Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten eines Turbinenschaufelrohlings

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Turbinenschaufelrohlings sowie einen Turbinenschaufelrohling

Turbinenschaufeln, wie sie in Kraftwerken für die Energieerzeugung oder in Flugzeugtriebwerken zum Einsatz kommen, können eine Länge von Schaufelfuß bis Schaufelkopf von bis zu 2.600mm aufweisen. Ihr Profil muss den vorgegebenen Anforderungen sehr präzise entsprechen.

Zur Herstellung von solchen Turbinenschaufeln wird zunächst ein Turbinenschaufelrohling geschmiedet, und der dabei entstehende Schmiedegrat wird im heißen Zustand in der Schmiede abgeschnitten bzw. entschert. Der Turbinenschaufelrohling wird nach dem Abkühlen fertig bearbeitet.

Bei solchen Turbinenschaufeln hat sich als nachteilig erwiesen, dass sich Abweichungen der Ist-Kontur von der geforderten Soll-Kontor ergeben, insbesondere Verbiegungen und Verformungen. Dieser Effekt ist bei Turbinenschaufeln mit dünnen Schaufelblättern besonders deutlich ausgeprägt. Dies führt zu Effizienzeinbußen und zu einer verringerten Lebensdauer solcher Turbinenschaufeln. Um dies zu vermeiden, muss mehr Materialzugabe am Schmiedeteil gemacht werden, die mit erhöhten Aufwand beseitigt werden muss.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Turbinenschaufelrohlings anzubieten, mit denen Turbinenschaufeln hergestellt werden können, deren Profil den geforderten Vorgaben sehr genau entspricht. Umständliche Vorbereitungsmaßnahmen an dem Turbinenschaufelrohling sollen dabei vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten eines Turbinenschau- felrohlings erfolgt zunächst ein erstes Einspannen eines geschmiedeten und abgekühlten Turbinenschaufelrohlings mit Schmiedegrat in einer Bearbeitungsmaschine mit zwei gegenüberliegenden Handhabungseinheiten. Danach werden die Grate an dem Schaufelkopf und an dem Schaufelfuß des Turbinenschaufelrohlings unter Bildung von Halterungselementen, insbesondere wenigstens eines Vorsprungs und/oder einer Einkerbung, an dem Schaufelkopf und an dem Schaufelfuß mechanisch entfernt. Danach erfolgt ein zweites Einspannen des Turbinenschaufelrohlings in die Bearbeitungsmaschine, und zwar mittels der turbinenschaufelrohlingsseitigen Halterungselemente. Dann werden die Schmiedegrate an den Seitenbereichen des Turbinenschaufelrohlings mechanisch entfernt.

In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Handhaben eines Turbinenschaufelrohlings gelöst, die folgende Merkmale umfasst: Zwei gegenüberliegende, drehbare Handhabungseinheiten für einen dazwischen positionierten Turbinenschaufelrohling, an den Handhabungseinheiten anbringbare Ausrichtelemente zum Ausrichten des Schaufelkopfes und des Schaufelfußes des Turbinenschaufelrohlings, an den Handhabungseinheiten anbringbare erste Spannelemente zum Einspannen des Turbinenschaufelrohlings dazwischen, und an den Handhabungseinheiten anbringbare zweite Spannelemente zum Einspannen des Turbinenschaufelrohlings mittels der Halterungselemente des Turbinenschaufelrohlings.

Die vorliegende Erfindung geht einen völlig neuen Weg, denn die Schmiedegrate des Turbinenschaufelrohlings werden nicht, wie sonst üblich, in heißem Materialzustand noch in der Schmiede mit einem speziellen Werkzeug, insbesondere einem Trimmwerkzeug, abgeschnitten bzw. entschert, sondern der Schmiedegrat wird erfindungsgemäß vielmehr mechanisch, insbesondere durch Fräsen entfernt. Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstands haben nämlich herausgefunden,! dass das Abschneiden bzw. Entscheren des Schmiedegrates in der Schmiede direkt nach dem Formen im heißen Zustand große Scherkräfte verursacht, was häufig zu nicht reversiblen Verlegungen und Verformungen der Kontur des Turbinenschaufelrohlings führt, was insbesondere bei Turbinenschaufeln mit dünnen Schaufelblättern, die beispielsweise an bestimmten Stellen nur eine Dicke von wenigen Millimetern aufweisen, von großem Nachteil ist. Die sich daraus ergebenden Nachteile der Abweichungen der Ist-Kontur des Profils der Turbinenschaufel von der geforderten Soll-Kontur und die sich dar- aus ergebenden Leistungseinbußen und die sich daraus ergebende verringerte Lebensdauer werden bei der vorliegenden Erfindung vermieden, denn der Schmiedegrat wird zunächst an dem Turbinenschaufelrohling belassen und erst in abgekühltem Zustand des Turbinenschaufelrohlings mechanisch entfernt.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung kann der Turbinenschaufelrohling nach dem Schmieden in einer Basisvorrichtung fertig bearbeitet werden. Das erste Einspannen des Turbinenschaufelrohlings erfolgt derart, dass große Bereiche des Schaufelfußes und des Schaufelkopfes für das Werkzeug, das den Schmiedegrat entfernt, zugänglich bleiben, so dass in diesem ersten eingespannten Zustand die Schmiedegrate an dem Schaufelkopf und an dem Schaufelfuß nahezu vollständig entfernt werden können.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der vorliegenden Erfindung werden bei diesem Entfernen der Grate an dem Schaufelkopf und an dem Schaufelfuß im ersten eingespannten Zustand des Turbinenschaufelrohlings Halterungselemente an dem Schaufelkopf und an dem Schaufelfuß, insbesondere wenigstens ein Vorsprung und/oder wenigstens eine Einkerbung, geschaffen, mittels derer das zweite Einspannen des Turbinenschaufelrohlings ermöglicht wird. Eine weitere Vorbereitung des Turbinenschaufelrohlings für das zweite Einspannen, bei dem die Grate an den Seitenbereichen mechanisch entfernt werden, insbesondere spezielle Hilfselemente wie Laschen, Bohrungen, Zentrierungen oder Ähnliches können dadurch vollständig entfallen. Durch die hohe Genauigkeit der Position des Turbinenschaufelrohlings beim ersten Einspannen können diese turbinenschaufelrohlingsseitigen Halterungselemente positionsgenau ausgebildet werden, wodurch sich eine hohe Präzision und gute Wiederholbarkeit des Bearbeitungsverfahrens ergibt.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden zum ersten Einspannen des Turbinenschaufelrohlings in der Bearbeitungsmaschine zunächst der Schaufelkopf und der Schaufelfuß mittels an den Handhabungseinheiten angebrachten Ausrichtelementen ausgerichtet, und danach werden an den Handhabungseinheiten angebrachte Spannelemente gegen den Schaufelkopf und den Schaufelfuß verfahren.

Die Ausr/chtelemente können dabei insbesondere als Stütze]emente ausgebildet sein, die sich von einem an der Handhabungseinheit anbringbaren Basisbereich im wesentlichen nach oben erstrecken und die eine Auflagefläche oder Anlagefläche für bestimmte, genau definierbare Bereiche des Schaufelkopfs oder des Schaufelfußes bieten.

Die ersten Spannelemente können dabei jeweils wenigstens zwei verstellbare Auflagestifte zum Abstützen des Schaufelkopfes oder des Schaufelfußes und jeweils wenigstens eine Spannbacke zum Verfahren gegen den Schaufelkopf oder den Schaufelfuß oder zum Einspannen desselben umfassen. Dadurch kann der Turbinenschaufelrohling auf einfache Weise sicher und positionsgenau in die erste Einspannposition eingespannt werden, und es ergibt sich eine gute Wiederholbarkeit dieser ersten Einspannposition.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden zum Einspannen des Turbinenschaufelrohlings in der Bearbeitungsmaschine zweite Spannelemente vorgesehen, deren spannelementseitige Halterungselemente in Eingriff mit den turbinenschaufelrohlingsseitigen Halterungselementen gebracht werden, um den Turbinenschaufelrohling zu positionieren. Derart sicher positioniert, können die zweiten Spannelemente den Turbinenschaufelrohling sicher zwischen den Handhabungseinheiten einspannen. Die zweiten Spannelemente können dabei vorteilhafterweise verstellbare Halterungselemente, insbesondere Halterungsstifte zum Positionieren des Turbinenschaufelrohlings, die in Eingriff mit den turbinenschaufelrohlingsseitigen Halterungselementen gebracht werden können, sowie Spannbacken zum Einspan- nen des Turbinenschaufelrohlings zwischen den Handhabungseinheiten umfassen.

Durch das Zusammenwirken der spannelementseitigen Halterungselemente mit den turbinenschaufelrohlingsseitigen Halterungselementen, die beide an definierten Positionen der Bearbeitungsmaschine bzw. des Turbinenschaufelrohlings gelegen sind, kann eine hochgenaue, und wiederholbare Fixierung des Turbinenschaufelrohlings erreicht werden. Die Spannbacken spannen dann den Turbinenschaufelrohling sicher für die nachfolgende mechanische Bearbeitung zwischen den Handhabungseinheiten ein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das mechanische Entfernen der Grate an dem Schaufelkopf und an dem Schaufelfuß sowie an den Seitenbereichen des Turbinenschaufelrohlings dadurch, indem zunächst mehrere längliche Durchbrechungen zwischen dem Außenprofil der Turbinenschaufel und den daran nach außen anschließenden Schmiedegratbereichen gefräst und Stege, in Umfangsrichtung gesehen dazwischen stehengelassen werden und indem anschließend die Schmiedegratbereiche bzw. Schmiedegratkerne durch Entfernen, insbesondere Durchbrechen der Stege abgetrennt werden. Das Entfernen der Stege kann dabei beispielsweise unterstützt durch ein Werkzeug, wie einen Hammer oder eine Säge erfolgen.

Durch dieses zweistufige Entfernen der Schmiedegratbereiche kann das Außenprofil der Turbinenschaufel hochpräzise ausgebildet werden und Beschädigungen der Bearbeitungsmaschine oder der Peripherie durch unkontrolliert herabfallende Schmiedegratkerne können vermieden werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Profil der Turbinenschaufel in der Bearbeitungsmaschine in dem zweiten eingespannten Zustand, in welcher der Turbinenschaufelrohling mittels der Halterungselemente eingespannt ist, gleich fertig bearbeitet, insbesondere fertig gefräst werden. Da- durch ergibt sich eine besonders zügige Herstellung der fertigen Turbinenschaufel.

Schließlich kann noch ein drittes Einspannen des Turbinenschaufelrohlings in der Bearbeitungsmaschine mittels dritter Spannelemente zum mechanischen Entfernen der turbinenschaufelrohlingsseitigen Halterungselemente erfolgen.- Die turbinenschaufelrohlingsseitigen Halterungselemente werden dabei vorzugsweise mechanisch entfernt, insbesondere weggefräst. Die erfindungsgemäß aus den Turbinenschaufelrohlingen hergestellte Turbinenschaufel kann schließlich noch nachfolgenden Verfahrensschritten, beispielsweise dem Reinigen, Polieren etc. unterzogen werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Turbinenschaufelrohlings mit einer Vorrichtung zum Handhaben eines Turbinenschaufelrohlings der oben beschriebenen Art sowie mit wenigstens einem spanenden Werkzeug, insbesondere einem Fräswerkzeug, das die Schmiedegrate des Turbinenschaufelrohlings entfernen, das Profil des Turbinenschaufelrohlings fertig bearbeiten, insbesondere fertig fräsen und/oder die Halterungselemente des Turbinenschaufelrohlings mechanisch entfernen, insbesondere wegfräsen kann.

Ein derartiges spanendes Werkzeug, insbesondere Fräswerkzeug, kann von üblicher Bauart sein, sollte jedoch klein und beweglich genug sein, um im ersten eingespannten Zustand die schaufelkopf- und schaufelfußseitigen Bereiche des Turbinenschaufelrohlings erreichen zu können.

Die Erfindung betrifft ferner einen Turbinenschaufelrohling mit einem Schaufelkopf, mit einem Schaufelblatt und mit einem Schaufelfuß, bei dem an dem Schaufelkopf und an dem Schaufelfuß integrale Halterungselemente, insbesondere wenigstens ein Vorsprung und/oder eine Einkerbung, gebildet sind, um den Turbinenschaufelrohling positionsgenau in einer Bearbeitungsmaschine einzuspannen. Die oben mit Bezug auf das Bearbeitungsverfahren und die Handhabungsvorrichtung angegebenen Vorteile treffen auch für den Turbinenschaufelrohlmg zu, insbesondere das vereinfachte zweite Einspannen des Turbinenschaufelroh- lings, das Entfallen einer weiteren Vorbereitung des Turbinenschaufelrohlings für das zweite Einspannen und insbesondere das Entfallen von speziellen Hilfselementen wie Laschen, Bohrungen, Zentrierungen oder Ähnlichem, eine positionsgenaue Ausbildung der integralen Halterungselemente sowie eine hohe Präzision und gute Wiederholbarkeit des Bearbeitungsverfahrens.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fünf-Achs-Fräsmaschine mit einem darin positionierten Turbinenschaufelrohlmg in einem ersten Verfahrensschritt sowie eine Frontansicht einer Ausrichteinheit für den Schaufelkopf und eine Frontansicht einer Ausrichteinheit für den Schaufelfuß;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem darin positionierten und eingespannten Turbinenschaufelrohlmg in einem zweiten Verfahrensschritt;

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem darin eingespannten Turbinenschaufelrohlmg in einem dritten Verfahrensschritt sowie Seitenansichten der abgenommenen Ausrichteinheiten für den Schaufelkopf und für den Schaufelfuß;

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem darin eingespannten Turbinenschaufelrohlmg in dem dritten Verfahrensschritt sowie vergrößerte Draufsichten des Schaufelkopfs und des Schaufelfußes;

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem daraus entnommenen Turbinenschaufelrohlmg in einem vierten Verfahrensschritt sowie vergrößerte Draufsichten des Schaufelkopfs und des Schaufelfußes; Fig. 6 zeigt anhand ihrer Teilfigur 6(a) eine Draufsicht auf den Turbinenschaufelrohling, bei dem die Schmfedegratkerne noch mittels Stegen mit dem Turbinenschaufelrohling verbunden sind, und anhand ihrer Teilfigur 6(b) eine Draufsicht auf den Turbinenschaufelrohling, bei dem die Stege in einem fünften Verfahrensschritt von dem Turbinenschaufelrohling abgetrennt worden sind;

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 ohne darin eingespannten Turbinenschaufelrohling in einem sechsten Verfahrensschritt mit an den Handhabungseinheiten angebrachten Halterungsstiften und Spannbacken;

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem darin mittels Halterungsstiften und Halterungselementen eingespannten Turbinenschaufelrohling in einem siebten Verfahrensschritt;

Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem darin mittels Halterungsstiften und Halterungselementen eingespannten Turbinenschaufelrohling in einem achten Verfahrensschritt, bei dem die Schmiedegratkerne mittels Stegen mit dem Turbinenschaufelrohling verbunden sind;

Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem darin mittels Halterungsstiften und Halterungselementen eingespannten Turbinenschaufelrohling in einem neunten Verfahrensschritt, bei dem die Stege von dem Turbinenschaufelrohling abgetrennt worden sind;

Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem darin mittels Halterungsstiften und Halterungselementen eingespannten Turbinenschaufelrohling in einem zehnten Verfahrensschritt;

Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem daraus entnommenen Turbinenschaufelrohling in einem elften Verfahrensschritt; und 11 056466

9

Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine aus Figur 1 mit dem darin eingespannten Turbinenschaufelrohiing in einem zwölften Verfahrensschritt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit einem darin positionierten Turbinenschaufelrohiing 26 sowie eine Frontansicht einer Ausrichteinheit 8 für den Schaufelkopf 26 und eine Frontansicht einer Ausrichteinheit 18 für den Schaufelfuß 34.

Die Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 ist als Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten eines Turbinenschaufelrohlings gezeigt. Die Fünf- Achs-Fräsmaschine 2 verfügt über eine linke Handhabungseinheit 4 mit einem daran angebrachten linken Basiselement 6 sowie über eine rechte Handhabungseinheit 14 mit einem daran angebrachten rechten Basiselement 16. Die Handhabungseinheiten 4 und 14 sind in einem solchen Abstand zueinander angeordnet, dass in dem Zwischenraum dazwischen ein Turbinenschaufelrohiing 26 in Längsrichtung positioniert und bearbeitet werden kann. Die Handhabungseinheiten 4 und 14 sind drehbar ausgebildet, so dass sie den dazwischen eingespannten Turbinenschaufelrohiing für den jeweiligen Bearbeitungsschritt mittels eines hier nicht gezeigten Bearbeitungswerkzeugs schwenken können.

Der Turbinenschaufelrohiing 26 befindet sich in Längsrichtung zwischen den Handhabungseinheiten 4 und 14, wobei in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sein Schaufelkopf 28 zu der linken Handhabungseinheit 4 hin und sein Schaufelfuß 34 zur rechten Handhabungseinheit 14 hin ausgerichtet ist. Selbstverständlich kann der Turbinenschaufelrohiing 26 auch anders herum angeordnet und gespannt werden.

In Fig. 1 ist das Schaufelblatt 32 sowie der den gesamten Turbinenschaufelrohiing 26 umlaufende Schmiedegrat 36 gut zu erkennen. Bei dem in Fig. 1 sowie in den nachfolgenden Figuren gezeigten Turbinenschaufelrohiing 26 handelt es sich um eine spezielle Turbinenschaufel, die im Niederdruckbereich von Kraftwerken zum Einsatz kommt. Es kann auch jede andere Schaufel auf diese Art verwendet und bearbeitet werden. Der Turbinenschaufelrohiing 26 ist geschmiedet worden, und der Schmiedegrat ist an dem Turbinenschaufelrohiing 1 056466

10

26 belassen worden. Der Turbinenschaufelrohling 26 wird gemäß Fig. 1 im abgekühlten Zustand in die Fünf-Achs-Fräsmaschine eingebracht und dort positionsgenau ausgerichtet. An dem linken Basiselement 6 ist eine Ausrichteinheit 8 für den Schaufelkopf 28 angebracht. Die Ausrichteinheit 8 verfügt über eine Grundplatte 10, die an dem unteren Ende des linken Basiselements 6 ansetzt und sich ein Stück weit nach rechts in den Bearbeitungsraum zwischen den Handhabungseinheiten 4 und 14 erstreckt. Von dem rechten Ende der Grundplatte 10 erstreckt sich ein säulen- förmiges Ausrichtelement 12 nach oben in etwa bis auf eine Position ein Stück weit unterhalb der vertikalen Mittenposition der linken Handhabungseinheit 4. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dieses säulenförmige Ausrichtelement 12, wie in der unteren Frontansicht gut zu sehen ist, mit einer mittigen Vertiefung ausgestattet, um darin eine Schaufelblatthilfsgeometrie 30 des Schaufel- kopfs 28 des Turbinenschaufelrohlings 26 aufzunehmen.

An der Unterseite des rechten Basiselements 16 ist eine Ausrichteinheit 18 für den Schaufelfuß 34 befestigt. Diese Ausrichteinheit 18 verfügt über eine Grundplatte 20, die an dem unteren Ende des rechten Basiselements 16 ansetzt und sich ein Stück weit in den Bearbeitungsraum zwischen den Handhabungseinheiten 4 und 14 erstreckt, und über säulenförmige Ausrichtelemente 22, 24, die sich von der Oberseite des linken Endbereichs der Grundplatte 20 nach oben erstrecken. Wie in der Frontansicht der Ausrichteinheit 18 für den Schaufelfuß 34 zu erkennen ist, sind insgesamt vier säulenförmige Ausrichtelemente 22 und 24 vorgesehen, von denen die äußeren beiden höher ausgebildet sind als die mittleren beiden. Die mittleren beiden säulenförmigen Ausrichtelemente 22 bieten mit ihren Oberseiten Auflageflächen für den Schaufelfuß 34, insbesondere auf dem Profil der Rückenseite, einmal nahe der Eintrittskante und einmal nahe der Austrittskante des Schaufelfußes 34. Das am Weitesten links gelegene säulenförmige Ausrichtelement 24 ist an seinem oberen Ende mit einem nach innen ragenden Vorsprung ausgestattet und fixiert den Schaufelfuß 34 zur Seite hin. Das säulenförmige Ausrichtelement 24 mit seitlichem Anschlag ist insbesondere für das Positionieren an einem Punkt für die seitliche Ausrichtung an der Basisseite vorgesehen. Das am Weitesten rechts gelegene säulenförmige Ausrichtelement 22 bietet einen Anschlag nach rechts für den Schaufelfuß 34. Zum Ausrichten des Turbinenschaufelrohlings 26 werden die typischen Elemente des Schaufelrohlings 26 verwendet, nämlich das Schaufelprofil des Schaufelblatts 30, der Schaufelfuß 34 und eine Hilfsgeometrie 30 am Ende des Schaufelblattes 32. Das Schaufelprofil des Schaufelblatts 32 und der Schaufelfuß 34 sind typische Elemente einer Turbinenschaufel, die Hilfsgeometrie wird beim Schmieden mit an das Schaufelprofil geschmiedet und hat in etwa die Form eines Zylinders.

Zum Ausrichten wird nun der Turbinenschaufelrohling 26 mit seiner Schaufelblatthilfsgeometrie 30 auf das säulenförmige Ausrichtelement 12 und mit zwei Punkten auf der Rückenseite des Turbinenschaufelrohlings 26, nämlich einmal nahe an der Eintrittskante und einmal nahe an der Austrittskante, auf die mittleren beiden säulenförmigen Ausrichtelement 22 aufgelegt. Durch diese drei Auflagepunkte kann der Turbinenschaufelrohling 26 präzise ausgerichtet werden, eine Überbestimmung durch zu viele Auflagepunkte wird dabei vermieden. Zudem wird der Schaufelfuß 34 durch die beiden äußeren säulenförmigen Ausrichtelement 22 und 24 seitlich fixiert. Der Turbinenschaufelrohling 26 ist somit präzise und wiederholbar bezüglich der Handhabungseinheiten 4 und 14 ausgerichtet.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem darin positionierten und eingespannten Turbinenschaufelrohling 26.

Gemäß Fig. 2 wird der Turbinenschaufelrohling 26 nun eingespannt. Dafür werden an dem linken Basiselement 6 linke Auflagestifte 38 vorgesehen, die sich ein Stück weit in den Bearbeitungsraum zwischen den Handhabungseinheiten 4 und 14 erstrecken, und zwar bis zu einer Längenposition ein Stück weit rechts von dem säulenförmigen Ausrichtelement 12. Ebenso werden an dem rechten Basiselement 16 zwei Auflagestifte 42 vorgesehen, die sich ein Stück weit nach links in den Bearbeitungsraum zwischen den Handhabungseinheiten 4 und 14 erstrecken, und zwar bis auf eine Längenposition am linken Ende des Schaufelfußes 34. Die linken Auflagestifte 38 und die rechten Auflagestifte 42 befinden sich auf der unteren Seite des Turbinenschaufelrohlings 26. Die linken Auflagestifte 38 und die rechten Auflagestifte 42 sind individuell einstellbar. Diese werden nun so verstellt, dass der Turbinenschaufelrohling 26 mit seinem Schaufelkopf 28 und seinem Schaufelfuß darauf aufliegen. Durch Anlegen der beiden linken verstellbaren Auflagestifte 36 und der beiden rechten verstellbaren Auflagestifte 42 wird die Position des Turbinenschaufelrohlings 26 gesichert, wenn die Ausrichteinheiten 8 und 18 entfernt werden.

Des Weiteren verfügen das linke Basiselement 6 und das rechte Basiselement 16 jeweils über eine linke Spannbacke 40 bzw. eine rechte Spannbacke 44, welche gegen den Schaufelkopf 28 bzw. den Schaufelfuß 34 verfahrbar sind und den Turbinenschaufelrohling 26 somit sicher in den Zwischenraum zwischen den Handhabungseinheiten 4 und 14 einspannen können. Die linken Auflage- st/ ^' fte 38, die linke Spannbacke 40, die rechten Auflagestifte und die rechte Spannbacke 44 sind außerdem so angeordnet, dass sich aus der Draufsicht gesehen Zwischenräume ergeben, durch die mit Werkzeugen die Stirnseiten des Turbinenschaufelrohlings 26 wechselseitig und überdeckend erreicht werden können, wie dies auch in der nachfolgenden Fig. 5 zu sehen ist.

Nach dem Anlegen der Auflagestifte 38 und 42 werden die Spannbacken 40 und 44 gegen den Turbinenschaufelrohling 26 verfahren und spannen diesen sicher ein, so dass dieser in der nachfolgenden Bearbeitung durch die Handhabungseinheiten 4 und 14 gedreht und mit einem oder mehreren Werkzeugen bearbeitet werden kann.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem darin eingespannten Turbinenschaufelrohling 26 sowie Seitenansichten der abgenommenen Ausrichteinheiten 8 und 18 für den Schaufelkopf 28 und für den Schaufelfuß 34.

Gemäß Fig. 3 werden nun die Ausrichteinheiten 8 und 18 entfernt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem darin eingespannten Turbinenschaufelrohling 26 sowie vergrößerte Draufsichten des Schaufelkopfs 28 und des Schaufelfußes 34. Gemäß Fig. 4 wird nun an beiden Schaufelstirnseiten, also an der Stirnseite des Schaufelkopfs 28 und an der Stirnseite des Schaufelfußes 34, das überstehende Material entfernt. Dies erfolgt mittels eines geeigneten Werkzeugs, beispielsweise eines Fräskopfes 46, der insbesondere als Eckfräser ausgebildet sein kann.

Durch die Ausbildung der linken Auflagestifte 38 und der linken Spannbacke 40 sowie der rechten Auflagestifte 42 und der rechten Spannbacke 40 ist gewährleistet, das für den Fräskopf 46 genug Raum zur Verfügung steht, dass er die Schmiedegrate an den Stirnseiten entfernen bzw. zur Entfernung vorbereiten kann. Der Schmiedegrat 36 kann eine Stärke von mehreren Millimetern haben und insbesondere in einem Bereich von 10 bis 50mm vom Werkstück abstehen.

Wie in Fig. 4 gut zu erkennen ist, werden an den Stirnseiten des Schaufelkopfs 28 und des Schaufelfußes 34 längliche Durchbrechungen 48 gefräst, deren Ausrichtung senkrecht zur Längserstreckung des Turbinenschaufelrohlings 26 ist. Zwischen den Durchbrechungen 48 werden an dem Schaufelkopf 28 und an dem Schaufelfuß 34 Stege 50 und 54 stehen gelassen, so dass der schaufel- kopfseitige Schmiedegratkern 52 und der schaufelfußseitige Schmiedegratkern 56 nicht unkontrolliert herunterfallen und Beschädigungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 oder der Peripherie bzw. Verletzungen der Bedienperson verursachen können. Die gefrästen Durchbrechungen 48 werden dabei zwischen den stirnseitigen Endflächen des gewünschten Profils des Schaufelkopfs 28 bzw. Schaufelfußes 34 und dem daran ansetzenden schaufelkopfseitigen Schmiedegratkern 52 bzw. schaufelfußseitigen Schmiedegratkern 56 eingebracht. Der schaufelkopfseitige Steg 50 und der schaufelfußseitige Steg 54 werden dabei in etwa mittig, bezogen auf die Breite des Schaufelblatts 32, stehengelassen.

Zudem werden durch den Fräskopf 46 zwei schaufelfußseitige Halterungs-Ein- kerbungen 58 in die Stirnseite des Schaufelfußes 34 eingebracht, die bezogen auf die Breite des Schaufelfußes 34 etwa mittig zwischen der Mittelachse des Turbinenschaufelrohlings 26 und den seitlichen Endflächen des gewollten Profils des Schaufelfußes 34 liegen. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem daraus entnommenen Turbinenschaufelrohling 26 sowie vergrößerte Draufsichten des Schaufelkopfs 28 und des Schaufelfußes 34.

Gemäß Fig. 5 wird der Turbinenschaufelrohling 26 aus dem eingespannten Zustand gelöst, und der Turbinenschaufelrohling 26 wird aus der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 entnommen.

Fig. 6 zeigt anhand ihrer Teilfigur 6(a) eine Draufsicht auf den Turbinenschaufel- rohling 26, bei dem die Schmiedegratkerne 52 und 56 noch mittels Stegen 50 und 54 mit dem Turbinenschaufelrohling 26 verbunden sind, und anhand ihrer Teilfigur 6(b) eine Draufsicht auf den Turbinenschaufelrohling 26, bei der die Stege 52 und 56 von dem Turbinenschaufelrohling 26 abgetrennt worden sind. Dieses Trennen des schaufelkopfseitigen Schmiedegratkerns 52 und des schau- felfußseitigen Schmiedegratkerns 56 kann mechanisch erfolgen, beispielsweise durch Abbrechen unter Zuhilfenahme eines Hammers oder durch Absägen. Dieses kontrollierte Entfernen der Schmiedegratkerne 52 und 56 von dem Turbinenschaufelrohling 26 bietet den Vorteil, dass Beschädigungen und/oder Verletzungen sicher vermieden werden können.

Der schaufelkopfseitige Schmiedegratkem 52 wird dabei so entfernt, dass der schaufelkopfseitige Steg 50 an dem Schaufelkopf 28 des Turbinenschaufelroh- lings 26 verbleibt und einen schaufelkopfseitigen Halterungsvorsprung 60 mit definierter Breite und Länge bildet.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 ohne darin eingespannten Turbinenschaufelrohling mit an den Handhabungseinheiten angebrachten Halterungsstiften 62 und 66 und Spannbacken 64 und 68.

Gemäß Fig. 7 sind die Basiselemente 6 und 16 der Handhabungseinheiten 4 und 14 nun mit einem linken spannelementseitigen Halterungsstift 62 und einer linken Spannbacke 64 bzw. mit zwei rechten spannelementseitigen Halterungsstiften 66 und einer rechten Spannbacke 68 versehen. Hierfür werden die Basiselemente 6 und 16 mit den Auflagestiften 38 und 42 und den Spannbacken 40 und 44 von der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 entfernt und durch die Basiselemente 6 und 16 mit Halterungsstiften 62 und 66 und Spannbacken 64 und 68 ausgetauscht.

Dabei ist der linke spannelementseitige Halterungsstift 62 in etwa mittig auf der Rotationsachse der Handhabungseinheiten 4 und 14 angeordnet, und die linke Spannbacke 64 umgibt dem linken spannelementseitigen Halterungsstift 62 in konzentrischer Weise. Die rechten spannelementseitigen Halterungsstifte 66 sind in den äußeren Endabschnitten des rechten Basiselements 16 angeordnet und die rechte Spannbacke 68 erstreckt sich dazwischen.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem Turbinenschaufelrohling 26 in dem zweiten eingespannten Zustand.

Wie in Fig. 8 gut zu erkennen ist, sind die Abstände zwischen den schaufelfuß- seitigen Halterungs-Einkerbungen 58 und den rechten spannelementseitigen Halterungsstiften 66 gleich, so dass die rechten spannelementseitigen Halte- rungsstifte 66 genau in die schaufelfußseitigen Halterungseinkerbungen 58 einfahren können.

Das zweite Einspannen des Turbinenschaufelrohlings 26 erfolgt, indem der linke spannelementseitige Halterungsstift 62 gegen den schaufelkopfseitigen Hal- terungsvorsprung 60 fährt und indem die rechten spannelementseitigen Halterungsstifte 66 in die schaufelfußseitigen Halterungseinkerbungen 58 eingreifen.

Der Turbinenschaufelrohling 26 ist somit präzise und wiederholbar ausgerichtet, und nun wird, was in Fig. 8 nicht gezeigt ist, der Turbinenschaufelrohling 26 mittels der Spannbacken 64 und 68 eingespannt.

In der zweiten eingespannten Position gemäß Fig. 8 ergibt sich eine volle Zugänglichkeit für den Turbinenschaufelrohling 26 über dessen gesamte Längserstreckung. Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem darin mittels Halterungsstiften 62 und 66 und Halterungselementen 60 und 58 eingespannten Turbinenschaufelrohling 26, bei dem die Schmiedegratkerne 74 mittels Stegen 72 mit dem Turbinenschaufelrohling 26 verbunden sind.

Gemäß Fig. 9 wird nun das überstehende Material in der gleichen Art bearbeitet wie an den Stirnseiten (siehe Fig. 4). Hierzu werden zwischen den Seitenbereichen des Turbinenschaufelrohlings 26 und dem daran ansetzenden Schmiedegrat längliche Durchbrechungen 70 gefräst und in Umfangrichtung Haltestege 72 dazwischen stehengelassen, so dass der Schmiedegratkern 74 zunächst noch durch die Haltestege 72 an den Turbinenschaufelrohling 26 gehalten wird und an diesem verbleibt.

Gemäß Fig. 9 werden entlang des Schaufelblatts 32 an jeder Seite exemplarisch drei Haltestege 72 stehengelassen, so dass sich vier längliche Durchbrechungen 70 an jeder Seite des Schaufelblatts 32 ergeben. An dem Übergang von Schaufelblatt 32 zu Schaufelfuß 34 ist die Durchbrechung 70 auch nach außen hin ausgeführt, so dass der Schmiedegratkern 74 an dem Schaufelblatt 32 von dem Schmiedegratkern 74 des Schaufelfußes 34 getrennt ist. Der Schmiedegratkern an dem Schaufelfuß 34 wird beidseitig noch von jeweils einem Haltesteg 72 an dem Schaufelfuß 34 gehalten.

Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem darin mittels Halterungsstiften 62 und 66 und Halterungselementen 60 und 58 eingespannten Turbinenschaufelrohling 26, bei dem die Stege 72 von dem Turbinenschaufelrohling 26 abgetrennt werden.

Gemäß Fig. 10 werden die Schmiedegratkerne 74 durch Abbrechen oder durch Zersägen der Stege 72 von dem Turbinenschaufelrohling 26 entfernt. Dies kann, wie in Fig. 10 dargestellt, erfolgen, ohne dass der Turbinenschaufelrohling 26 aus der zweiten Spannposition gelöst wird.

Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem darin mittels Halterungsstiften 62 und 66 und Halterungselementen 60 und 58 eingespannten Turbinenschaufelrohling 26. Gemäß Fig. 11 wird nun durch den Fräskopf 46 das gewünschte Profil des Turbinenschaufelrohlings 26 fertig gefräst. Dabei werden auch noch die zuvor verbleibenden Bereiche der Haltestege 72 mit entfernt. Diese Fräsbearbeitung kann mit einer üblichen Programmsteuerung erfolgen.

Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem daraus entnommenen Turbinenschaufelrohling 26.

Gemäß Fig. 12 wird nun die zweite Spannposition gelöst, indem die Spannbacken 64 und 68 und ggf. die Halterungsstifte 62 und 66 gelöst werden. Der Turbinenschaufelrohling 26 wird aus der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 entnommen.

Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung der Fünf-Achs-Fräsmaschine 2 mit dem darin eingespannten Turbinenschaufelrohling 26 in dem dritten eingespannten Zustand.

Gemäß Fig. 13 wird nun ein Satz weiterer Spannelemente, die jeweils drei Spannbacken 76 und 78 umfassen, vorgesehen.

Wie in Fig. 13 gut zu erkennen ist, sind zwei linke Spannbacken 76, die an der Schaufelkopfstirnseite von dem schaufelkopfseitigen Halterungsvorsprung 60 nach außen versetzt angeordnet sind, und eine rechte, mittig angeordnete Spannbacke 78 vorgesehen, die den Turbinenschaufelrohling 26 einspannen. Die Spannbacken 76 und 78 sind derart positioniert, dass ein wechselseitiger Zugang zu beiden Schaufelstirnseiten und somit eine vollständige Bearbeitung der Schaufelstirnseiten ermöglicht wird.

Wie bei der zweiten Spannposition gemäß Fig. 8 erfolgt die Positionierung des Turbinenschaufelrohlings 26 über die spannelementseitigen Halterungsstifte 62 und 66, den schaufelkopfseitigen Halterungsvorsprung 60 und die schaufelfuß- seitigen Halterungs-Einkerbungen 58. Nach dem Einspannen des Turbinenschaufelrohlings 26 durch die Spannbacken 76 und 78 werden die Halterungsstifte 62 und 66 entfernt. Nun kann an beiden Schaufelstirnseiten mit einem geeigneten Werkzeug, beispielsweise einem Fräskopf, das Restmaterial bis auf die Endkontur entfernt werden. Die schaufelfußseitigen Halterungs-Einkerbungen sind in einem überstehenden Materialbereich angeordnet, der nun weggefräst wird.

Bezugszeichenliste

2 Vorrichtung zum Bearbeiten eines Turbinenschaufelrohlings

4 linke Handhabungseinheit

6 linkes Basiselement

8 Ausrichteinheit für Schaufelkopf

10 Grundplatte

12 säulenförmiges Ausrichtelement

14 rechte Handhabungseinheit

16 rechtes Basiselement

18 Ausrichteinheit für Schaufelfuss

20 Grundplatte

22 säulenförmige Ausrichtelemente

24 säulenförmiges Ausrichtelement mit seitlichem Anschlag

26 Turbinenschaufelrohling

28 Schaufelkopf

30 Schaufelblatthilfsgeometrie

32 Schaufelblatt

34 Schaufelfuss

36 Schmiedegrat

38 linke Auflagestifte

40 linke Spannbacke

42 rechte Auflagestifte

44 rechte Spannbacke

46 Fräskopf

48 gefräste Durchbrechungen

50 schaufelkopfseitiger Steg

52 schaufelkopfseitiger Schmiedegratkern

54 schaufelfußseitiger Steg

56 schaufelfußseitiger Schmiedegratkern schaufelfußseitige Halterungs-Einkerbungen schaufelkopfseitiger Halterungsvorsprung linker spannelementseitiger Halterungsstift linke Spannbacke

rechte spannelementseitige Halterungsstifte rechte Spannbacke

gefräste längliche Durchbrechungen

Haltestege

Schmiedegratkern

linke Spannbacken

rechte Spannbacken