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Title:
METHOD AND DEVICE FOR GENERATING FINGER STRUCTURES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/089190
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for generating finger structures on a workpiece by milling grooves or groove flanks into the workpiece with the aid of a side milling cutter, wherein a finger profile is formed between the grooves according to the spacing thereof. In order to create a method and device for generating finger structures having the above-mentioned features, which allow for considerable simplification when switching to different groove widths and a considerable reduction in the tooling costs and setup times, according to the invention a side milling cutter is used to generate the grooves, the cutting edge contour of said side milling cutter having a smaller width than the grooves to be generated.

Inventors:
SCHERER, Josef (Oestricher Weg 11, Frankfurt, 60529, DE)
SCHERER, Frank (Hornauer Straße 21, Frankfurt, 60326, DE)
Application Number:
EP2011/050773
Publication Date:
July 28, 2011
Filing Date:
January 20, 2011
Export Citation:
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Assignee:
SCHERER + PARTNER ENGINEERING LTD. & CO. KG (Oestricher Weg 11, Frankfurt, 60529, DE)
WALTER AG (Derendinger Straße 53, Tübingen, 72072, DE)
SCHERER, Josef (Oestricher Weg 11, Frankfurt, 60529, DE)
SCHERER, Frank (Hornauer Straße 21, Frankfurt, 60326, DE)
International Classes:
B23C3/18; B23C3/30; B23C5/08
Attorney, Agent or Firm:
LIEKE, Winfried et al. (WSL Patentanwälte, Postfach 61 45, Wiesbaden, 65051, DE)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

Verfahren zum Erzeugen von Fingerstrukturen an einem Werkstück durch Fräsen von Nuten bzw. Nutflanken in dem Werkstück mit Hilfe eines Scheibenfräsers, wobei zwischen den Nuten entsprechend ihrem Abstand ein Fingerprofil entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Nuten ein Scheibenfräser verwendet wird, dessen Schneidenkontur eine geringere Breite hat als die zu erzeugenden Nuten.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere Nuten bzw. Nutflanken parallel erzeugt werden

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Fräsdurchgang zunächst eine Nut oder mehrere Nuten bzw. deren Nutflanken parallel erzeugt werden, wobei jeweils eine Flanke einer Nut einem Sollmaß entspricht, während die dabei erzeugte gegenüberliegende Flanke von ihrem Sollmaß abweicht, und dass anschließend mindestens ein weiterer Fräsdurchgang an der bzw. den selben Nut(en) erfolgt, bei welchen die Frässcheibe(n) gegenüber dem ersten Fräsdurchgang um einen Betrag axial versetzt ist (sind), der der Abweichung der im ersten Fräsdurchgang erzeugten gegenüberliegenden Flanke von ihrem Sollmaß entspricht, so daß eine neue gegenüberliegende Flanke mit dem vorgesehenen Sollmaß entsteht.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Versatz zwischen zwei aufeinander folgenden Schruppfräsvorgängen um einen Betrag erfolgt, der kleiner als die Breite des Frässcheibenprofils ist und insbesondere maximal der Breite der Schneidenkontur der Frässcheibe abzüglich des zweifachen Axialmaßes einer Eckenrundung oder Abschrägung der verwendeten Schneidplatten am Frässcheibenumfang entspricht.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Fräsvorgänge an ein und demselben Werkstück in der gleichen Aufspannung erfolgen.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schrupp- und Schlichtfräsvorgänge nacheinander in derselben Aufspannung erfolgen, wobei die Sollmaße der Nutflanken und des Nutgrundes beim Schlichtfräsen um ein Aufmaß von den entsprechenden Sollmaßen beim Schruppfräsen abweichen.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgestuftes Nutflankenprofil erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zum Nutgrund und stufenförmige Übergänge des Nutflankenprofils verrundet oder abgeschrägt werden.

Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer 3-Achsen NC-Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine einen entlang dreier zueinander senkrechter Achsen bewegbaren, und um seine eigene Achse drehbaren Dorn zur Aufnahme mindestens eines Satzes aus mehreren parallelen Frässcheiben aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn mehrere Sätze aus jeweils mehreren, parallelen Frässcheiben aufweist, wobei die Frässcheiben jedes Satzes den gleichen axialen Abstand untereinander haben.

Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Satz von Frässcheiben mindestens 3 Frässcheiben aufweist, wobei die Abstände jeweils benachbarter Frässcheiben gleich sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schrupp- und Schlichtfräser im Abstand hintereinander auf demselben Dorn montiert sind.

Description:
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ERZEUGEN VON FINGERSTRUKTUREN

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Fingerstrukturen an einem Werkstück durch Fräsen von Nuten bzw. Nutflanken und gegebenenfalls Falzen in dem Werkstück mit Hilfe eines Scheibenfräsers, wobei zwischen den Nuten entsprechend ihrem Abstand ein Fingerprofil entsteht.

Entsprechende Verfahren sind im Prinzip seit langem bekannt. Dabei spricht man im Allgemeinen dann von einem Fingerprofil, wenn ein Teil des Werkstücks zwischen zwei benachbarten, parallelen Nuten stehen bleibt, der in der Projektion annähernd an die Form eines Fingers erinnert, den man aber eben so gut auch als„Steg" zwischen zwei benachbarten Nuten bezeichnen könnte, ohne dass die Höhe und die Breite des Stegs dabei in irgendeiner Weise festgelegt sein sollen. Typischerweise haben zwar bei sogenannten Fingerstrukturen die Nuten eine im Vergleich zu ihrem Abstand relativ große Tiefe, so dass sich für den dazwischen bleibenden Steg auch tatsächlich das Profil eines Fin- gers ergibt, dessen Länge seine Breite im Allgemeinen übersteigt, und typischerweise das zwei- bis fünffache der Breite beträgt, wobei jedoch in soweit keinerlei Einschränkung hinsichtlich der relativen Maße der Stege bzw. Finger vorgenommen werden soll.

Ein typisches Anwendungsbeispiel für das Erzeugen von Fingerstrukturen betrifft das Herstellen von sogenannten„Fingerfußturbinenschaufeln". Turbinenschaufeln werden oftmals einstückig mit sogenannten„Fingerfüßen" ausgebildet, die der Verbindung der Turbinenschaufel mit einer Welle oder Nabe dienen, um welche die betreffende Turbinenschaufel drehbar sein soll.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht von dem unteren bzw. radial inneren Abschnitt einer sol- chen Turbinenschaufel mit einem entsprechenden Fingerfuß.

Bei einer Turbine, die in der Regel mit hohen Drehzahlen läuft, ist es besonders wichtig, dass alle Turbinenschaufeln exakt identisch ausgebildet sind, so dass die Turbinenschaufeln in der Turbine eine auf die Turbinenachse bezogene identische Anordnung und Ausrichtung haben und in gleich- mäßigen Winkelabständen um die Turbinenachse verteilt sind.

Die Turbinenfüße dienen dabei der Verbindung der einzelnen Turbinenschaufeln mit der Turbinennabe. Turbinenschaufeln und Turbinenfüße werden vorzugsweise einstückig hergestellt, wobei die Turbinenschaufel vor der Herstellung der Turbinenfüße vollständig ausgeformt wird, während der Turbinenfuß zunächst nur aus einem einstückig angeformten Materialblock besteht, der seine endgültige Form, insbesondere in Form eines Fingerfußes, erst durch nachträgliche Bearbeitung, d. h. insbesondere durch das Herausfräsen der Fingerstruktur, erhält.

Hierzu wird die Turbinenschaufel in einer fest vorgegebenen Position eingespannt, so dass der Turbinenfuß zur Bearbeitung freiliegt, und anschließend werden entsprechende Fräser an den Turbinenfuß herangeführt, um diesen entsprechend zu bearbeiten. Für die effiziente Bearbeitung bzw. Herstellung entsprechender Fingerstrukturen bieten sich Scheibenfräser als die geeigneten Werkzeuge an. Nach dem Stand der Technik werden hierfür Scheibenfräser verwendet, deren Schneidkantenverlauf im Wesentlichen dem herzustellenden Nutenprofil entspricht, wobei insbesondere die die Nutflanken erzeugenden Schneidkanten auf beiden Seiten eines Scheibenfräsers einen der Nutbreite entsprechenden Abstand aufweisen. Auch abgestufte Nutprofile werden auf diese Weise mit Hilfe von Scheibenfräsern hergestellt, deren Schneidenbreite innerhalb eines ersten Scheibenradius größer ist als innerhalb eines zweiten, größeren Radius. Mit einem solchen Scheibenfräser kann allerdings nur ein ganz bestimmtes Profil hergestellt werden, d. h. bei unterschiedlichen Nut- bzw. Fingerprofilen wurden und werden jeweils unterschiedliche Frässcheiben eingesetzt. Dabei werden für eine rationalere Fertigung, zum Beispiel gemäß der DE 102 45 197, teilweise auch mehrere parallele Frässcheiben gleichzeitig verwendet bzw. mit dem Werkstück in Eingriff gebracht, um auf diese Weise gleichzeitig mehrere parallele Nuten bzw. parallele Fingerstrukturen zu erzeugen.

Bei Änderung eines Nutprofils oder Fingerprofils war es bei dieser Art von Schneidkanten jeweils notwendig, einen neuen Satz von Frässcheiben zu verwenden oder aber die Schneideinsätze an einem gegebenen Satz von Frässcheiben neu zu justieren und gegebenenfalls auch den Abstand zwischen benachbarten Frässcheiben neu einzustellen.

Dies erfordert das Bereithalten eines umfangreichen Vorrats an Werkzeugen.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Fingerstrukturen mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welche eine erhebliche Vereinfachung beim Umstellen auf unterschiedliche Nutbreiten und eine erhebliche Reduzierung der Werkzeugkosten und auch der Rüstzeiten ermögli- chen.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Erzeugung der Nuten ein Scheibenfräser verwendet wird, dessen Profil eine geringere Breite hat als die zu erzeugenden Nuten. Bei der Verwendung eines entsprechenden Scheibenfräsers, dessen Schneidkantenprofil selbstverständlich dem Flankenprofil einer Nut entsprechen muss, wird eine Nut, gegebenenfalls auch gleichzeitig mehrere Nuten parallel, durch in Eingriffbringen des Scheibenfräsers mit dem betreffenden Werkstück zunächst in einer geringeren Breite hergestellt, als es der endgültigen Nutbreite entspricht, wobei jedoch der Verlauf einer der auf diese Weise erzeugten Nutflanken nach Möglichkeit bereits dem mit diesem Werkzeug zu erzeugenden Sollmaß entspricht. Nachdem die Nut auf diese Weise zunächst mit einem schmaleren Profil hergestellt worden ist, wird die Frässcheibe axial soweit verfahren, dass beim Eintauchen in das Werkstück auch die gegenüberliegende Flanke mit dem für diese Bearbeitungsstufe vorgesehenen Sollmaß hergestellt wird. Gegebenenfalls müsste, falls die Nutbreite mehr als das Doppelte der Breite des Fräserprofils beträgt, der Scheibenfräser auch mehr als zwei Fräsvorgänge zur Herstellung einer Nut durchführen, indem schrittweise die ursprünglich erzeugte Nut jeweils um etwas weniger als die Breite des Profils des Scheibenfräsers erweitert wird, bis in einem letzten Frässchritt das Sollmaß der der ersten Nutflanke gegenüberlie- genden Nutflanke erreicht ist.

Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass gleichzeitig mehrere Nuten bzw. Nutflanken parallel erzeugt werden, d. h. es können beispielsweise mehrere identische Scheibenfräser gemeinsam auf einen Dorn mit einem Mittenabstand verwendet werden, der dem Mittenabstand der zur erzeugenden Nuten bzw. dem Mittenabstand der dadurch erzeugten Finger einer Fingerstruktur entspricht. Die Frässcheiben können dabei wahlweise radial oder tangential zugestellt werden, wobei in dem einen Fall das Zentrum der Frässcheibe in Richtung des Nutgrundes bewegt wird (radiale Zustellung) und im anderen Fall die Fräserachse parallel zu den zu erzeugenden Nutgrund bewegt wird.

Das letztgenannte Verfahren kann insbesondere dann bevorzugt sein, wenn starke Änderungen des Drehmomentes während der Bearbeitung des Werkstückes vermieden werden sollen, da bei einer tangentialen Zustellung die Schneidkanten zunächst nur über einen relativ kleinen Winkelsektor hinweg mit dem Werkstück in Eingriff sind, der dann allmählich bis auf einen Maximalwert zunimmt, so dass das erforderliche Drehmoment entsprechend allmählich ansteigt, während beim radialen Zuführen durch in Eingriffbringen der Schneidkanten mit dem Werkstück stärke Drehmomentänderungen zu erwarten sind.

Wie bereits erwähnt, werden gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst eine Nut oder parallel mehrere Nuten bzw. deren Nutflanken erzeugt, wobei jeweils eine Flanke einer Nut bzw. der Mehrzahl von Nuten einem Sollmaß entspricht, während die dabei erzeugte gegenüberliegende Flanke von ihrem Sollmaß abweicht, worauf anschließend mindestens ein weiterer Fräsdurchgang an derselben bzw. denselben Nuten erfolgt, bei welchem die Frässcheibe(n) gegenüber dem ersten Fräsdurchgang um einen Betrag axial versetzt ist (sind), der der Abweichung der im ersten Fräsdurchgang erzeugten gegenüberliegenden Flanke von deren Sollmaß entspricht, so dass eine der zuerst erzeugten Flanke neue gegenüberliegenden Flanke mit dem vorgesehenen Sollmaß entsteht. Dabei sollte gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens darauf geachtet werden, dass der axiale Versatz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fräsvorgängen um einen Betrag erfolgt, der kleiner als die Breite des Frässcheibenprofils ist. Dies hat den Zweck, irgendwelche Stufen oder Übergangsabsätze am Nutgrund zu vermeiden bzw. so klein wie möglich zu halten. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung die aufeinanderfolgende Fräsvorgänge an ein und demselben Werkstück in der gleichen Aufspannung erfolgen. Dies gilt nicht nur für aufeinanderfolgende Schruppvorgänge, die nach dem bereits beschriebenen Verfahren in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Schritten ein für den Schruppvorgang vorgegebenes Sollmaß der Nuten erzeugen, sondern auch für auf das Schruppen folgende Schlichtfräsvorgänge, bei welchen ein nach dem Schruppen noch verbliebenes Aufmaß der Nutflanken und des Nutgrundes mit entsprechenden Schlichtschneiden beseitigt wird, um die Nuten bzw. Nutflanken auf Endmaß zu bringen.

Demzufolge könnten in einer bevorzugten Variante der Erfindung Schruppfrässcheiben und Schlicht- frässcheiben auf demselben Dorn montiert sein, so dass sie einfach durch axiale Verschiebung des Werkstücks bzw. des Domes parallel zu der Achse des Domes in ihre jeweilige Arbeitsposition gebracht werden können.

Zweckmäßigerweise können dabei auch mehrere Werkstücke parallel bearbeitet werden, d. h. die Fräsmesserscheibe bzw. Fräsmesserscheiben zum Schlichten können im selben Bearbeitungsschritt mit einem Werkstück in Eingriff gebracht werden, an welchem zuvor ein Schruppfräsvorgang durchgeführt wurde, während gleichzeitig an einem neuen Werkstück ein entsprechender Schruppfräsvorgang ausgeführt wird. Zweckmäßigerweise haben dabei die Schneidenprofile der Frässcheiben für den Schlichtvorgang eine um das zweifache Aufmaß größere Breite als die Schneidkanten- profile der Frässcheiben für das Schruppen, wobei das Aufmaß die Differenz zwischen der Lage einer Nutflanke nach dem Schruppen und dem Endmaß dieser Nutflanke ist.

Dies ermöglicht eine äußerst rationelle und präzise Fertigung von Fingerstrukturen, da während jedes Fräsvorganges gleichzeitig jeweils eine Nutflanke einer oder mehrerer Nuten durch Schruppen und eine weitere durch Schlichten hergestellt wird und im nächsten Durchgang die jeweils gegenüberliegende Flanke hergestellt wird. Sofern man mehrere parallele Frässcheiben verwendet, kann auf diese Weise mit je zwei Fräsdurchgängen bzw. Zustellungen der Frässcheibe eine komplette Fingerstruktur fertig gestellt werden. Dabei müssen die Frässcheiben nur ein einziges Mal relativ zueinander korrekt eingestellt werden, während anschließend in einer entsprechenden Werkzeugmaschine die auf einem gemeinsamen Dorn aufgespannten Frässcheiben jeweils gemeinsam immer um dieselben Beträge verschoben und zugeführt werden, wobei immer identische Fingerprofile entstehen.

Auf diese Weise kann man in sehr rationeller und schneller Weise exakt übereinstimmende Fingerprofile für eine Vielzahl von Werkstücken, wie z. B. Fingerfüße von Turbinenschaufeln, erzeugen.

Es versteht sich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl konstante Nutprofile, als auch Nutprofile mit variierender Breite und entsprechenden Abstufungen zwischen den einzelnen Flankenabschnitten, jedoch ohne Hinterschneidungen, erzeugt werden können, deren Breite entweder gleichbleibend ist oder aber zum Nutgrund hin kontinuierlich oder abgestuft abnimmt.

Neben Frässcheiben zum Schruppen und zum Schlichten können zusätzlich auch weitere Fräs- Scheiben bzw. Frässtationen dazwischengeschaltet oder nachgeschaltet sein, welche beispielsweise abgeschrägte Übergänge einer Abstufung der Nutflanken oder die Eckradien des Nutgrundes bearbeiten können.

Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens, welche eine 3- Achsen-NC-Maschine aufweist, wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, dass die Maschine einen entlang der drei zueinander senkrechten Achsen der NC-Maschine unabhängig bewegbaren, und um seine eigene Achse drehbaren Dorn zur Aufnahme mindestens eines Satzes aus mehreren parallelen Frässcheiben aufweist. Dabei können die mehreren parallelen Frässcheiben sowohl gleichartige Frässcheiben, d. h. Scheiben zum Schruppen oder Scheiben zum Schlichten oder aber Scheiben zur Bearbeitung von Übergängen, als auch Scheiben für unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben sein, wie z. B. eine Frässcheibe zum Schruppen und eine Frässcheibe zum Schlichten, und es können auch von jedem Typ mehrere Scheiben auf dem Dorn montiert sein, z. B. ein Satz von mehreren Frässcheiben zum Schruppen und ein weiterer Satz mit Frässcheiben zum Schlichten, und es können gegebenenfalls auch weitere Sätze von Frässcheiben auf demselben Dorn vorgesehen sein, die z. B. Übergangsstufen an abgestuften Nutflanken bearbeiten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Dorn mehrere Sätze aus jeweils mehreren parallelen Frässcheiben, wobei die Frässcheiben jedes Satzes den gleichen axialen Mittenabstand untereinander haben. Bevorzugt ist es, wenn jeder Satz von Frässcheiben mindestens drei oder mehr Frässcheiben aufweist, wobei die Abstände jeweils benachbarter Frässcheiben gleich sind. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fingerfußes einer Turbinenschaufel,

Fig. 2 einen Scheibenfräser nach dem Stand der Technik mit mehreren Frässcheiben zum Schlichten eines Profils gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3 schematisch eine Turbinenschaufel, die in eine Spannvorrichtung eingespannt ist sowie die Seitenansicht einer Frässcheibe für die tangentiale Zuführung zu dem Schaufelfuß,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Satz von Frässcheiben auf einem gemeinsamen Spanndorn in einer Längsschnittansicht und in einer Seitenansicht,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine Frässcheibe mit einer Fingerstruktur bzw. Nuten unter den

Kenngrößen zur Herstellung und Bemaßung entsprechender Nuten,

Fig. 6 schematisch die Kalibrierung eines erfindungsgemäßen Satzes von Frässcheiben,

Fig. 7 die schrittweise Herstellung einer Sechs-Fingerstruktur mit dazwischen liegenden, abgestuften Nuten mit Hilfe eines Satzes von 3 Frässcheiben gemäß der Erfindung,

Fig. 8 das gleichzeitige zweiseitige Schlichten des Abschnittes einer Fingerstruktur,

Fig. 9 das parallele Schlichten benachbarter Spiegelstrukturen mit zwei Frässcheiben und

Fig. 10 einen entsprechenden Schlichtvorgang mit einer einzigen Frässcheibe.

Es versteht sich, dass die Figuren allesamt nur schematische Darstellungen sind und jeweils nicht die exakten relativen Maße und Proportionen korrekt wiedergeben, auch wenn die Proportionen näherungsweise mit den tatsächlichen Gegenständen übereinstimmen. Fig. 1 zeigt einen radial inneren Endabschnitt einer Turbinenschaufel, wobei die Turbinenschaufel weggebrochen dargestellt ist, während der Turbinenfingerfuß im wesentlichen vollständig wiedergegeben ist.

Der hier dargestellte Turbinenfingerfuß besteht aus vier Fingern mit dazwischen angeordneten, ab- gestuften Nuten, die aus einem Keilstumpf-förmigen Block herausgefräst wurden, der mit der Turbinenschaufel einstückig hergestellt ist.

Die zugehörige Turbinennabe weist jeweils mehrere parallele Kreisscheiben auf, deren Profil in einem Axialschnitt gesehen dem Querschnittsprofil der Nuten 3 entspricht, wobei zwei äußere Kreis- Scheiben nur einseitig ein entsprechendes Flankenprofil aufweisen und die äußeren Finger 2a und 2d des Turbinenfingerfußes nach Fig. 1 von außen erfassen. Miteinander fluchtende Bohrungen 4 sowohl in den Fingern 2a bis 2d des Turbinenfingerfußes 2 als auch in den parallelen Kreisscheiben einer Turbinennabe dienen der positionsgenauen und starren Befestigung des Turbinenblattfinger- fußes 2 an den entsprechenden Nabenscheiben bzw. der Nabe eines Turbinenrades. Fig. 2 zeigt einen herkömmlichen Scheibenfräser, wie er beispielsweise zur Herstellung des endgültigen Profils des Turbinenfingerfußes nach Fig. 1 durch Schlichten der Nutflanken und des Nutgrundes verwendet wurde. Dabei entspricht die durch den Querschnitt der Frässcheiben angedeutete Schneidkantenkontur, das heißt die Projektion des Schneidkantenverlaufs der an den Frässcheiben montierten Schneideinsätze in eine gemeinsame, die Achse enthaltende Ebene, genau dem Profil der Nuten 3.

Dementsprechend musste herkömmlich für jeden Typ von Fingerfuß abhängig von den konkreten Maßen der Finger bzw. Nuten ein eigener Satz von Frässcheiben bereitgestellt werden, was die Werkzeug kosten enorm erhöhte und auch aufwendige Umrüst- und Montagezeiten zur Folge hatte.

Fig. 3 zeigt noch eine entsprechende Spannvorrichtung 30 zusammen mit einem Frässcheibensatz 42 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der entsprechende Frässcheibensatz wird im Zusammen- hang mit den folgenden Figuren noch genauer beschrieben, hat aber eine ähnliche Grundstruktur wie der Frässcheibensatz nach Fig. 2, d.h. er besteht aus mehreren parallelen Frässcheiben.

Die Spannvorrichtung 30 besteht aus einer Grundplatte 31 , auf welcher eine Schaufelkopfspanneinheit 32 sowie eine Schaufelfußspanneinheit 35 montiert sind. Für den Fingerfuß 2 ist zusätzlich noch eine Fußunterstützung 34 vorgesehen. Die Schaufelkopfspanneinheit umfasst auch noch ein Schaufeldeckblatt 32, welches das freie Ende einer Turbinenschaufel 1 aufnimmt und festhält. Mit Hilfe des Schaufeldeckblattes wird eine eindeutige Orientierung des Schaufelblattes 1 bezüglich der Lage und des Verlaufes der Fingernuten 3 in dem Fingerfuß 2 sichergestellt, wobei die Nuten vorzugsweise durch einen tangentialen Vorschub des Scheibenfräsers 42 hergestellt werden. Die maximale Tiefe T der Nuten, die mit einem solchen Scheibenfräser hergestellt werden können, entspricht der Durchmesserdifferenz zwischen dem Außendurchmesser der Frässcheiben, genauer gesagt dem Umfangsradius der äußersten Schneiden, und einem inneren Bund der auf einem Dorn 41 montierten Frässcheiben 42, 43. Alle Turbinenschaufeln werden in exakt der gleichen Aufspannung gefertigt, so dass sämtliche Turbinenschaufeln nach der Fertigstellung identisch übereinstimmen, insbesondere also die Position und Orientierung der Finger des Fingerfußes 2 bezüglich der Ausrichtung der Turbinenschaufel 1 für alle Schaufeln identisch ist. Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Fräsvorrichtung, die aus einem Dorn 41 besteht, auf welchem ein oder mehrere Scheibenfräsersätze 42, 43 montiert sein können, wobei im vorliegenden Fall zwischen Schruppfräsern 42 und Schlichtfräsern 43 unterschieden wird und die Schlichtfräser 43 ihrerseits noch in Fräser 43a, 43b und 43c unterschieden werden, die nachstehend noch genauer beschrieben werden. Die einzelnen Frässcheiben und Scheibenfräsersätze werden durch entsprechenden Distanzringe, die gegebenenfalls auch einstellbar sein können, auf einem bestimmten, durch die Geometrie der Fingerfüße und die Anordnung der einzelnen Arbeitsstationen einer Dreiachsen-Fräsmaschine, auf welcher diese Werkzeuge angeordnet sind, festgelegt. Der rechte Teil der Fig. 4 ist eine stimseitige Ansicht auf einen entsprechenden Satz von Scheibenfräsern. Der Spanndorn 41 wird über mehrere Stützlager 44 an einem Werkzeugzwischenträger 45 gehalten und kann im übrigen mit einer entsprechenden Antriebseinheit der Fräsmaschine in Eingriff gebracht werden, wodurch der Spanndorn zusammen mit den Frässcheiben 42, 43 um seine Achse 47 in Rotation versetzt wird.

Die Zustellung der Scheibenfräser 42, 43 zu dem Werkstück, d.h. insbesondere zu dem eingespannten und abgestützten Fingerfuß 2, erfolgt dann vorzugsweise in tangentialer Richtung, wie in Fig. 3 dargestellt. Dabei können die einzelnen Frässcheiben 42 bzw. 43a, 43b und 43c nacheinander an entsprechenden Positionen mit dem Fingerfuß 2 in Eingriff gebracht werden. Fig. 5 veranschaulicht die wesentlichen Kenndaten einer Fingerfrässcheibe und der damit hergestellten Nuten.

Man erkennt im linken Teilbild der Fig. 5 das Profil eines Scheibenfräsers, dessen Schneidbreite SBA der Breite der Wendeschneidplatte plus einer Breitenzugabe BZ entspricht, wobei die Breitenzugabe kleiner als die Plattenbreite ist und höchsten der Plattenbreite abzüglich des zweifachen Axialmaßes eines Eckenradius bzw. einer Eckenabschrägung entspricht. Dies gilt selbstverständlich nur für den Fall, dass die gesamte Schnittbreite der Frässcheibe durch zwei Platten bzw. zwei Reihen von entlang des Umfangs der Frässcheibe angeordneten Schneidplatten, die innerhalb einer Reihe jeweils äquivalente Positionen an den Ecken des Frässcheibenprofils einnehmen, gebildet wird. Mit zusätzlichen Schneidplatten oder Reihen von Scheidplatten, die entlang des Umfanges einer Frässcheibe anzuordnen wären, können selbstverständlich im Prinzip auch beliebige größere Nutbreiten erzielt werden, wobei benachbarte Platten bzw. Reihen von Platten in axialer Richtung immer eine gewisse Überdeckung haben sollten, um an den Übergängen Stufen oder Riefen in der Grundfläche der erzeugten Nut zu vermeiden. Im rechten Teilbild der Fig. 5 sind die mit einem gegebenen Fräserprofil zu erzeugenden Nuten dargestellt, wobei die minimale Nutbreite NGBK durch die Schneidkantenkontur der am Umfang des Fräsers angeordneten Schneidplatten vorgegeben ist. Durch mehrfaches Eintauchen des Scheibenfräsers, gegebenenfalls auch mit unterschiedlichen Eintauchtiefen, lässt sich das dargestellte, abgestufte Profil erzeugen, was später noch genauer beschrieben wird. Ganz rechts in Fig. 5 ist eine Nut 3 dargestellt, die an ihrem Grund eine maximale Breite hat, soweit diese Breite mit maximal 2 Einstichen bzw. Fräsdurchgängen erzeugt werden soll.

Fig. 6 zeigt anschaulich das Verfahren der genauen Einstellung eines Satzes von Frässcheiben auf einer entsprechenden Dreiachsen-NC-Maschine. Zur genauen Einstellung der relativen Positionen wird ein Satz aus drei Frässcheiben 42 an die linken, rechten und zentralen Außenkonturen des Fingerfußblockes 2 herangefahren, in welchem die herzustellenden Nuten 3 gestrichelt eingezeichnet sind. Beim Heranfahren von links an den Fingerfußblock 2 tritt die am weitesten rechts liegende Frässcheibe bzw. deren radialen Schneidkanten zuerst mit dem Fingerfußblock 2 in Kontakt, wobei die bei Auftreten dieses Kontaktes erreichte Position für die entsprechende Achse der NC-Maschine registriert wird. Beim Heranfahren von rechts treten als erste die Schneidkanten der am weitesten links liegenden Frässcheiben mit dem Fingerfußblock 2 in Kontakt, und auch hier wird wieder die beim ersten Auftreten des Kontaktes erreichte Position der betreffenden Achse registriert und gespeichert. Schließlich erfolgt noch ein Heranfahren des Satzes von drei Frässcheiben in radialer Richtung (bezogen auf die radiale Richtung der Frässcheiben) an den Fingerfußblock 2, wobei die Umfangsschneiden aller drei identisch eingestellter Frässcheiben mit der Oberfläche des Fingerfußes 2 in Kontakt treten sollten. Auch hier wird die Kontaktposition erfasst und registriert, so dass in der Maschine alle Daten für die Positionierung und das Eintauchen der Frässcheiben in den Fingerfußblock erfasst und registriert sind und die entsprechenden Konturen der Nuten 3 auf diese Weise durch Eingeben der entsprechend relativen Koordinaten automatisch hergestellt werden können. Dieser Vorgang des Nutenfräsens wird nun im Einzelnen in Fig. 7 in den mit a bis k bezeichneten Teilfiguren wiedergegeben.

In einem ersten Schritt a werden die drei Frässcheiben 42 so positioniert, dass sie an dem Finger- fußblock 2 die mit schwarzen, durchgezogenen Linien hergestellte Kontur, d.h. zwei entsprechende Nuten und einen Falz an der Außenseite des Fingerfußblockes 2, herstellen. Beim zweiten Durchfahren werden erneut zwei weitere Nuten und ein Falz auf der Außenseite ausgefräst, wobei man in Fig. 7b auch die zuvor in Schritt a hergestellte Kontur anhand der durchgezogenen schwarzen Linien deutlich erkennt. In Schritt c durchfahren die drei Frässcheiben wieder den Bereich der in Schritt a hergestellten Nuten, jedoch um einen axialen Differenzbetrag versetzt, um den entsprechend breiteren, äußeren Nutenabschnitt des Fingerfußprofils herzustellen. Dabei wird auch der in Schritt a nur schwach ausgebildete Falz auf der Außenseite des linken Fingers in axialer Richtung vertieft. In Schritt d erfolgt analog eine Verbreiterung der in Schritt b hergestellten Nuten, wobei man in dem Teilbild d wieder die in Schritt c hergestellten, breiteren Nuten anhand der durchgezogenen Linien deutlich erkennen kann. Der Falz an der Außenseite des rechten Fingers hatte bereits in Schritt die notwendige axiale Tiefe erhalten. Das in den Schritten a bis d hergestellte Profil ist schließlich in Fig. 7e wiedergegeben.

Gemäß den Darstellungen in den Teilbildern 7 f bis i werden dann in weiteren vier Schritten die tiefe- ren und schmaleren Nutabschnitte hergestellt, wobei auch hier schrittweise zunächst alle linken Flanken der Nuten und des einen Falzes auf der rechten Seite hergestellt werden (Schritte f und g), während in den Schritten h und i der Fräser wiederum einen (gegenüber dem Versatz von Schritt a zu c kleineren) axialen Betrag nach rechts versetzt wird, um die endgültige Nutkontur und damit auch die endgültige Fingerstruktur gemäß Fig. 7k herzustellen. Die Struktur gemäß Fig. 7k enthält jedoch noch ein gewisses Aufmaß, d.h. die Nuten haben noch nicht ihr Endmaß erreicht, das letztlich durch Schlichten hergestellt wird, wobei das Schlichten ebenfalls in 8 Schritten in völlig analoger Weise zu der Darstellung in den Teilbildern 7 a - i erfolgen kann.

Fig. 8 zeigt demgegenüber eine andere Variante des Schlichtfräsens, die allerdings in dieser Form grundsätzlich auch für das Schruppfräsen verwendet werden könnte. Dabei sind zwei Frässcheiben 43 so eingestellt, dass der lichte Abstand zwischen ihren Schneiden genau der Breite des Endglie- des der jeweiligen Finger entspricht und die Frässcheiben fahren jeweils über die zuvor mit einem gewissen Aufmaß hergestellten Finger hinweg, um die endgültige Breite der Endglieder der Finger herzustellen.

Fig. 9 zeigt eine Variante eines Schlichtverfahrens, bei welchem die beiden Frässcheiben 43 mit ihren Schneiden auf einen Abstand eingestellt werden, der dem Wiederholabstand der Endglieder der Finger entspricht. Dabei werden in einem ersten Durchgang (linkes Teilbild der Fig. 9) nacheinander zunächst die linksseitigen Flächen der Finger hergestellt und dann im zweiten Schritt (rechtes Teilbild der Fig. 9) die rechtsseitigen Flanken. Fig. 10 zeigt einen entsprechenden Schlichtvorgang mit einer einzigen Frässcheibe, die nacheinander die linken und rechten Flanken jedes einzelnen Fingers auf Endmaß bringt.

Der Nutgrund und die Abstufungen, die jeweils mit einer 45°-Fase versehen sind, können durch getrennte Frässcheiben hergestellt werden, die ausschließlich die Ecken am Grund der Nuten und/oder die Fasen in den Übergangsstufen von den dickeren Grundgliedern bis zu den schlankeren Endgliedern der Finger herstellen.

Die verschiedenen Frässcheibentypen, die hierzu verwendet werden können, sind in der bereits teilweise beschriebenen Fig. 4 dargestellt, wobei die Gruppe von drei Schruppfräsern 42 entspre- chend dem in Fig. 7 beschriebenen Verfahren die Grundkonturen der Fingerstruktur mit Aufmaß herstellt, während die Frässcheibe 43a für das Herstellen der 45°-Fase an den Abstufungen zwischen Grundglied und Endglied der Fingerstrukturen verwendet wird, der Fräser 43b Schneidplatten mit einem entsprechenden Eckenradius hat, um die Ecken am Grund der Nuten herzustellen und die Frässcheibe 43c schließlich Schneidplatten aufweist, deren Schneidkantenkontur der gewünschten Kontur an den Außenflanken beim Übergang von den äußeren Grundgliedern zu dem verbleibenden Teil des Fingerfußblockes entspricht. Es versteht sich, dass die einzelnen Frässcheiben 43a und 43b auch jeweils durch eine Gruppe von zwei oder drei Frässcheiben ersetzt werden könnten. In Figur 4 nicht dargestellt ist eine Frässcheibe oder eine Gruppe von Frässcheiben zum Schlichten, die vor dem Herstellen der Abrundungen und Abschrägungen am Nutgrund oder an Übergangsstufen das Aufmaß an den Nutflanken entfernen sollten. Die Anordnung aller Frässcheiben an einem einzigen Dorn hat den Vorteil, dass der Fingerfuß der Turbinenschaufel sämtliche Fräsvorgänge in derselben Aufspannung nacheinander durchlaufen kann, was eine Produktion mit geringst möglichen Toleranzabweichungen erlaubt.

Grundsätzlich ist es also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich und auch vorgesehen, die einzelnen Bearbeitungsschritte an einem Fingerfuß bzw. einem Fingerfußblock nacheinander in der- selben Aufspannung auszuführen, d.h. zunächst zu schruppen, dann zu schlichten und schließlich die Eckradien und Fasen herzustellen, wobei es jedoch außerdem möglich ist, mehrere Fingerfußblöcke nebeneinander in einem vorgegebenen Abstand anzuordnen und die Positionen der Frässcheiben der verschiedenen Frässtufen entsprechend einzustellen, so dass in dem selben Arbeitsvorgang durch die verschiedenen, auf dem selben Dorn montierten Frässcheiben verschiedene Fin- gerfußblöcke in unterschiedlichen Bearbeitungsstadien weiterbearbeitet werden. Es versteht sich, dass es dann zweckmäßig wäre, wenn jede der Stufen mit einer ausreichenden Anzahl von Frässcheiben bestückt ist, um in der selben Anzahl von Schritten um bei dem Beispiel der Figur 4 zu bleiben, würde man dann neben der Gruppe von drei Schruppscheiben auch drei Schlichtscheiben, eine Gruppe von zwei Scheiben für den Nutgrund, drei Scheiben für die Abstufungen der Nutflanken und Falzflanken und jeweils eine Scheibe für den kleine Eckradius am unteren Ende der Falzflanken benötigen, um jeweils in einem Durchgang von 8 Schritten gemäß Figur 7 eine komplette Kontur eines Fingerfußprofils mit Endmaßen fertig zu stellen.

Dabei ist es außerdem möglich, das genaue Profil, d.h. die konkreten Breiten und Tiefen der einzel- nen Nuten und Finger, mit dem selben Satz von Frässcheiben zu variieren, indem einfach der Dorn in axialer und radialer Richtung entsprechend mehr oder weniger weit verfahren wird. Dadurch reduzieren sich die Werkzeugkosten ganz beträchtlich, da nur ein Typ von Frässcheiben für eine große Vielzahl unterschiedlicher Nut- bzw. Fingerfuß-Profile verwendet werden kann. Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.