Derartige Reibschwei verfahren dienen zum Beschaufeln eines Schaufelträgers einer Strö- mungsmaschine, wie z.B. ganzer Scheiben (Blisk) oder einer Trommel für ein Strahltrieb- werk. Der Schaufelträger weist eine konische oder zylindrische Kontur auf, an dessen Umfang mehrere gleichmä ig voneinander beabstandete Schaufeln mit ihrem Schaufelfu ange- schwei t werden. Sowohl der Umfang des Schaufelträgers als auch der Schaufelfu weisen eine Ebene oder leicht gekrümmte Schwei fläche auf, und werden zum Erzeugen der not- wendigen Schwei temperatur mittels einer Stauchkraft zusammengepre t, so da während der translatorischen Pendelbewegung der Schaufel gegenüber dem Schaufelträger der Bereich der Schwei flächen bis zur Schwei temperatur aufgeheizt werden. Die Pendelbewegung erfolgt quer zu der langgestreckt ausgebildeten Schwei fläche und kann dabei mehrere mm betragen.

Das zu den Pre schwei verfahren gehörige Reibschwei verfahren zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Gas- oder Lichtbogenschmelzschwei verfahren durch eine weitgehende Un- empfindlichkeit gegenüber Oxidation in der Umgebungsluft aus, da durch Relativbewegung der zu verschwei enden Teile zum einen der Zutritt von Umgebungsluft behindert ist und zum anderen Oxide mit der Schmelze durch die Reibbewegung aus dem Schwei bereich heraus- transportiert werden. Gleichwohl wurden in den Rand- und Kantenbereichen Fehlstellen in der Schwei naht aufgrund Oxydbildung festgestellt. Da derartige Fehlstellen die Festigkeit

der Schwei naht herabsetzen, besteht im Betrieb der Strömungsmaschine aufgrund der hohen Fliehkräfte die Gefahr des Schaufelbruches.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemä es Reibschwei verfahren zur Beschaufelung eines Schaufelträgers anzugeben, das eine fehlerfreie Schwei verbindung zwischen Schaufelträger und den Schaufeln gewährleistet. Desweiteren ist eine gattungsge- mä e Schutzgasdusche anzugeben, die ohne Behinderung der Relativbewegung zwischen den zu verbindenden Körpern für ein Reibschwei verfahren einsetzbar ist.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemä durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Im Gegensatz zu dem bekannten Rotationsreibschwei verfahren ist bei dem gattungsgemä en Schwei verfahren mit oszilierender Relativbewegung nicht zu vermeiden, da Bereiche der Schwei flächen entsprechend der Amplitude der Relativbewegung freigelegt werden und auf- grund des Luftzutritts die freigelegte Schwei fläche der Oxidation ausgesetzt ist. Die Erfin- dung hat nun den Vorteil, da durch die Umströmung der Schwei flächen durch ein Schutz- gas diese von einem Schutzgasvorhang umgeben werden, so da diese während ihrer Relativ- bewegung vor Luftzutritt geschützt sind. Aufgrund der Tatsache, da Schaufel- und Schaufel- träger ein Strömungsgitter bilden, bewirkt die Umströmung durch das Schutzgas ein ähnliches Strömungsfeld wie im Betrieb des Schaufelträgers. D.h. die Schutzgasströmung folgt der Kontur des Schaufelträgers und der Schaufel und sorgt so für einen geschlossenen Schutzgas- vorhang zum Schutz der Schwei fläche. Es bedarf somit keiner weiteren Vorkehrungen um die Strömung auch während der Relativbewegung der Körper im Bereich der Schwei flächen zu halten.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, die bzgl. der Fertigteilkontur mit Aufma verse- henen Schwei flächen dem Schaufelwinkel und Kegelwinkel oc auszurichten, so da sich ähnlich wie im Betriebsfall der Strömungsmaschine eine im Nabenbereich eine möglichst lang anliegende Laufstrecke der Schutzgasströmung ergibt, wodurch die Schwei flächen vom Schutzgas bedeckt bleiben. Dies wird weiterhin dadurch unterstützt, da die Schutzgasströ- mung zumindest den von der bewegten Schwei fläche überstrichenen Bereich erfa t, was durch entsprechende Ausdehnung der Schutzgasströmung in Richtung der Pendelbewegung

ermöglicht wird. Durch entsprechende Ausrichtung der Schutzgasströmung bezüglich des Kegelwinkels oc des Schaufelträgers und des Einstellwinkels der Schwei flächen ergibt sich eine weitgehend anliegende Schutzgasströmung im Bereich der Schwei flächen. Um zum einen eine möglichst ungestörte Schutzgaszuführung und andererseits einen ungestörten Be- trieb des Reibschwei vorganges zu gewährleisten, ist die Richtung der Schutzgasströmung quer oder senkrecht zur Richtung der Relativbewegung gerichtet wobei die Relativbewegung eine im wesentlichen translatorische oder leicht kreisbogenförmige Bewegung ausführt.

Die Aufgabe bezüglich der Schutzgasdusche wird erfindungsgemä durch die kenn- zeichnenden Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.

Um eine möglichst allseitige Begasung der Schwei flächen während der Relativbewegung zu gewährleisten, wei t die bezüglich eines der Körper feststehende Schutzgasdusche eine den Schwei flächen zugewandte Gasaustrittsöffnung auf. Die Ausdehnung der Gasaustrittsöff- nung in Bewegungsrichtung hat für die Erfindung den Vorteil, da der von der bewegten Schwei fläche überstrichene Bereich lückenlos begasbar ist und somit Luftzutritt an die oxi- dationsempfindlichen Schwei flächen unterbunden werden kann. Durch die feststehende Ausbildung der Schutzgasdusche ergibt sich zum einen ein definierter vom Schutzgas über- strichener Bereich und zum anderen vereinfacht sich die Zuführung des Schutzgases zur Schutzgasdusche.

Die Anordnung der Schutzgasdusche mit Beabstandung quer zur Bewegungsrichtung erlaubt eine unbehinderte Durchführung des Reibschwei verfahrens, so da die geometrischen Be- wegungsabläufe in der Regel beibehalten werden können. Auch wird somit eine den tatsächli- chen Strömungsverhältnissen nahe kommende Begasung der Schwei flächen möglich, so da die Eingangs erwähnten Vorteile hinsichtlich der Strömungsführung optimal gewährleistet werden können, zumal der für die Strömungsführung optimale Gasaustritt quer oder senkrecht zur Bewegungsrichtung ermöglicht wird.

In vorteilhafter Weise ist die Schutzgasdusche entsprechend der Kontur eines der Körper im Bereich der Schwei fläche ausgebildet. In der Regel wird die Schutzgasdusche an dem wäh- rend des Reibschwei verfahrens feststehenden Schaufelträger angebracht, so da die Schutz- gasdusche entsprechend der zylindrischen Kontur des Schaufelträgers bogenförmig ausgebil-

det ist. Damit kann die Schutzgasdusche flächig am Scheibenträger angebracht werden, so da zwischen Scheibenträger und Schutzgasdusche der Zutritt von Luft und somit eine allzu in- tensive Vermischung mit dem Schutzgas im Bereich der Schwei flächen ausgeschlossen wer- den kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung hinsichtlich gleichmä iger Verteilung des Schutzgases über die Austrittsöffnung hinweg ergeben sich durch die Merkmale der Pa- tentansprüche 11 bis 13.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Teilansicht einer Rotorscheibe für eine Strömungsmaschine mit angesetzter Schutzgasdusche, Fig. 2 eine Ansicht der beschaufelten Scheibe gemä Schnitt I-I, Fig. 3a eine Seitenansicht der aufgeschnittenen Schutzgasdusche, Fig. 3b einen Querschnitt durch die Schutzgasdusche gemä Schnitt II-II in Fig 3a und Fig. 3c eine aufgeschnittene Draufsicht der Schutzgasdusche.

Die Figuren 1 und 2 beziehen sich auf die Beschaufelung eines Laufrades für eine Strö- mungsmaschine wie einem Strahltriebwerk. Das Laufrad besteht aus einem als Scheibe aus- gebildeten Schaufelträger 1, an den eine Anzahl gleicher Schaufeln 2 reibgeschwei t ist. Der Schaufelträger 1 und die Schaufeln 2 sind aus einer Titanlegierung gefertigt. Nach dem die Schaufeln 2 bzw. die Schaufelrohlinge an den Schaufelträger 1 reibgeschwei t sind, werden die Schaufelfü e einer Fertigbearbeitung unterworfen, bei der Werkstoff abgetragen wird, um den Schaufeln 2 die endgültige Form zu geben. Eine typische Schaufel 2 für axial bauende Strömungsmaschinen besteht aus einem Schaufelblatt 3 und einem Schaufelfu 4, der im Rohzustand in einer ebenen Schwei fläche 5a ausläuft. Das Schaufelblatt 3 ist in radialer

Richtung relativ lang und dünn und weist eine gekrümmte Form au?, wobei eine Hauptfläche des Blattes konkav und die andere Hauptfläche konvex ist. Die Schwei fläche Sa weist im Grundri eine mit dem Schaufelprofil ähnliche Kontur auf. Der quaderförmige Schaufelfu schlie t an das Schaufelblatt an. Die Schwei fläche 5a ist vom übrigen quaderförmigen Teil des Schaufelfu es 4 durch ein Podest um wenige mm (ca. 2-8 mm) beabstandet. Über den Schaufelfu 4 werden beim Reibschwei en Pendel-, Einspann- und Stauchkräfte auf die Schaufel 2 bzw. Schwei fläche 5a aufgebracht.

Der Schaufelträger 1 weist im wesentlichen ebene, zueinander parallel liegende Stirnflächen 6a und 6b mit kreisförmigem Grundri auf Der im wesentlichen rotationssymmetrisch aus- gebildete Schaufelträger 1 weist eine Rotationsachse R au?, die der Rotationsachse der Strö- mungsmaschine entspricht. Senkrecht zur Rotationsachse R erstrecken sich die Stirnflächen 6a und 6b. Zwischen den Au enkanten der Stirnflächen 6a und 6b erstreckt sich die Um- fangsfläche 7 des Schaufelträgers 1.

An der Umfangsfläche 7 ist eine Mehrzahl leicht vorstehender Stege ausgebildet. Jeder Steg wird zu einer ebenen Schwei fläche 5b bearbeitet, deren Kontur der Schwei fläche 5a der Schaufel 2 im wesentlichen entspricht. Wie in Fig. 1 zu sehen, ist die Längsachse L jeder Schwei fläche 5b um den Schaufelwinkel gegenüber einer zur Rotationsachse R parallelen Geraden geneigt. Die Längsachse L einer Schwei fläche 5b entspricht im wesentlichen der projizierten Sehnenlinie des Schaufelwurzelprofils.

In der Praxis sind die meisten Schaufelträger 1 so geformt, da die Umfangsfläche 7 eine ke- gelabschnittsförmige Gestalt aufweist. In dem kegelabschnittsiörmigen Abschnitt der Um- fangsfläche 7 sind, wie in Fig. 2 zu erkennen, die Schwei flächen 5b bzw. Schaufeln 2 ange- bracht. An den kegelabschniftsförmigen Abschnitt schlie t ein zylindrischer Abschnitt der Umfangsfläche 7 an. Der kegelabschnittsförmige Abschnitt weist gegenüber dem zylindri- schen Abschnitt einen Kegelwinkel a auf.

Für den Reibschwei vorgang wird der Schaufelträger 1 in einer Lage derart befestigt, da die zu beschaufelnde Schwei fläche 5b in einer Ebene E liegt, die parallel zur Richtung P der translatorischen Pendelbewegung verläuft. Die zu beschaufelnde Schwei fläche 5b befindet sich dann in der sog. Schwei lage. Wie in Fig. 1 zu erkennen verläuft die Richtung P der Pen-

delbewegung P, welche die Schaufel 2 gegenüber dem Schaufelträger 1 ausführt, senkrecht zur Rotorachse R, während in Fig. 2 die Richtung der Pendelbewegung P senkrecht zur Zei- chenebene vorzustellen ist. Beim Reibschwei en einer Schaufel 2 an den Schaufelträger 1 wird die Schwei fläche 5a der Schaufel 2 in Berührung mit der zugehörigen Schwei fläche 5b des Schaufelträgers 1, wie in Fig. 2 erkennbar, gebracht. Um die nötige Schwei ternperatur zu erzeugen, wird eine Stauchkraft senkrecht zu den Schwei flächen 5a,b auf die Schaufel 2 aufgebracht und gleichzeitig die Schaufel 2 gegenüber dem Schaufelträger 1 schnell hin und her bewegt, so da Reibungswärme erzeugt wird. Ist ausreichend Wärme erzeugt, wird die Pendelbewegung ausgesetzt und die Stauchkraft weiter beibehalten, bis die Schaufel 2 mit dem Schaufelträger 1 endgültig verschwei t und verbunden ist. Anschlie end wird der Schau- felträger 1 freigegeben und in eine Lage gedreht in der eine weitere Schaufel 2 angeschwei t werden kann. Diese Abfolge wird wiederholt, bis alle Schaufeln 2 an den Schaufelträger 1 angeschwei t sind.

Die Schaufelrohlinge werden anschlie end einem Formgebungsverfahren unterzogen, bei dem von jedem Schaufelfu 4 Material abgenommen wird, um genau die gewünschte Schaufel- form zu erzielen. Das Formgebungsverfahren kann sowohl spanend als auch elektrochemisch erfolgen.

Die in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Schwei flächen 5a' und 5a" geben die Extrempositio- nen bzw. die Amplitude der schaufelseitigen Schwei fläche 5a an, die diese während der Pen- delbewegung bzw. Relativbewegung P gegenüber der trägerseitigen Schwei fläche 5b aus- führt. Dabei überstreicht die schaufelseitige Schwei fläche 5a einen Bereich, dessen grö te Abmessung in Richtung der Pendelbewegung d.h. senkrecht zur Rotorachse R mit der Ab- messung b bema t ist. Bei dieser Darstellung wird deutlich, da während der Reibschwei - bewegung die Schwei flächen 5a,5b zeitweise nur teilflächig in Kontakt zueinander stehen, so da die freistehende Teilfläche dem Luftzutritt ausgesetzt wäre. Dies hätte zur Folge, da auf- grund des Luftzutritts eine unerwünschte Oxydbildung auf der Schwei fläche, insbesondere im Bereich der Enden bzw. Kanten der Schwei flächen einsetzen würde. Um diese bei den üblichen Reibschwei verfahren prinzipiell nicht auftretende Oxidation zu unterbinden, ist eine Begasung der Schwei flächen 5a,5b mittels einer Schutzgasströmung S vorgesehen.

Für die Zuführung des Schutzgases ist an einem zylindrischen Umfangsabschnitt des Schau- felträgers 1 eine Schutzgasdusche angebracht. Die Schutzgasdusche 8 weist eine kreisbogen- förmig gekrümmte Gasaustrittsöffnung 9 au?, die sich über die Bogenlänge 1 an der Umfangs- fläche 7 erstreckt. Die senkrecht zur Rotorachse R sich erstreckende Gasaustrittsöffnung 9 ist in axialer Richtung von den trägerseitigen Schwei flächen 5b beabstandet, wobei der Abstand a kleiner ist als die Abmessung b, die die Ausdehnung des überstrichenen Bereiches angibt.

Um die Schwei flächen 5a, 5b allseits vor Luftzutritt zu schützen, ist die Länge 1 der Gasaus- trittsöffnung 9 um mindestens 50% grö er gehalten als der von den Schwei flächen 5a über- strichene Bereich b. Durch die mittige Anordnung der Gasaustrittsöffnung 9 über den Bereich b wird gewährleistet, da auch die äu eren Enden der Schwei flächen 5a,5b während ihrer Bewegung in einem geschlossenen Schutzgasvorhang gehalten werden können. Auch ist die Abmessung der Gasaustrittsöffnung 9 in radialer Richtung so bemessen, da sich ein ausrei- chender Schutzgasvorhang ausbildet, der einen Luftzutritt verhindert.

Die Anordnung der Gasaustrittsöffnung 9 bezüglich der angeströmten Schwei flächen 5a,5b bzw. der Schaufel 2 erlaubt eine Anströmung der Schaufel 2 unter dem Schaufelwinkel P, was den tatsächlichen Strömungsverhältnissen während des Betriebes der Strömungsmaschine sehr nahe kommt, so da sich eine anliegende Schutzgasströmung S ausbildet, die eine Ver- mischung mit der Umgebungsluft zumindest im Bereich der Schwei flächen 5a,5b hinrei- chend reduziert. Wie die Stromlinien S der Figuren 1 und 2 zeigen, folgen die Stromlinien S weitgehend der Kontur des Schaufelfu es 4 im Bereich der profilierten Schwei flächen 5a,b und der unter dem Winkel a geneigten Umfangsfläche 7.

Um einen Luftzutritt zwischen Schutzgasdusche und Umfangsfläche 7 mit einer damit einher- gehenden Vermischung des Schutzgases mit Umfangsluft zu vermeiden, ist die Schutzgasdu- sche 8, wie in Fig. 3c ersichtlich, bogenförmig ausgebildet, so da sie weitgehend spaltfrei mit ihrer radial inneren Gehäusewand 10 an der Umfangsfläche 7 zum Anliegen kommt.

Wie die Fig. 3a bis 3c zeigen, setzt sich die Schutzgasdusche 8 aus einem geschwei ten Blechgehäuse 11, zwei Rohrleitungen 12a und 12b für die Gaszuführung und Mittel 13 zur Strömungsverteilung zusammen. An das kasten- und kreisbogenförmige Blechgehäuse 11 sind die zwei Rohrleitungen 12a und 12b zur Gaszuführung angeschlossen, wobei jeweils eine Rohrleitung 12a,12b an den Stirnseiten 14a,b der Umfangsenden der Gehäusewand 10 in das

Gehäuse 11 eintreten. Dort erstrecken sich die Rohrleitungen 1 2a, 1 2b in einer Gaskammer 15 bis etwa zur Mitte des Blechgehäuses 11. Die Gaskammer 15 und die darin verlaufenden Rohrleitungen 12a,12b sind etwa in einem oberen Drittel jenseits der Gasaustrittsöffnung 9 in der Schutzgasdusche 8 ausgebildet. Die Rohrleitungen 12a,12b sind innerhalb der Gaskammer 15 mit zahlreichen Öffnungen perforiert, so da eine gleichmä ige Beschickung der Gas- kammer mit Schutzgas gewährleistet ist. Jenseits der Gaskammer 15 ist das Blechgehäuse 11 geöffnet und bildet somit die langgestreckte, bogenförmige Gasaustrittsöffnung 9 aus. Zwi- schen der Gasaustrittsöffnung 9 und der Gaskammer 15, also in der unteren Hälfte der Schutzgasdusche 8 ist ein Mittel 13 zur Strömungsverteilung vorgesehen, welches aus mehre- ren Schichten, bestehend aus Stahlwolle und Filtermaterial gebildet wird. Die Schichten aus Stahlwolle und Filtermaterial führen zu einer Vergleichmä igung der Schutzgasströmung S über die gesamte Gasaustrittsöffnung 9 hinweg.

Zur Befestigung der Schutzgasdusche 8 am Schaufelträger 1 sind am Blechgehäuse 11 zwei Befestigungsbügel 17 angebracht.

Bezugszeichenliste 1 Schaufelträger 2 Schaufel 3 Schaufelblatt 4 Schaufelfu 5 a, 5b Schwei fläche 6 a, 6b Stirnfläche 7 Umfangsfläche 8 Schutzgasdusche 9 Gasaustrittsöffnung 10 Gehäusewand 11 Blechgehäuse 1 2a, 1 2b Rohrleitung 13 Mittel zur Strömungsverteilung 14a,14b Stirnseite 15 Gaskammer 16 Öffnung 17 Befestigungsbügel R Rotationsachse Schaufelwinkel L Längsachse cc Kegelwinkel E Ebene P Pendelbewegung S Schutzgasströmung b Abmessung Bereich Bogenlänge a Abstand