Beschreibung

5 Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zum Halten eines Rotors, insbesondere eines Integralrotors, einer Strömungsmaschine sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines Rotors einer Strömungsmaschine.

Bei Rotoren für Strömungsmaschinen, insbesondere für thermische Gasturbinen, handelt es0 sich üblicherweise um Konstruktionen, bei denen eine Scheibe bzw. ein Ring mit mehreren Schaufeln versehen ist. Bislang ergaben sich jedoch Probleme beim Bearbeiten derartiger Rotoren, da jeder Rotor während seiner Herstellung und insbesondere durch den Einsatz in einer zugeordneten Strömungsmaschine unterschiedliche Fehlstellen aufweisen kann und daher individuell bearbeitet werden muss. Beim Bearbeiten muss darüber hinaus sicherge-5 stellt sein, dass der Rotor nicht verformt, verkratzt oder auf sonstige Arten beschädigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine zuverlässige und prozesssichere Bearbeitung von Rotoren zu ermöglichen.

o Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Haltevorrichtung zum Halten eines Rotors einer Strömungsmaschine gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Rotors einer Strömungsmaschine gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen5 der Haltevorrichtung - soweit anwendbar - als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen sind.

Eine zuverlässige und prozesssichere Bearbeitung von Rotoren ist erfindungsgemäß durch eine Haltevorrichtung zum Halten eines Rotors, insbesondere eines Integralrotors, einer o Strömungsmaschine ermöglicht, welche zumindest ein Spannmittel umfasst, an welchem der Rotor anordenbar ist und welches zwischen einem den Rotor an der Haltevorrichtung festlegenden Zustand und einem den Rotor freigebenden Zustand schaltbar ist. Mit Hilfe einer derartigen Haltevorrichtung ist es erstmals möglich, den betreffenden Rotor zum Bearbeiten betriebssicher und beschädigungsfrei lagezusichern. Das Schalten des Spannmittels zwischen den beiden Zuständen kann dabei grundsätzlich manuell und/oder aktuato- 5 risch bzw. computergesteuert erfolgen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Spannmittel an eine Innenkontur des Rotors angepasst ausgebildet ist. Hierdurch ermöglicht die Haltevorrichtung ein Festlegen des Rotors an seiner Innenkontur, wodurch dessen Außenkontur0 freiliegt und problemlos von allen Seiten zugänglich ist.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem das Spannmittel an eine als Nabe ausgebildete Kontur des Rotors angepasst ist. Dies ermöglicht eine mechanisch besonders stabile Festlegung des Rotors an der Haltevorrichtung, da die Nabe üblicherweise zur Kopplung des Rotors5 mit einer Welle der Strömungsmaschine dient und entsprechend stabil ausgebildet ist. Weiterhin kann hierdurch eine Beschädigung des Rotors während der Bearbeitung besonders zuverlässig vermieden werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das o Spannmittel einen Dorn und/oder eine Buchse zur Anordnung des Rotors umfasst. Dies ermöglicht auf konstruktiv einfache Weise ein Anordnen des Rotors entlang seiner Drehachse.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das5 Spannmittel ein elastisches Deformationselement umfasst und durch Deformieren des Deformationselements zwischen dem den Rotor an der Haltevorrichtung festlegenden und dem den Rotor freigebenden Zustand schaltbar ist. Der Rotor kann mit Hilfe eines derartigen Spannmittels besonders einfach und schonend durch Presskräfte, die über das Deformationselement kontrolliert ausgeübt werden können, an der Haltevorrichtung festgelegt o und entsprechend einfach wieder von dieser gelöst werden. In weiterer Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Spannmittel mechanisch und/oder magnetisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder elektrisch betätigbar ist. Auf diese Weise kann die Haltevorrichtung bzw. das Spannmittel besonders flexibel und in Abhängigkeit des gewünschten Anwendungsprofils ausgebildet werden.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem dem Spannmittel eine Positionierungseinrichtung zugeordnet ist, mittels welcher eine relative Position des Rotors gegenüber der Haltevorrichtung einstellbar ist. Eine derartige Positionierungseinrichtung ermöglicht es, den Rotor nach dem Festlegen schnell, einfach und reproduzierbar in die jeweils gewünschte Bearbei- tungsposition zu bewegen, wodurch auch eine automatisierte Bearbeitung entsprechend vereinfacht und beschleunigt werden kann.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Positionierungseinrichtung ausgebildet ist, den Rotor um wenigstens eine Achse zu drehen und/oder entlang wenigstens einer Achse zu bewegen, insbesondere gegenüber einer Standfläche der Haltevorrichtung anzuheben und/oder abzusenken. Auch hierdurch ist eine besonders einfache Bearbeitbarkeit des Rotors gegeben, da dieser nach dem Festlegen an der Haltevorrichtung in eine gewünschte Bearbeitungsposition gedreht, gehoben oder gesenkt werden kann. Dabei kann als Achse beispielsweise die Drehachse des Rotors vorgesehen sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Abstützeinrichtung vorgesehen, mittels welcher zumindest eine Schaufel des Rotors abstützbar ist. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Schwingungsdämpfung während der Bearbeitung der zumindest einen Schaufel, wodurch Verformungen, Faserbrüche oder dergleichen zuverläs- sig verhindert werden. Weiterhin kann die Oberfläche des Rotors besonders präzise bearbeitet werden.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Abstützeinrichtung wenigstens einen Stützkörper umfasst, welcher zum gegenseitigen Abstützen zwischen zwei Schaufeln anordenbar ist. Hierdurch kann auch bei komplexen Zugänglichkeitsverhältnissen, beispielsweise bei stark überlappenden Schaufeln, eine zuverlässige Abstützung und Schwingungsdämpfung erzielt werden. Der Stützkörper kann beispielsweise als Kunststoffteil ausgebildet sein, wodurch ein Verkratzen des Rotors beim Anordnen des Stützkörpers zwischen den Schaufeln vermieden wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Stützkörper eine Haltekontur aufweist, mittels welcher er läge- und betriebssicher am Rotor anordenbar ist. Alternativ oder zusätz- 5 lieh kann auch vorgesehen sein, dass der Stützkörper aus einem Kunststoffschaum besteht bzw. direkt zwischen die Schaufeln geschäumt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abstützeinrichtung wenigstens einen Stößel umfasst, welcher zwischen einer die zumindest0 eine Schaufel in zumindest eine Richtung abstützenden Stellung und einer die zumindest eine Schaufel freigebenden Stellung bewegbar ist. Ein derartiger Stößel erlaubt eine mechanisch besonders stabile Abstützung bzw. Niederspannung der betreffenden Schaufel, wodurch eine entsprechend präzise Bearbeitung ermöglicht ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Stößel eine an eine Außenkontur der Schaufel angepasste Haltekontur auf-5 weist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass dem wenigstens einen Stößel ein Antrieb zugeordnet ist, mittels welchem der Stößel zwischen den beiden Stellungen bewegbar ist. Hierdurch ist eine zumindest teilautomatisierte Bearbeitung des Rotors ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der wenigstens eine Stö- o ßel drehbar an der Haltevorrichtung gelagert ist. Hierdurch kann der Stößel besonders einfach zur jeweils zu bearbeitenden Schaufel gedreht werden.

Eine mechanisch besonders stabile und schwingungsdämpfende Abstützung des Rotors bzw. der zu bearbeitenden Schaufel ist in weiterer Ausgestaltung dadurch ermöglicht, dass 5 die Abstützeinrichtung zwei Stößel umfasst, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind. Hierdurch kann die betreffende Schaufel von zwei Seiten abgestützt und zwischen den Stößeln eingespannt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Rotors einer o Strömungsmaschine, wobei eine zuverlässige und prozesssichere Bearbeitung des Rotors erfindungsgemäß dadurch ermöglicht ist, dass zumindest die Schritte Anordnen des Rotors an einem Spannmittel einer Haltevorrichtung, wobei das Spannmittel in einen den Rotor freigebenden Zustand geschaltet ist, Schalten des Spannmittels in einen den Rotor an der Haltevorrichtung festlegenden Zustand und Bearbeiten des Rotors durchgeführt werden. Mit Hilfe des Verfahrens ist es erstmals möglich, den betreffenden Rotor zum Bearbeiten 5 betriebssicher und beschädigungsfrei lagezusichern und anschließend in der gewünschten Weise zu bearbeiten. Unter Bearbeiten kann hierbei grundsätzlich sowohl ein Nacharbeiten nach der Fertigung des Rotors als auch ein Reparieren nach einer Beschädigung verstanden werden. Der Rotor kann somit beispielsweise durch Schweißen, Auftragen, Trennen, Fräsen, Glätten oder dergleichen bearbeitet werden. 0

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Rotor ein Integralrotor verwendet wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem die einteilige Ausbildung von Integralrotoren bislang deren Bearbeitung erheblich erschwerte bzw. ver- unmöglichte, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine problemlose, prozesssichere5 und beschädigungsfreie Bearbeitung auch von Integralrotoren. Insbesondere bei Beschädigungen von Schaufeln muss der Integralrotor somit nicht wie bisher unter hohen Kosten vollständig ausgetauscht werden, sondern kann unter erheblichen Kosteneinsparungen schnell und präzise repariert werden. Als Integralrotor (sog. Blisks bzw. Blings) ausgebildete Rotoren bieten dabei den Vorteil, dass die ansonsten üblichen Schaufelfuße, Schei- o bennuten und dergleichen entfallen können, wodurch im Vergleich zu mehrteiligen Rotoren ein geringeres Gewicht und eine erhöhte Zuverlässigkeit der zugeordneten Strömungsmaschine erzielt wird. Beim Bearbeiten können beispielsweise Bearbeitungsverfahren wie Reibschweißverfahren, Laser-Pulver-Auftragschweißen, Mikroplasmaschweißen oder E- lektronenstrahlverdampfen verwendet werden, so dass auch verschlissene Schaufelspitzen 5 regeneriert oder beschädigte Schaufeln ohne weiteres ausgetauscht werden können.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen o sind. Dabei zeigt: Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Haltevorrichtung gemäß einem

Ausführungsbeispiel, mittels welcher ein Integralrotor gehalten ist;

Fig. 2 eine schematische seitliche Schnittansicht entlang der in Fig. 1 gezeigten Schnittebene U-II;

Fig. 3 eine schematische Aufsicht der Haltevorrichtung und einer Bedienperson; und

Fig. 4 eine schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht der Haltevorrichtung, wobei eine Abstützeinrichtung erkennbar ist, mittels welcher eine Schaufel des Integralrotors abgestützt wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Haltevorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel und wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 2 erläutert werden, in welcher eine schematische seitliche Schnittansicht der Haltevorrichtung 10 entlang der in Fig. 1 gezeigten Schnittebene H-II dargestellt ist. Die Haltevorrichtung 10 umfasst ein Spannmittel 12, an welchem ein vorliegend als Integralrotor ausgebildeter Rotor 14 einer thermischen Gasturbine angeordnet ist. Das Spannmittel 12 ist dabei an eine als Nabe ausgebildete Innenkontur 16 des Integralrotors 14 angepasst und umfasst einen Dorn 18, an welchem der Integralrotor 14 entlang seiner Drehachse angeordnet ist. Der Dorn 18 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als elastisches Deformationselement (sog. Dehnspann- dorn) ausgebildet und kann durch Deformation zwischen einem gezeigten, den Integralrotor 14 an der Haltevorrichtung 10 festlegenden Zustand und einem Zustand geschaltet wer- den, in welchem der Integralrotor 14 freigeben ist und von der Haltevorrichtung 10 abgenommen werden kann. Zur Betätigung ist dem Spannmittel 12 ein Hydrauliksystem 20 zugeordnet, mittels welchem der Dorn 18 mit Hydraulikmedium beaufschlagt und hydraulisch betätigt werden kann. Beim Beaufschlagen dehnt sich der Dorn 18 aus, bis die entstehenden Presskräfte auf die Innenkontur 16 des Integralrotors 14 diesen an der Haltevorrich- tung 10 festlegen. Anschließend kann der Integralrotor 14 prozesssicher und beschädigungsfrei bearbeitet werden. Zum Schalten des Spannmittels 12 in den den Integralrotor 14 freigebenden Zustand wird das Hydraulikmedium aus dem Dorn 18 abgelassen, wodurch dieser elastisch in seinen Ausgangszustand deformiert wird und den Integralrotor 14 freigibt. Zur weiteren Lagesicherung umfasst die Haltevorrichtung 10 ein Deckelelement 22, welches lösbar auf die Haltevorrichtung 10 geschraubt und um die Drehachse D verdreht werden kann. Die Haltevorrichtung 10 ist ihrerseits über Schraubverbindungen 24 in Nuten einer Bodenplatte 26 befestigt, um ein unerwünschtes Verrutschen zuverlässig zu verhindern.

Durch Schalten des Spannmittels 12 in den freigebenden Zustand kann der Integralrotor 14 relativ zur Haltevorrichtung um seine Drehachse A in eine gewünschte Bearbeitungsposition gedreht und durch Schalten des Spannmittels 12 in den festlegenden Zustand wieder lagefixiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass dem Spannmittel 12 eine Positionierungseinrichtung (nicht gezeigt) zugeordnet ist, mittels welcher eine relative Position des Integralrotors 14 auch bei in den festlegenden Zustand geschaltetem Spannmittel 12 gegenüber der Haltevorrichtung 10 einstellbar ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Positionierungseinrichtung ausgebildet ist, den Integralrotor 14 entlang der Drehachse A gegenüber der Bodenplatte 26 anzuheben bzw. abzusenken, um den Integralrotor 14 bzw. unterschiedliche Rotortypen in die jeweils optimale Bearbeitungsposition bewegen zu können.

Um eine besonders zuverlässige Schwingungsdämpfung während der Bearbeitung zumindest einer Schaufel 28 des Integralrotors 14 sicherzustellen, umfasst die Haltevorrichtung 10 eine Abstützeinrichtung 30, mittels welcher die zumindest eine Schaufel 28 des Integralrotors 14 abgestützt und schwingungsgedämpft werden kann. Die Abstützvorrichtung 30 weist hierzu einen oberen Stößel 32a und einen unteren Stößel 32b auf, die einander gegenüberliegend angeordnete sind und zwischen einer die zumindest eine Schaufel 28 abstützenden Stellung und einer die zumindest eine Schaufel 28 freigebenden Stellung bewegbar sind. Zu diesem Zweck ist auch die Abstützvorrichtung 30 mit dem Hydrauliksystem 20 gekoppelt, so dass die Stößel 32a, 32b durch Beaufschlagung mit dem Hydraulikmedium in die abstützende Stellung bewegt und in dieser gehalten werden können. Die Stößel 32a, 32b sind dabei am Deckelelement 22 bzw. einem drehbaren Bodenelement 36 der Halte- Vorrichtung 10 befestigt und somit drehbar an der Haltevorrichtung 10 gelagert. Zur Vereinfachung und Beschleunigung der Bearbeitung von mehreren Schaufeln 28 des Integralrotors 14 können die mit dem Deckelelement 22 bzw. dem Bodenelement 36 verbundenen Stößel 32a, 32b somit gegenüber der Haltevorrichtung 10 um die Drehachse A verdreht 5 und in jede beliebige Schaufelposition bewegt werden. Die Stößel 32a, 32b umfassen ihrerseits jeweilige Endbereiche 34a, 34b mit an die Geometrie der zumindest einen Schaufel 28 angepassten Haltekonturen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Endbereiche 34a, 34b der Stößel 32a, 32b austauschbar ausgebildet sind, so dass problemlos unterschiedliche Haltekonturen für unterschiedliche Schaufelgeometrien bereitgestellt werden können. 0

Fig. 3 zeigt eine schematische Aufsicht der Haltevorrichtung 10 und einer Bedienperson 38. Die Bedienperson 38 kann in zuvor beschriebener Weise den Integralrotor 14 oder einen alternative Rotortyp manuell mittels des Spannmittels 12 an der Haltevorrichtung 10 festlegen und bearbeiten, beispielsweise glätten. Zudem kann die Bedienperson 38 den In-5 tegralrotor 14 relativ zur Haltevorrichtung 10 um die Drehachse A verdrehen und eine zu bearbeitende Schaufel 28 in der gewünschten Schaufelposition mit Hilfe der Abstützvorrichtung 30 schwingungs- und beschädigungsfrei abstützen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Spannmittel 12 bzw. das Hydrauliksystem 20 computergesteuert betätigt bzw. der zu bearbeitende Rotor mit Hilfe eines Antriebs in die gewünschte o Bearbeitungsposition bewegt wird, um eine mannlose bzw. zumindest teilautomatisierte

Bearbeitung zu ermöglichen.

Fig. 4 zeigt eine schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht der Haltevorrichtung, wobei insbesondere die Abstützeinrichtung 30 erkennbar ist, mittels welcher eine5 Schaufel 28a des Integralrotors 14 abgestützt wird. Die Abstützeinrichtung 30 umfasst im vorliegenden Beispiel neben den vorstehend beschriebenen Stößel 32a, 32b zusätzliche Stützkörper 40a, 40b, von welchen der Stützkörper 40a zwischen den benachbarten Schaufeln 28a, 28b angeordnet ist und diese gegeneinander abstützt. Hierdurch kann die zu bearbeitende Schaufel 28a auch bei schwierigen Zugänglichkeitsverhältnissen zuverlässig ab- o gestützt und gegen Verbiegen oder Schwingen geschützt werden.