures 1 and 4, clamped in the holding device by the clamping jaws 28 are moved toward one another in a direction perpendicular to the end faces 24 toward each other.
  • the wedge-shaped holding portions 30 of the clamping jaws 28 engage in the hollow profiles on the blade root 12, and the end faces 24 are pressed against the clamping jaws 28.
  • the blade 10 is held in this way in two places purely non-positively (without positive locking). It
  • the foot 12 of the clamped blade 10 is free during welding welding torques, while the circled in Figure 1 area of the blade 10, ie in particular the blade and the outer shroud 18, in this state largely free of stress (if the outer shroud 18 is free) ,
  • the hollow profile is not formed on the functional portion 20, but on the holding device. Accordingly, then the holding portion 30 is not provided on the holding device, but on the functional portion 20.
  • Functional portion 20 and the holding portions 30 may also be an integral part of the blade 10. In this case, no sprue is required.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors, insbesondere eines Gasturbinenrotors, mittels Fügen, umfasst folgende Schritte: - Bereitstellen einer Schaufel (10) mit einer Fügefläche; - Bereitstellen einer Halteeinrichtung mit zwei Spannbacken (28); - rein kraftschlüssiges Halten der Schaufel (10) an zwei entgegengesetzten Stellen der Schaufel (10) durch die Spannbacken (28); und - Andrücken der kraftschlüssig gehaltenen Schaufel (10) auf einen Rotorgrundkörper, sodass sich die Schaufel (10) selbsttätig in eine Fügeposition ausrichtet. Eine Vorrichtung zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors umfasst eine Halteeinrichtung für eine Schaufel (10) mit zwei Spannbacken (28), durch deren Zusammendrücken die Schaufel (10) an zwei entgegengesetzten Stellen rein kraftschlüssig gehalten wird, und eine Einrichtung zum Andrücken der kraftschlüssig gehaltenen Schaufel (10) auf einen Rotorgrundkörper derart, dass sich die Schaufel (10) selbsttätig in eine Fügeposition ausrichtet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors sowie mittels des Verfahrens hergestellter Rotor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors, insbesondere Gasturbinenrotors. Die Erfindung betrifft ferner einen mittels des Verfahrens hergestellten Rotor.
Gasturbinenrotoren mit integraler Beschaufelung bezeichnet man abhängig davon, ob ein im Querschnitt scheibenförmiger oder ringförmiger Rotor bzw. Rotorträger (im Folgenden Rotorgrundkörper genannt) vorhanden ist, als Blisk bzw. Bling. Blisk ist die Kurzform von "bladed disk" und Bling von "bladed ring". Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Gasturbinenrotoren mit integraler Beschaufelung durch Fräsen aus dem Vollen herzustellen. Da dieses Verfahren sehr aufwendig und teuer ist, wird es nur für die Herstellung relativ kleiner Gasturbinenrotoren eingesetzt.
Bei großen Rotoren finden Fügeverfahren Anwendung, bei denen Rotorgrundkörper und Schaufeln separat hergestellt und anschließend miteinander verbunden werden. Unter den Fügeverfahren hat das Linearreibschweißen (LRS) in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Dabei wird eines der zu fügenden Teile fest eingespannt, das andere schwingt mit einer linearen Bewegung. Durch Zusammenpressen der Teile entsteht Reibungswärme. Das Material im Bereich der Schweißzone erhitzt sich auf Schmiedetemperatur. Gleichzeitig werden die Teile gestaucht, so dass im Fügebereich ein Schweißwulst entsteht, der danach durch adaptives Fräsen entfernt wird.
Um beim Reibschweißen, bei dem eines der beiden zu fügenden Teile relativ zum anderen bewegt werden muss, Schwierigkeiten bei der Ausrichtung der Schaufeln zum Rotorgrundkörper zu vermeiden, ist es bekannt, einen vorgefertigten Zwischenkörper sozusagen als Brücke oder Adapter zwischen Rotorgrundkörper und Schaufel an beiden Einheiten festzuschweißen. Eine Relativbewegung zwischen Rotorgrundkörper und Schaufel ist dann nicht mehr notwendig, die beiden Teile können vorab fest zueinander positioniert werden.
Ein anderes Fügeverfahren ist das induktive Hochfrequenzpressschweißen (IHFP = inductive high-frequency pressure welding). Aus der DE 198 58 702 B4 ist ein solches Verfahren zum Verbinden von Schaufelteilen einer Gasturbine bekannt. Die Schaufelteile weisen Verbindungsflächen auf, die im Wesentlichen fluchtend beabstandet zueinander positioniert werden. Anschließend werden die Schaufelteile durch Erregen eines Induktors mit hochfrequentem Strom und durch Zusammenfahren unter Berührung der Verbindungsflächen miteinander verschweißt. Der Induktor wird mit einer konstanten Frequenz erregt, die im Allgemeinen über 0,75 MHz liegt und in Abhängigkeit von der Geometrie der Verbindungsflächen gewählt wird. Beim induktiven Hochfrequenzpressschweißen ist die genügend große und homogene Erwärmung der beiden Schweißpartner für die Qualität der Fügestelle von entscheidender Bedeutung. Es können in der Regel aber nur Bauelemente mit relativ kleinen Querschnitten (Größenordnung < 200 mm ) zuverlässig miteinander verschweißt werden, da bei größeren Bauteilquerschnitten keine ausreichende Erwärmung der zentralen bzw. mittleren Querschnittsbereiche und damit keine homogene Erwärmung der Fügestellen erfolgt.
Aus der EP 1 213 088 Bl ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors mittels Reibschweißen bekannt, bei dem eine Schaufel von einer
Werkzeugvorrichtung mit zwei Spannbacken unter Formschluss festgehalten wird. Dabei dringen die keilförmig ausgebildeten Spannbacken in Einkerbungen an Vorderkanten- und Hinterkantenabschnitten der Schaufel ein. Das formschlüssige Einspannen der Schaufel in die komplexe Werkzeugvorrichtung ist sehr aufwendig und kann nur manuell vorgenommen werden. Die EP 0 513 669 A2 betrifft ein Verfahren zur Beschaufelung eines rotationssymmetrischen Schaufelträgers für Strömungsmaschinen mittels Reibschweißen, bei dem eine Aufhahme- einrichtung mit zwei gegeneinander verspannbaren Spannbacken zur Fixierung einer Schaufel zum Einsatz kommt. Durch Anziehen von Schrauben klemmen Spannflächen der Spannbacken den Schaufelfuß an rechteckigen Seitenflächen zwischen sich ein. Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Herstellung eines integral beschaufelten Rotors mittels Fügen ein exaktes und zuverlässiges Positionieren einer an den Rotorgrundkörper zu fügenden Schaufel zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors, insbesondere eines Gasturbinenrotors, mittels Fügen, umfasst folgende Schritte:
Bereitstellen einer Schaufel mit einer Fügefläche; - Bereitstellen einer Halteeinrichtung mit zwei Spannbacken;
- rein kraftschlüssiges Halten der Schaufel an zwei entgegengesetzten Stellen der
Schaufel durch die Spannbacken; und
- Andrücken der kraftschlüssig gehaltenen Schaufel auf einen Rotorgrundkörper, sodass sich die Schaufel selbsttätig in eine Fügeposition ausrichtet.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass praktisch in allen zurzeit hergestellten Turbinen beschichtete Schaufeln verwendet werden. Da die Schutzschicht materialbedingt bereits vor dem Fügen aufgetragen werden muss, kommt für ein Einspannen der Schaufel in einer
Aufnahmevorrichtung nur ein Bereich infrage, der nicht beschichtet werden muss. Dies ist üblicherweise ein Bereich am Schaufelfuß, genauer gesagt der Bereich unter dem inneren Deckband, sofern ein solches vorhanden ist.
Auf einen vorgefertigten Zwischenkörper, der bei einigen bekannten Herstellungsverfahren zwischen Schaufel und Rotationsgrundkörper eingefügt wird, kann verzichtet werden, wodurch die Herstellungskosten für den integral beschaufelten Rotor gesenkt werden. Außerdem bedeutet das direkte Fügen der Schaufel an den Rotationsgrundkörper eine Gewichtsreduzierung und Leckageminimierung.
Gegenüber der aus der EP 1 213 088 Bl bekannten Technik wird die für den Schweiß Vorgang erforderliche Fixierung nicht durch einen mit einer Vielzahl von Bauteilen erreichten
überbestimmenden Formschluss, sondern durch kontinuierliche Krafteinleitung (Kraftschluss) erreicht, sodass auf eine aufwendige Mechanik für die Fixierung verzichtet werden kann. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens reichen zwei Haltepunkte zur Fixierung aus.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung ist darin zu sehen, dass nur eine relativ moderate Haltekraft aufgebracht werden muss (vorzugsweise von einer Hydraulik). Erst durch das
Absetzen der Schaufel (Andrücken an den Rotorgrundkörper) richtet sich die Schaufel aus. Es wird also in vorteilhafter Weise die Kinematik des Reibschweißens zur Ausrichtung der Schaufel genutzt. Ein daraus resultierender zusätzlicher positiver Effekt ist die Schwingungsdämpfung an der Schaufelspitze. Aufgrund der oben beschriebenen Besonderheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren automatisiert durchgeführt werden, was insbesondere beim bekannten Verfahren gemäß der EP 1 213 088 Bl nicht möglich ist. Da zum Halten der Schaufel nur eine relativ geringe Kraft aufzubringen ist, kann im Rahmen der Verfahrensautomatisierung z.B. eine vernünftig dimensionierte Hydraulikvorrichtung (Roboter) vorgesehen werden, die die Schaufel aufgreift, transportiert und über dem Rotorgrundkörper positioniert.
Vorzugsweise wird die Schaufel mit wenigstens einem Funktionsabschnitt bereitgestellt, wobei entweder der Funktionsabschnitt oder die Halteeinrichtung ein Hohlprofil mit einer von außen zugänglichen Öffnung und einer Stirnfläche aufweist und die Halteeinrichtung bzw. der
Funktionsabschnitt wenigstens einen Halteabschnitt aufweist, der zum kraftschlüssigen Halten der Schaufel in das Hohlprofil eindringt und in eine zur Stirnfläche senkrechten Richtung gedrückt wird. Das Hohlprofil und der auf dieses abgestimmte Halteabschnitt sorgen dafür, dass die Schaufel in allen Raumrichtungen definiert gehalten wird, sodass eine sehr hohe
Positioniergenauigkeit der Schaufel erreicht wird. Der Fügeprozess kann mit sehr hohen Kräften durchgeführt werden, wie sie beim mechanisch unterstützten direkten Fügen einer Schaufel an einen Rotorgrundkörper erforderlich sind, insbesondere wenn diese unterschiedliche
Materialeigenschaften aufweisen. Das eigentliche Fügen kann durch Linearreibschweißen oder induktives Hochfrequenzpressschweißen erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors umfasst eine Halteeinrichtung für eine Schaufel mit zwei Spannbacken, durch deren Zusammendrücken die Schaufel an zwei entgegengesetzten Stellen rein kraftschlüssig gehalten wird, und eine Einrichtung zum Andrücken der kraftschlüssig gehaltenen Schaufel auf einen Rotorgrundkörper derart, dass sich die Schaufel selbsttätig in eine Fügeposition ausrichtet.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausfuhrungsform weist die Halteeinrichtung einen
Halteabschnitt mit einer schrägen Anlagefläche auf, die auf eine in einem Hohlprofil eines Funktionsabschnitts der Schaufel gebildete Rampe abgestimmt ist.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausfuhrungsform weist die Halteeinrichtung ein Hohlprofil auf, in dem eine Rampe gebildet ist, wobei die Rampe auf eine schräge Anlagefläche eines an einem Funktionsabschnitt der Schaufel vorgesehenen Halteabschnitts abgestimmt ist. Die Erfindung gibt schließlich auch einen integral beschaufelten Rotor an, insbesondere für Gasturbinen, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- Figur 1 eine perspektivische, teilweise transparente Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit eingespannter Schaufel, mit der integral beschaufelte Rotoren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden;
- Figuren 2 und 3 perspektivische Detailansichten des unteren Schaufelbereichs; und
- Figur 4 eine perspektivische Detailansicht der Aufnahmevorrichtung mit eingespannter Schaufel.
In Figur 1 ist ein Teil einer Vorrichtung zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors mittels Fügen dargestellt. Die Vorrichtung kann insbesondere im Rahmen eines LRS- oder IHFP-Verfahrens eingesetzt werden, worauf später noch eingegangen wird.
Der integral beschaufelte Rotor, der im Verdichter oder Turbinenbereich einer Gasturbine eingesetzt werden kann, weist einen Grundkörper in Form einer Scheibe oder eines Rings auf. Am Rotorgrundkörper, der aus polykristallinem Material gebildet sein kann, werden
Turbinenschaufeln 10 befestigt, die aus einkristallinem Material gebildet und einstückige Bestandteile eines geschlossenen Schaufelkranzes sein können.
Eine Schaufel 10 erstreckt sich von einem Schaufelfuß 12, an dem die Schaufel 10 mit dem Rotorgrundkörper befestigt wird, bis zu einer Schaufelblattspitze 14. Am Schaufelfuß 12 und an der Schaufelblattspitze 14 sind integral ein inneres Deckband 16 bzw. ein äußeres Deckband 18 angeordnet. Der Bereich unterhalb des inneren Deckbands 16 ist nicht beschichtet. In diesem Bereich sind zwei als Anguss realisierte Funktionsabschnitte 20 vorgesehen, die auf
entgegengesetzten Seiten des Schaufelfußes 12 angeordnet sind. In den Figuren 2 und 3 ist erkennbar, dass die Funktionsabschnitte 20 als Hohlprofüe (offene Taschen) ausgebildet, im Inneren also im Wesentlichen hohl sind. Bei beiden Funktionsabschnitten 20 ist eine der inneren Begrenzungsflächen (in den Abbildungen jeweils die untere) als Rampe 22 ausgeführt. Die äußere Stirnfläche 24, die die Öffnung des Funktionsabschnitts 20 umgibt, dient beim Fügeprozess als Pressfläche.
In Figur 2 ist auch die der Schaufelblattspitze 14 entgegengesetzte Fügefläche 26 zu sehen, die beim Fügeprozess in Kontakt mit einer entsprechenden Fügefläche des Rotorgrundkörpers kommt.
Die in den Figuren 1 und 4 gezeigte Vorrichtung umfasst eine Halteeinrichtung, mit der die Schaufel 10 gehalten und relativ zum Rotorgrundkörper positioniert wird. Von der Halteeinrichtung der Vorrichtung sind zwei Spannbacken 28 gezeigt, die aufeinander zu bewegt werden können. Jede Spannbacke 28 weist einen vorstehenden Halteabschnitt 30 auf, der dem Halteabschnitt 30 der jeweils anderen Spannbacke 28 gegenüberliegt.
Die Halteabschnitte 30 sind keilförmig und verjüngen sich in Richtung der gegenüberliegenden Spannbacke 28. Die äußere Form der Halteabschnitte 30 ist im Wesentlichen jeweils
komplementär zum inneren Profil einer der taschenartigen Funktionsabschnitte 20 der Schaufel 10. Insbesondere weist jeder Halteabschnitt 30 eine schräge Anlagefläche 32 auf, die entsprechend der Rampe 22 des zugeordneten Funktionsabschnitts 20 geneigt ist.
Um die Schaufel 10 am Rotorgrundkörper zu befestigen wird die Schaufel 10, wie in den Figuren 1 und 4 gezeigt, in die Halteeinrichtung eingespannt, indem die Spannbacken 28 in eine zu den Stirnflächen 24 senkrechten Richtung aufeinander zu bewegt werden. Dabei greifen die keilförmigen Halteabschnitte 30 der Spannbacken 28 in die Hohlprofile am Schaufelfuß 12 ein, und die Stirnflächen 24 werden gegen die Spannbacken 28 gedrückt. Die Schaufel 10 wird auf diese Weise an zwei Stellen rein kraftschlüssig (ohne Formschluss) gehalten. Es
dementsprechend nicht erforderlich, eine besonders hohe Spannkraft aufzubringen. Ein gewisses Spiel der Schaufel 10 darf und soll sogar vorhanden sein.
Die für das Fügen mittels Linearreibschweißen erforderliche Oszillation des Schaufelfußes 12 bei festgehaltenem Rotorgrundkörper wird von den zu Schwingungen angeregten Spannbacken 28 über die daran angedrückten Stirnflächen 24 der Funktionsabschnitte 20 auf den Schaufelfuß 12 übertragen. Sowohl beim Linearreibschweißen als auch beim alternativen induktiven Hochfrequenzpressschweißen ist eine Stauchkraft erforderlich, die die Schaufel 10 in einer zur Fügefläche 26 senkrechten Richtung auf die gegenüberliegende Fügefläche des Rotorgrundkörpers andrückt. Diese Stauchkraft wird nach dem Zusammendrücken der Spannbacken 28 auf die Schaufel 10 aufgebracht. Ein wesentlicher Teil der Stauchkraft wird über die schrägen Anlageflächen 32 der keilförmigen Halteabschnitte 30 auf die Rampen 22 in den taschenartigen Funktionsabschnitten 20 übertragen, wodurch die Schaufel 10 in Richtung Rotorgrundkörper gedrückt wird. Erst durch das Absenken der Schaufel auf den Rotorgrundkörper richtet sich die Schaufel 10 selbsttätig in die gewünschte Fügeposition aus. In Spannrichtung ist die gewünschte Fügeposition bereits festgelegt. Unter Spannrichtung ist im Wesentlichen die Gerade zwischen den Spannbacken zu verstehen.
Der Fuß 12 der eingespannten Schaufel 10 ist beim Schweißen frei von Drehmomenten, während der in Figur 1 eingekreiste Bereich der Schaufel 10, also insbesondere das Schaufelblatt und das äußere Deckband 18, in diesem Zustand weitestgehend belastungsfrei ist (sofern das äußere Deckband 18 frei ist).
Es ist selbstverständlich auch möglich, dass das Hohlprofil nicht am Funktionsabschnitt 20, sondern an der Halteeinrichtung gebildet ist. Dementsprechend ist dann der Halteabschnitt 30 nicht an der Halteeinrichtung, sondern am Funktionsabschnitt 20 vorzusehen. Der
Funktionsabschnitt 20 bzw. der Halteabschnitte 30 kann auch integraler Bestandteil der Schaufel 10 sein. In diesem Fall ist kein Anguss erforderlich.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren sowie der zughörigen Vorrichtung wird eine definierte Spannfolge erreicht. Hinsichtlich der Homogenisierung von Spannungszuständen ist eine optimale Einleitung von sehr hohen Prozesskräften gewährleistet. Die Halteeinrichtung der Vorrichtung ist aufgrund der definierten Kontaktsituationen unter Ausnutzung der sehr hohen Prozesskräfte mechanisch bestimmbar.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors, insbesondere eines Gasturbinenrotors, mittels Fügen, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Schaufel (10) mit einer Fügefläche; und
- Bereitstellen einer Halteeinrichtung mit zwei Spannbacken (28); gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- rein kraftschlüssiges Halten der Schaufel (10) an zwei entgegengesetzten Stellen der Schaufel (10) durch die Spannbacken (28); und
- Andrücken der kraftschlüssig gehaltenen Schaufel (10) auf einen Rotorgrundkörper, sodass sich die Schaufel (10) selbsttätig in eine Fügeposition ausrichtet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (10) von den Spannbacken (28) mit einem Spiel gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (10) mit wenigstens einem Funktionsabschnitt (20) bereitgestellt wird, wobei entweder der
Funktionsabschnitt (20) oder die Halteeinrichtung ein Hohlprofil mit einer von außen zugänglichen Öffnung und einer Stirnfläche (24) aufweist und die Halteeinrichtung bzw. der Funktionsabschnitt (20) wenigstens einen Halteabschnitt aufweist, der zum
kraftschlüssigen Halten der Schaufel (10) in das Hohlprofil eindringt und in eine zur Stirnfläche (24) senkrechten Richtung gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Andrücken der Schaufel (10) auf den Rotorgrundkörper ein wesentlicher Teil der hierfür aufgewendeten Kraft über eine schräge Anlagefläche (32) des Halteabschnitts (30) auf eine im Hohlprofil gebildete Rampe (22) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (30) von einer Spannbacke (28) der Halteeinrichtung oder vom Funktionsabschnitt (20) vorsteht und die Stirnfläche (24) nach dem Einspannen der Schaufel (10) an der Spannbacke (28) bzw. am Funktionsabschnitt (20) anliegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Oszillationen der Spannbacken (28) über die Stirnfläche (24) in den Fuß (12) der Schaufel (10) eingeleitet werden. 7. Vorrichtung zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors, gekennzeichnet durch eine Halteeinrichtung für eine Schaufel (10) mit zwei Spannbacken (28), durch deren Zusammendrücken die Schaufel (10) an zwei entgegengesetzten Stellen rein kraftschlüssig gehalten wird, und eine Einrichtung zum Andrücken der kraftschlüssig gehaltenen Schaufel (10) auf einen Rotorgrundkörper derart, dass sich die Schaufel (10) selbsttätig in eine Fügeposition ausrichtet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung einen Halteabschnitt (30) mit einer schrägen Anlagefläche (32) aufweist, die auf eine in einem Hohlprofil eines Funktionsabschnitts (20) der Schaufel (10) gebildete Rampe (22) abgestimmt ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung ein
Hohlprofil aufweist, in dem eine Rampe (22) gebildet ist, wobei die Rampe (22) auf eine schräge Anlagefläche (32) eines an einem Funktionsabschnitt (20) der Schaufel (10) vorgesehenen Halteabschnitts (30) abgestimmt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (30) keilförmig ist und von einer Spannbacke (28) der Halteeinrichtung oder vom
Funktionsabschnitt (20) der Schaufel (10) vorsteht, wobei die Spannbacke (28) bzw. der Funktionsabschnitt (20) im eingespannten Zustand der Schaufel (10) an der Stirnfläche (24) des Hohlprofils angreift.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide
Spannbacken (28) der Halteeinrichtung aufeinander zu bewegbar sind und einander gegenüberliegende Halteabschnitte (30) bzw. Hohlprofile aufweisen, die beim Einspannen der Schaufel (10) mit zwei auf entgegengesetzten Seiten der Schaufel (10) angeordneten Hohlprofilen bzw. Halteabschnitten (30) zusammenwirken.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der die Halteabschnitte (30) bzw. Hohlprofile zu Schwingungen angeregt werden können.
13. Integral beschaufelter Rotor, insbesondere Gasturbinenrotor, hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11078800B2 (en) * 2016-11-14 2021-08-03 Man Energy Solutions Se Turbomachine rotor and method for producing same

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2944723B1 (fr) 2009-04-27 2011-04-22 Eurocopter France Outillage pour le maintien de pieces metalliques de faible epaisseur composant une structure creuse, en vue de leur soudage l'une a l'autre par friction
US9810069B2 (en) 2012-07-02 2017-11-07 Ansaldo Energia Switzerland AG Repair of a shrouded blade
ITTV20130031A1 (it) 2013-02-28 2014-08-29 Pietro Rosa T B M S R L Paletta per turbomacchine e relativo metodo di costruzione
ITTV20130029A1 (it) 2013-02-28 2014-08-29 Pietro Rosa T B M S R L Paletta per turbomacchine e relativo metodo di costruzione
GB2514086B (en) * 2013-03-11 2017-12-06 Kuka Systems Uk Ltd Linear friction welding
GB2514087B (en) * 2013-03-11 2018-01-24 Kuka Systems Uk Ltd Linear friction welding
EP3012411A1 (de) * 2014-10-23 2016-04-27 United Technologies Corporation Integral beschaufelter rotor mit axialem arm und tasche
EP3238868A1 (de) * 2016-04-27 2017-11-01 MTU Aero Engines GmbH Verfahren zum herstellen einer schaufel für eine strömungsmaschine
DE102016224386A1 (de) * 2016-12-07 2018-06-07 MTU Aero Engines AG Verfahren zum herstellen einer schaufel für eine strömungsmaschine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0513669A2 (de) 1991-05-17 1992-11-19 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàœNchen Gmbh Reibschweissverfahren zur Beschaufelung eines Schaufelträgers für Strömungsmaschinen
US5188275A (en) * 1990-05-24 1993-02-23 Rolls-Royce Plc Friction bonding clamp for a rotor blade
US5813593A (en) * 1996-11-15 1998-09-29 General Electric Company Translational friction welding apparatus and method
DE19858702B4 (de) 1998-12-18 2004-07-01 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Verbinden von Schaufelteilen einer Gasturbine, sowie Schaufel und Rotor für eine Gasturbine
EP1880789A1 (de) * 2006-07-19 2008-01-23 Snecma Verfahren zur Herstellung einer einstückigen Leitschaufelplatte und Form zur Durchführung des Verfahrens
EP1213088B1 (de) 2000-12-07 2008-04-23 Snecma Haltausrüstung einer Schaufel und Verwendung zum Reibschweissen von Schaufeln

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5188275A (en) * 1990-05-24 1993-02-23 Rolls-Royce Plc Friction bonding clamp for a rotor blade
EP0513669A2 (de) 1991-05-17 1992-11-19 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàœNchen Gmbh Reibschweissverfahren zur Beschaufelung eines Schaufelträgers für Strömungsmaschinen
US5813593A (en) * 1996-11-15 1998-09-29 General Electric Company Translational friction welding apparatus and method
DE19858702B4 (de) 1998-12-18 2004-07-01 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Verbinden von Schaufelteilen einer Gasturbine, sowie Schaufel und Rotor für eine Gasturbine
EP1213088B1 (de) 2000-12-07 2008-04-23 Snecma Haltausrüstung einer Schaufel und Verwendung zum Reibschweissen von Schaufeln
EP1880789A1 (de) * 2006-07-19 2008-01-23 Snecma Verfahren zur Herstellung einer einstückigen Leitschaufelplatte und Form zur Durchführung des Verfahrens

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11078800B2 (en) * 2016-11-14 2021-08-03 Man Energy Solutions Se Turbomachine rotor and method for producing same

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