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Paramétrages

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1. WO2005065885 - PROCÉDÉ POUR FABRIQUER OU FAÇONNER DES ÉLÉMENTS DE CONSTRUCTION

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Verfahren zur Herstellung bzw. Bearbeitung von Bauteilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bzw. Bearbeitung von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen.

Moderne Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Gewicht, Leistung, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. In den letzten Jahrzehnten wurden insbesondere auf dem zivilen Sektor Flugtriebwerke entwickelt, die den obigen Anforderungen voll gerecht werden und ein hohes Maß an technischer Perfektion erreicht haben. Bei der Entwicklung von Flugtriebwerken spielt unter anderem die Werkstoffauswahl, die Suche nach neuen, geeigneten Werkstoffen sowie die Suche nach neuen Fertigungsverfahren eine entscheidende Rolle.

Die wichtigsten, heutzutage für Flugtriebwerke oder sonstige Gasturbinen verwendeten Werkstoffe sind Titanlegierungen, Nickellegierungen (auch Superlegierungen genannt) und hochfeste Stähle. Die hochfesten Stähle werden für Wellenteile, Getriebeteile, Verdichtergehäuse und Turbinengehäuse verwendet. Titanlegierungen sind typische Werkstoffe für Verdichterteile. Nickellegierungen sind für die heißen Teile des Flugtriebwerks geeignet.

Als Fertigungsverfahren für Gasturbinenbauteile aus Titanlegierungen, Nickellegierung o-der sonstigen Legierungen sind aus dem Stand der Technik in erster Linie das Feingießen sowie Schmieden bekannt. Alle hochbeanspruchten Gasturbinenbauteile, wie zum Beispiel die Schaufeln für einen Verdichter, sind Schmiedeteile. Laufschaufeln und Leitschaufeln der Turbine werden hingegen in der Regel als Feingussteile ausgeführt. Integral beschaufelte Rotoren, wie Blisks (bladed disks) oder Blings (bladed rings) können nach dem Stand der Technik durch Fräsen aus dem Vollen hergestellt werden. Das Fräsen aus dem Vollen findet vor allem bei der Herstellung von Blisks oder Blings aus Titanwerkstoffen Verwendung. Das Fräsen von integral beschaufelten Rotoren aus Nickelwerkstoffen ist wegen der schlechten Zerspanbarkeit des Nickelwerkstoffs problematisch.

Werden zum Beispiel integral beschaufelte Rotoren aus einem Werkstück aus dem Vollen gefräst, so findet in der Regel im Anschluss an das Fräsen noch eine Oberflächenbearbei- tung des herausgefrästen Gasturbinenbauteils, vorzugsweise durch Oberflächenhärten bzw. Oberflächenverfestigen, Oberflächenglätten und gegebenenfalls Kantenverrunden, statt. Derartige Oberflächenbearbeitungen könne auch an Feingussteilen oder Schmiedeteile durchgeführt werden.

Nach dem Stand der Technik ist es üblich, das Fräsen auf einer Fräsmaschine durchzuführen, die Oberflächenverfestigung und die Oberflächenglättung auf jeweils separaten Maschinen durch Partikelbeschuss sowie die Kantenverrundung händisch durch Schleifen vorzunehmen. Nach dem Stand der Technik kommt demnach für jeden Herstellschritt bzw. Bearbeitungsschritt eine separate Fertigungsmaschine zum Einsatz. Nach Durchführung eines Fertigungsschritts und zur Ausführung eines nachfolgenden Fertigungsschritts muss dann das Werkstück bzw. das Gasturbinenbauteil auf einer neuen Fertigungsmaschine angeordnet werden. Das mehrfache Wechseln der Fertigungsmaschinen ist zeitaufwendig.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung bzw. Bearbeitung von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen, vorzuschlagen. Dieses Problem wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 5 definierten Verfahren gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen wie von Schaufeln, Schaufelsegmenten oder integral beschaufelten Rotoren für ein Flugtriebwerk, umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Werkstücks; b) Fräsbearbeiten des Werkstücks zur Bereitstellung eines herzustellenden Bauteils; c) Verrunden von Kanten des Bauteils und/oder Oberflächenglätten des Bauteils und/oder Oberflächenhärten des Bauteils auf hydraulischem Wege unter Verwendung eines zum Fräsen benötigten Schmiermittels bzw. Kühlmittels.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen wie Schaufeln, Schaufelsegmenten oder integral beschaufelten Rotoren für ein Flugtriebwerk, wird das Bauteil einem Oberflächenhärten und/oder einem Oberflächenglätten und/oder einem Kantenverrunden unterzogen, jeweils auf hydrauli- schem Weg unter Verwendung eines Fuids, insbesondere unter Verwendung von Wasser oder Öl.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf die bevorzugte Anwendung, nämlich auf die Bearbeitung oder Herstellung von Gasturbinenbauteilen, bezieht.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung von Gasturbinenbauteilen, insbesondere von Schaufeln, Schaufelsegmenten oder integral beschaufelten Rotoren für ein Flugtriebwerk wird das Gasturbinenbauteil einem Oberflächenhärten und/oder einem 0-berflächenglätten und/oder einem Kantenverrunden unterzogen, wobei das Oberflächenhärten sowie das Oberflächenglätten sowie das Kantenverrunden jeweils auf hydraulischem Weg unter Verwendung eines Fluids durchgeführt wird. Als Fluid findet insbesondere Wasser oder Öl Verwendung. Erfindungsgemäß wird das Oberflächenhärten und/oder das Oberflächenglätten und/oder das Kantenverrunden auf derselben Maschine unter Verwendung desselben Fluids durchgeführt. Zur Ausführung unterschiedlichster Bearbeitungsschritte bzw. Fertigungsschritte kann das Bauteil demnach auf einer Maschine verbleiben. Hierdurch verringert sich die Bearbeitungszeit bzw. Fertigungszeit deutlich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Gasturbinenbauteilen, vorzugsweise von integral beschaufelten Rotoren, wird ein integral beschaufelter Rotor auf einer Fräsmaschine aus einem bereitgestellten Werkstück aus dem Vollen gefräst. Das sich an das Fräsen anschließende Oberflächenhärten und/oder Oberflächenglätten und/oder Kantenverrunden des aus dem Werkstück herausgefrästen, integral beschaufelten Rotors wird dann im Sinne der hier vorliegenden Erfindung jeweils unter Verwendung eines zum Fräsen benötigten Schmiermittels bzw. Kühlmittels unmittelbar auf der Fräsmaschine durchgeführt. Zum Oberflächenhärten sowie Oberflächenglätten sowie Kantenverrunden findet demnach die zum Fräsen benötigte Bohrölemulsion Verwendung.

Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, zumindest das Oberflächenhärten sowie Oberflächenglätten sowie Kantenverrunden bei der Herstellung bzw. Bearbei- tung von Gasturbinenbauteilen, wie integral beschaufelten Rotoren, auf einer Maschine kombiniert auf hydraulischem Weg durchzuführen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten bzw. Herstellen von Gasturbinenbauteilen wird zum Oberflächenhärten sowie Oberflächenglätten sowie Kantenverrunden jeweils ein Auftreffdruck und/oder eine Auftreffrich-tung und/oder ein Auftreffbereich und/oder eine Auftreffgeschwindigkeit des verwendeten Fluids angepasst. Der Auftreffbereich des Fluids kann durch Anpassung eines Strahldurchmessers des auf das Gasturbinenbauteil gerichteten Fluidstrahls beeinflusst werden. Zur Variation der Auftreffrichtung können zur Erzeugung des Fluidstrahls verwendete Düsen in unterschiedlichen Winkeln auf die zu bearbeitenden Oberfläche des Gasturbinenbauteils, insbesondere auf eine zu bearbeitende Schaufeloberfläche, gerichtet werden. Durch die Variation des Auf treff drucks bzw. der Auftreffrichtung bzw. des Auftreffbereichs bzw. der Auftreffgeschwindigkeit des Fluidstrahls kann eine definierte Oberflächenbearbeitung vorgenommen werden.

Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, die obigen Parameter während dem 0-berflächenhärten sowie Oberflächenglätten sowie Kantenverrunden online zu überwachen und abhängig hiervon die Bearbeitung bzw. Herstellung zu steuern bzw. zu regeln. Hierzu werden Messgeräte bzw. Sensoren verwendet, wie die obigen Parameter bzw. davon abhängige Messgrößen fortlaufend messen und die Messsignale einer Regeleinrichtung zur fortlaufenden Anpassung des Bearbeitungsprozesses bzw. Fertigungsprozesses übermitteln.

Mithilfe der hier vorliegenden Erfindung kann die Bearbeitung bzw. Herstellung von Gasturbinebauteilen, insbesondere von Schaufeln, Schaufelsegmenten sowie integral beschaufelten Rotoren, deutlich vereinfacht und verbessert werden. Durch den Verzicht auf händische Bearbeitungsschritte können reproduzierbare Ergebnisse bereitgestellt werden. Durch die Zusammenfassung mehrerer Bearbeitungsschritte auf einer Maschine kann die Bearbeitungszeit bzw. Fertigungszeit deutlich reduziert werden.