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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen eines Bauteils
insbesondere eines Triebwerks der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Oberflächenstrahlens eines
solchen Bauteils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen
Art.
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Beim
Oberflächenstrahlen
von Bauteilen für Triebwerke,
beispielsweise für
Laufräder
(Blisk) oder für
Laufscheiben (Disk), werden heute entsprechende Vorrichtungen mit
einer Strahlkammer eingesetzt, welche wenigstens eine Öffnung für das jeweilige Bauteil
aufweisen. Im Bereich dieser Öffnung
kann das Bauteil relativ zur Strahlkammer positioniert werden, so
dass durch die Strahlkammer selbst und den entsprechend zu verfestigenden
Bauteilbereich des Bauteils ein geschlossener Raum entsteht, innerhalb welchem
Strahlmittel, insbesondere Stahlkugeln, zum Beaufschlagen eines
entsprechenden Oberflächenbereichs
des Bauteils beschleunigt werden können. Dieses Beschleunigen
erfolgt üblicherweise
mittels einer Vibrationseinrichtung, welche beispielsweise eine
Sonotrode umfasst.
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Als
problematisch bei den bisherigen Vorrichtungen bzw. den zugehörigen Verfahren
zum Oberflächenstrahlen
ist der Umstand anzusehen, dass zwischen einer im Bereich der Öffnung der Strahlkammer
vorgesehenen Strahlkammerwand und dem angrenzenden Bauteilbereich
des Bauteils ein entsprechender Zwischenraum beim Positionieren
des Bauteils und der Strahlkammer relativ zueinander entsteht, welcher
bislang so gewählt
werden muss, dass kein Strahlmittel entweichen kann. Um ein derartiges
Entweichen von Strahlmittel zu vermeiden, wird dabei üblicherweise
der Zwischenraum bzw. der Zwischenspalt zwischen dem Bauteil und der
korrespondierenden Strahlkammerwand so ausgelegt, dass dieser geringer
ist als der Durchmesser des Strahlmittels, insbesondere der Stahlkugeln. Dies
bedingt jedoch, dass der Zwischenraum bzw. dessen Spaltmaß während des
Oberflächenstrahlens
etwa gleichbleibend und geringer als der Kugeldurchmesser der Stahlkugeln
sein muss, um konstant den Verlust von Strahlmittel aus der Strahlkammer
heraus zu vermeiden. Dies stellt insbesondere dann ein Problem dar,
wenn das entsprechende Bauteil, beispielsweise das Laufrad (Blisk)
oder die Laufscheibe (Disk), entsprechend zur Oberflächenbearbeitung
gedreht wird. Dann kann es nämlich
zu einer Veränderung
des Abstands zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand und dem Bauteil
kommen, was somit zu einem Verlust an Strahlmittel oder zu zum Einklemmen
der Kugeln führen
kann, bei welchen sich die Kugeln zumindest temporär zwischen
dem Bauteil und der Strahlkammerwand verklemmen.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, wenn die jeweilige Strahlkammerwand
an Bauteilbereiche des Bauteils angrenzt, in welchen Öffnungen,
Vertiefungen oder Aufmassbereiche vorgesehen sind. Dann entsteht
nämlich
wiederum ein sich verändernder
Abstand zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand und dem Bauteil,
welcher ggf. beim Oberflächenstrahlen
zum Verlust von Strahlmittel führen
kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung sowie
ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen
ein Verlust von Strahlmittel auf verbesserte Weise verhindert werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung sowie ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw.
9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Damit
beim Oberflächenstrahlen
auf verbesserte Weise ein Verlust von Strahlmittel verhindert werden
kann, ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen,
dass an der Strahlkammerwand zumindest bereichsweise eine Dichtungseinrichtung
vorgesehen ist, welche an einen sich ändernden Abstand zwischen der
Strahlkammerwand und dem Bauteil anpassbar ist. Mit anderen Worten ist
es erfindungsgemäß vorgesehen,
zumindest bereichsweise zwischen der Strahlkammer bzw. einer zugehörigen Strahlkammerwand
und dem Bauteil eine Dichtungseinrichtung vorzusehen, um hierdurch einen
entsprechenden Zwischenraum zwischen der Strahlkammer und dem Bauteil
abzudecken und einen Verlust von Strahlmittel zu vermeiden. Dieser Verlust
von Strahlmittel kommt nämlich
insbesondere dadurch zustande, dass der Abstand zwischen der jeweiligen
Strahlkammerwand und dem Bauteil entsprechend variiert und demzufolge
nicht einheitlich eingestellt werden kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung
wird jedoch insbesondere erreicht, dass ein sich ändernder
Zwischenraum bzw. Abstand zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand
und dem Bauteil derart abgedeckt bleibt, dass kein Strahlmittel aus
der Strahlkammer entweichen kann. Dies wird durch eine entsprechend
anpassbare Dichtungseinrichtung, welche nachfolgend beispielhaft
noch näher beschrieben
werden wird, erreicht.
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Durch
die erfindungsgemäß auf einen
sich änderbaren
Abstand zwischen der Strahlkammerwand und dem Bauteil anpassbare
Dichtungseinrichtung wird insbesondere erreicht, dass beispielsweise Bauteile
in Form von Laufrädern
(Blisk) oder Laufscheiben (Disk) von Triebwerken auch an Übergängen zu
Bohrungen, Aussparungen, Öffnungen,
Vertiefungen oder dergleichen und/oder in Aufmassbereichen des Bauteils
besonders gut zur jeweiligen Strahlkammer hin abgedichtet werden
können.
Insbesondere in diesen Bereichen ergeben sich variable Zwischenräume bzw.
Spaltmaße
zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand und dem Bauteil, die ein
flexibles Dichtsystem bzw. eine anpassbare Dichtungseinrichtung
notwendig machen.
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Als
im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es dabei zu betrachten, dass
die Dichtungseinrichtung im einfachsten Fall lediglich in denjenigen
Bereichen vorgesehen werden kann, in welchen sich der Abstand zwischen
der Strahlkammerwand und dem Bauteil ändern kann. Eine besonders
günstige
Ausführungsform
sieht hingegen vor, dass die Strahlkammer vollständig bzw. umlaufend mit einer
entsprechenden Dichtungseinrichtung versehen ist, um eine besonders
günstige
Abdichtung zum Bauteil hin zu ermöglichen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft
gezeigt, wenn die Dichtungseinrichtung zur Anpassung an den sich ändernden
Abstand zwischen der Strahlkammerwand und dem Bauteil wenigstens
ein Dichtelement aus einem flexiblen Material, insbesondere einem
Kunststoffmaterial, umfasst. Somit kann die Anpassung der Dichtungseinrichtung
an den variablen Zwischenraum durch das flexible Dichtungselement,
welches beispielsweise aus einem Gummi oder dergleichen besteht,
auf einfache Weise erreicht werden.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn das Dichtelement
als flexible Dichtlippe, flexibler Dichtwischer oder als flexible
Formbürste ausgebildet
ist. Derartige flexible Dichtelemente haben eine hohe Verschleißbeständigkeit
und gewährleisten
auf besonders zuverlässige
Weise, dass ein sich ändernder
Abstand bzw. Zwischenraum zwischen der Strahlkammer und dem Bauteil
stets verschlossen bleibt.
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Ist
das Dichtelement fest an der Strahlkammerwand angeordnet, so ergibt
sich eine besonders kostengünstige
Anordnung des Dichtelements bzw. eine besonders kostengünstige Dichtungseinrichtung.
Die Anpassung der Dichtungseinrichtung an den sich ändernden
Abstand bzw. Zwischenraum zwischen der Strahlkammerwand und dem
Bauteil erfolgt dann im Wesentlichen durch ein entsprechend flexibles
Dichtungselement.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als weiterhin vorteilhaft
gezeigt, wenn das Dichtungselement bewegbar relativ zu der Strahlkammerwand
angeordnet ist. Somit eignet sich ein derartiges Dichtungselement
insbesondere zum Ausgleich eines stark wechselnden bzw. stark unterschiedlichen
Abstandes zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand und dem zugehörigen Bauteil. Es
ist klar, dass ggf. auch ein Dichtelement eingesetzt werden könnte, welches
einerseits relativ bewegbar zu der Strahlkammerwand angeordnet ist und
andererseits entsprechend flexibel gestaltet ist, um hierdurch eine
besonders günstige
Anpassung der Dichtungseinrichtung an einen sich verändernden
Abstand zwischen der Strahlkammerwand und dem zugehörigen Bauteil
zu erreichen.
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Schließlich hat
es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Halteeinrichtung vorgesehen ist,
mittels welcher das Bauteil relativ zu der Strahlkammer haltbar
ist. Hierdurch kann ein besonders reproduzierbares Strahlergebnis
beim Oberflächenstrahlen
erzielt werden. Zudem eignet sich die Halteeinrichtung besonders
gut, wenn das Bauteil mittels der Halteeinrichtung um eine Drehachse
drehbar gelagert werden soll. Als im Rahmen der Erfindung mitumfasst
ist es jedoch zu betrachten, dass es ggf. auch denkbar wäre, nicht das
Bauteil relativ zur Strahlkammer anzuordnen, sonders vielmehr die
Strahlkammer als mobile Einheit zu gestalten, welche dann relativ
zu den jeweiligen Bauteil angeordnet wird. In jedem Fall kann mittels
der Dichtungseinrichtung jedoch eine zumindest bereichsweise Abdeckung
eines Zwischenraums zwischen der Strahlkammerwand und dem Bauteil erreicht
werden, damit kein Strahlmittel aus der Strahlkammer austreten kann.
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Insgesamt
wird somit erkennbar, dass mittels der Dichtungseinrichtung ein
Austritt von Strahlmittel verhindert werden kann, um hierdurch beim
Oberflächenstrahlen
ein äußerst reproduzierbares
Ergebnis zu erreichen und beispielsweise „Kugelquetscher", also das Festsetzen
bzw. Einklemmen von Strahlmittel zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand
und dem zugehörigen
Bauteil, zu verhindern.
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Die
vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen
Vorteile gelten dabei in ebensolcher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten und der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie
anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1 eine
schematische Perspektivansicht auf ein Bauteil eins Triebwerks in
Form eines Laufrades (Blisk), dessen Oberfläche in einem radial inneren
Bereich mittels einer bildlich schematisch angedeuteten Vorrichtung
zum Oberflächenstrahlen
verfestigbar ist, wobei von der Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen
im Wesentlichen eine Strahlkammer und eine Halteeinrichtung des
Bauteils relativ zu der Strahlkammer dargestellt sind, wobei das
Bauteil mittels der Halteeinrichtung um eine Drehachse drehbar gelagert
ist;
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2 eine
Schnittansicht durch das Bauteil in Form des Laufrades (Blisk) und
durch die Strahlkammer gemäß der Vorrichtung
zum Oberflächenstrahlen
nach 1, wobei zwischen jeweiligen Strahlkammerwänden und
dem durch Strahlmittel zu beaufschlagenden Oberflächenbereich
des Bauteils eine Dichtungseinrichtung vorgesehen ist, welche an einen
sich ändernden
Abstand zwischen der jeweiligen Stahlkammerwand und dem Bauteil
anpassbar ist;
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3 eine
ausschnittsweise und vergrößerte Schnittansicht
des Bauteils in Form des Laufrades (Blisk) und der Dichtungseinrichtung
gemäß dem Detail III in 2,
wobei vorliegend die Dichtungseinrichtung ein fest an der zugehörigen Strahlkammerwand
angeordnetes Dichtelement in Form einer flexiblen Dichtlippe, eines
flexiblen Dichtwischers, einer flexiblen Formbürste oder dergleichen umfasst;
und in
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4 eine
ausschnittsweise und vergrößerte Schnittansicht
des Bauteils in Form des Laufrades (Blisk) und der Dichtungseinrichtung
gemäß dem Detail IV in 4 in
einer alternativen Ausführungsform, wobei
die Dichtungseinrichtung ein Dichtelement umfasst, welches relativ
bewegbar an der zugehörigen Strahlkammerwand
angeordnet ist.
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In 1 ist
in einer schematischen Perspektivansicht ein Bauteil eines Triebwerks
in Form eines Laufrads 10 (Blisk) dargestellt. Das Laufrad 10 umfasst
demzufolge eine Laufscheibe 12, welche außenumfangsseitig
mit einer Vielzahl von radial abstehenden und integral ausgebildeten
Luftschaufeln 14 versehen ist.
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Von
einer Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen
eines vorliegend radial inneren Bauteilbereichs des Laufrads 10 ist
in 1 im Wesentlichen eine Strahlkammer 16 sowie
eine Halteeinrichtung 18 zur relativen Positionierung des
Laufrads 10 gegenüber
der Strahlkammer 16 schematisch dargestellt. Mittels der
Halteeinrichtung 18 ist dabei das Laufrad 10 nicht
nur relativ zu der Strahlkammer 16 gehalten, sondern auch
um eine Drehachse D drehbar gelagert. Hierdurch kann vorliegend
der radial innere Bauteilbereich des Laufrades 10 radial
umlaufend oberflächengestrahlt
bzw. verfestigt werden.
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In 2 sind
das Laufrad 10 sowie die Strahlkammer 16 jeweils
in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Dabei ist erkennbar,
dass die Strahlkammer 16 eine etwa schlitzförmige Öffnung 20 für das Laufrad 10 aufweist,
durch welche das Laufrad 10 mit einem entsprechend zu strahlenden
Oberflächenbereich 22 in
die Strahlkammer 16 hineinragt. Die Öffnung 20 der Strahlkammer 16 wird dabei
durch eine jeweilige Strahlkammerwand 24, 26 seitlich
begrenzt.
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Aus 2 ist
somit ersichtlich, dass die Strahlkammer 16 gemeinsam mit
dem Laufrad 10 einen geschlossenen Raum bildet, innerhalb
welchen sich Strahlmittel 28 – vorliegend in Form beispielsweise
von Stahlkugeln – befindet.
Dieses Strahlmittel 28 wird mittels einer Vibrationseinrichtung 30 beschleunigt,
welche auf einer Seite der Strahlkammer 16 angeordnet ist.
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Die
Vibrationseinrichtung 30 umfasst vorliegend eine Sonotrode 32 mit
einer entsprechend in Schwingungen versetzbaren Oberfläche 34,
welche eine Begrenzungswand der Strahlkammer 16 bildet. Die
Sonotrode 32 ist entsprechend so in Schwingungen zu versetzen,
dass das Strahlmittel 28 zum Beaufschlagen des entsprechenden
Oberflächenbereichs 22 des
Laufrads 10 beschleunigbar bzw. in Bewegung versetzbar
ist.
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Des
Weiteren ist erkennbar, dass die jeweiligen Strahlkammerwände 24, 26,
welche an das Laufrad 10 angrenzen, in einem entsprechenden
Abstand a zu diesem ausgebildet sind. Dies ist vorliegend insbesondere
deshalb erforderlich, weil das Laufrad 10 um die Drehachse
D (1) gedreht werden muss, damit radial umlaufend
der entsprechende Oberflächenbereich 22 gehärtet bzw.
verfestigt werden kann.
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Beispielsweise
beim Drehen des Laufrades 10 ändert sich dabei der Abstand
a zwischen der zugehörigen
Strahlkammerwand 24, 26 und dem Laufrad 10.
Mit anderen Worten variiert die Breite bzw. ein Spaltmaß eines
Zwischenraums 35 zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand 24, 26 und
dem Laufrad 10. Ebenfalls kann der Abstand a bzw. der Zwischenraum 35 dadurch
variie ren, dass entsprechende Aussparungen, Öffnungen, Vertiefungen oder
dergleichen und/oder eine Aufmassbereich des Laufrads 10 zur
jeweiligen Strahlkammerwand 24, 26 hin vorgesehen
ist.
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Aus
diesem Grund ist vorliegend zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand 24, 26 und
dem Laufrad 10 zumindest bereichsweise eine Dichtungseinrichtung 36 vorgesehen,
welche an den sich ändernden
Abstand a zwischen der jeweils zugehörigen Strahlkammerwand 24, 26 und
dem Laufrad 10 anpassbar ist. Hierdurch wird – wie nachfolgend
noch näher
erläutert
werden wird – insbesondere
ein Austritt von Strahlmittel 28 aus der Strahlkammer 16 heraus
bzw. eine Verklemmen von Strahlmittel 28 zwischen der jeweiligen
Strahlkammerwand 24, 26 und dem Laufrad 10 verhindert.
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Die 3 und 4 zeigen
dabei in einer jeweiligen ausschnittsweisen und vergrößerten Schnittansicht
das Detail III bzw. IV in 2, wobei
die 3 und 4 zwei alternative Ausführungsformen
der jeweiligen Dichtungseinrichtung 36 zeigen.
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Die
Dichtungseinrichtung 36 gemäß 3 umfasst
dabei ein Dichtelement 38, welches zur Anpassung an den
sich ändernden
Abstand a zwischen der Strahlkammerwand 24 und dem Laufrad 10 aus einem
flexiblen Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial bzw. Gummimaterial,
besteht. Im vorliegenden Fall ist zudem erkennbar, dass das Dichtelement 38 als
flexible Dichtlippe, flexibler Dichtwischer, flexible Formbürste oder
dergleichen ausgebildet ist. Dabei kann das jeweilige Dichtelement 38 sowohl
ein wie auch mehrteilig ausgebildet sein.
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Zudem
ist aus 3 erkennbar, dass das Dichtelement 38 im
vorliegenden Fall fest an der zugeordneten Strahlkammerwand 24 angeordnet
ist. Mit anderen Worten wird eine Anpassung der Dichtungseinrichtung 36 bzw.
des Dichtelements 38 bei einem sich ändernden Abstand a zwischen
der zugehörigen
Strahlkammerwand 24 und dem Laufrad 10 insbesondere
dadurch erreicht, dass das Material des Dichtelements 38 entsprechend
flexibel gestaltet ist. Hierdurch wird im Wesentlichen erreicht,
dass das Dichtelement 38 stets mit dem Laufrad 10 bzw. dessen
zu strahlendem Oberflächenbereich 22 in Kontakt
bleibt.
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Die
Ausführungsform
gemäß 4 sieht hingegen
ein Dichtelement 40 vor, welches relativ bewegbar an der
zugehörigen
Strahlkammerwand 24 angeordnet ist. In 4 ist
dies symbolisch durch einen Schlitz 42 innerhalb der Strahlkammerwand 24 dargestellt,
in welchen das Dichtelement 40 mehr oder weniger eintauchen
kann, je nachdem, welcher Abstand a gerade zwi schen der zugehörigen Strahlkammerwand 24 und
dem Laufrad 10 vorliegt. Dabei kann das Dichtelement 40 beispielsweise
mittels eines Federelements gegen das Laufrad 10 gedrückt sein,
um hierdurch stets eine Anlage zwischen dem Dichtelement 40 und
dem Laufrad 10 bzw. dessen zu verfestigenden Oberflächenbereich 22 zu
erzielen. Das Dichtelement 40 kann dabei ggf. aus einem
nicht flexiblen Material bestehen. Insbesondere vorteilhaft ist
es jedoch, wenn auch vorliegend ein Dichtelement 40 aus
einem flexiblen Material, insbesondere einem Kunststoff bzw. Gummimaterial
eingesetzt wird, wie dieses bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform
gemäß 3 beschrieben
worden ist. Mit anderen Worten kann somit das Dichtelement 40 wiederum
beispielsweise als Dichtlippe, Dichtwischer oder Formbürste ausgestaltet
sein, wobei die Kunststoffbürsten
beispielsweise dann als eine Art Besen fungieren.
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Wie
bereits erläutert,
können
die Dichtelemente 38, 40 gemäß beiden Ausführungsformen
lediglich lokal zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand 24, 26 und
dem Laufrad 10 vorgesehen sein, beispielsweise insbesondere
in Bereichen, in welchen das Laufrad 10 eine Aussparung, Öffnung,
Vertiefung oder dergleichen und/oder einen Aufmassbereich aufweist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform
sieht hingegen vor, dass die jeweiligen Dichtelemente 38, 40 im
Bereich der gesamten Öffnung 20 – also umlaufend – vorgesehen
sind.
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Insgesamt
ist somit aus den Figuren erkennbar, dass mittels der vorliegenden
Dichtungseinrichtung 36 ein Dichtsystem geschaffen werden
kann, mittels welchem Toleranzschwankungen bzw. Schwankungen im
Abstand a zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand 24, 26 und
dem Laufrad 10 besonders gut aufgenommen werden kann. Insbesondere
können
somit rotationsbedingte Schwankungen des Abstands a zwischen der
jeweiligen Strahlkammerwand 24, 26 und dem Laufrad 10 ausgeglichen
werden. Hierdurch wird ein Austritt von Strahlmittel 28 oder
ein Verklemmen im Zwischenraum 36 vermieden.
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Als
im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es dabei zu betrachten, dass
die Vorrichtung sowohl als stationäre Einheit vorgesehen sein
kann, bei welcher das Laufrad 10 mittels der Halteeinrichtung 18 relativ
zur Strahlkammer 16 angeordnet wird. Gleichfalls wäre es jedoch
auch denkbar, die Vorrichtung als mobile Einheit zu gestalten, welche
dann gegenüber
einem fest positionierten Laufrad 10 angeordnet wird.
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Es
ist klar, dass die vorliegende Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen
auch bei anderen Bauteilen, insbesondere auch bei Laufscheiben (Disk)
von Triebwerken eingesetzt werden kann. Durch die vorliegende Vorrichtung kann
somit ein Verfahren realisiert werden, bei welchem zunächst das
Laufrad 10 relativ zur Strahlkammer 16 in dessen Öffnung 20 eingeführt wird,
und zwar derart, dass zwischen den Strahlkammerwänden 24, 26 und
dem Laufrad 10 der jeweilige Abstand a verbleibt. Der entstehende
Zwischenraum 36 zwischen der jeweiligen Strahlkammerwand 24, 26 und
dem Bauteil in Form des Laufrades 10 wird dabei mittels
der zumindest bereichsweise vorgesehenen Dichtungseinrichtungen 36 abgedeckt,
wonach eine Beschleunigung des Strahlmittels 28 zum Beaufschlagen
des entsprechenden Oberflächenbereichs 22 des
Laufrads 10 innerhalb der Strahlkammer 16 erfolgen
kann.