EP2001631A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden mittels eines induktiven hochfrequenzpressschweissens von einem schaufelblatt mit einem rotorträger einer gasturbine mit automatischer zufuhr des schaufelblattes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verbinden mittels eines induktiven hochfrequenzpressschweissens von einem schaufelblatt mit einem rotorträger einer gasturbine mit automatischer zufuhr des schaufelblattes

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Publication number
EP2001631A1
EP2001631A1 EP07722030A EP07722030A EP2001631A1 EP 2001631 A1 EP2001631 A1 EP 2001631A1 EP 07722030 A EP07722030 A EP 07722030A EP 07722030 A EP07722030 A EP 07722030A EP 2001631 A1 EP2001631 A1 EP 2001631A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
airfoil
rotor carrier
blade
rotor
extension
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07722030A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Hanrieder
Alexander Gindorf
Reinhold Meier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2001631A1 publication Critical patent/EP2001631A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K13/00—Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/01—Welding by high-frequency current heating by induction heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
    • B23P6/005—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only replacement pieces of a particular form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D5/005—Repairing methods or devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/37—Impeller making apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a method for connecting at least one airfoil or at least part of a blade with a rotor carrier of a gas turbine, in particular an airfoil extension of the rotor carrier, wherein connecting respective connecting surfaces of the airfoil, the airfoil part, the rotor carrier or the airfoil extension of the rotor carrier means an inductive Hochfrequenzpresssch resumeens done.
  • the invention further relates to a device for connecting at least one airfoil or at least part of a blade with a rotor carrier of a gas turbine, in particular an airfoil extension of the rotor carrier, wherein connecting respective connecting surfaces of the airfoil, the airfoil part, the rotor carrier or the airfoil extension of the rotor carrier means an inductive Hochfrequenzpresssch resumeens done.
  • inductive high-frequency pressure welding does not specify the method or the device in the present case to a specific frequency range. Rather, frequencies in the low kHz range up to the high MHz range are used, so that the new term inductive pressure welding (IPS) could be introduced.
  • IPS inductive pressure welding
  • An inventive method for connecting at least one airfoil or at least a portion of a blade with a rotor carrier of a gas turbine, in particular an airfoil extension of the rotor carrier, wherein connecting respective connecting surfaces of the airfoil, the airfoil part, the rotor carrier or the blade airfoil of the rotor carrier by means of an inductive high frequency pressure welding includes automatically feeding the at least one airfoil or airfoil part from at least one airfoil and / or airfoil part reservoir and automatically positioning the rotor carrier, such that the connection surfaces to be joined are precisely positioned to each other for the joining process.
  • the turntable can be mounted on a longitudinally displaceable axis, so that not only a rotational movement, but also a longitudinal movement of the positioning device and thus of the rotor carrier is possible.
  • the airfoil or airfoil part is fed to a clamping device, wherein the connecting surface of the airfoil or airfoil part is moved and pressed against the connecting surface of the rotor carrier or the airfoil extension of the rotor carrier by means of the clamping device.
  • the clamping device ensured that the blade leaf or the blade leaf part is moved in the correct position to the rotor carrier.
  • the necessary compression force is applied to the airfoil or the blade part by the jig, without the latter being exposed to excessive compressive stress.
  • a position and position control of the airfoil or airfoil portion and / or the rotor carrier or airfoil extension of the rotor carrier is performed before and during a method of the blade or airfoil against the rotor carrier or the airfoil extension of the rotor carrier.
  • a position and position control of the airfoil or airfoil portion and / or the rotor carrier or airfoil extension of the rotor carrier is performed before and during a method of the blade or airfoil against the rotor carrier or the airfoil extension of the rotor carrier.
  • the airfoil or airfoil part is at least partially surrounded by a holding device.
  • the airfoil or airfoil part can be poured into the holding device or be overmolded with this.
  • the holding device is also a congruent positioning of the airfoil or airfoil part and rotor carrier or airfoil extension of the rotor carrier guaranteed.
  • a rigid and rigid guidance of the blade results in the movement and pressing operation of the connection.
  • the position niergenautechnik with blades with at least partially three-dimensionally shaped open spaces Due to the positioning accuracy, in particular the reworking effort in the welding area is reduced.
  • the holding device can consist of a dissolving material, in particular polystyrene. By using such a material, the production rate is further increased since no additional operation is required to remove the fixture.
  • the resolution of the holding device can be done, for example, by a corresponding temperature addition, depending on the choice of material.
  • an inductor is mounted in or on the holding device. This ensures a precise and aligned position of the inductor relative to the connecting surfaces of the elements to be connected. Additional work steps, which involve the positioning of the inductor, are not necessary, so that in addition to increasing the quality of the joint, this also contributes to a further increase in production rates.
  • a base-like element for holding and guiding the airfoil or airfoil part during and after the process of inductive high frequency pressure welding is formed on the end of the airfoil or airfoil part opposite the connection surface. Due to the configuration of such a socket-like element all machining operations on the blade can be advantageously supported. For example, the socket-like element serves to retain the airfoil during the milling of the melt overhangs after the connection of the airfoil to the airfoil extension of the rotor carrier.
  • the positioning device may be a turntable for receiving the rotor carrier, wherein the turntable is rotatable by a defined Winkellection.
  • the angular dimension depends on the number of airfoil approaches on the rotor arm.
  • the turntable can be mounted on a longitudinally displaceable axis, so that in addition to a rotation of the rotor carrier and a longitudinal displacement is possible.
  • the device has at least one clamping device, wherein the blade or the blade leaf part of the chuck is supplied and by means of the clamping device, the connecting surface of the blade or airfoil member against the connecting surface of the rotor carrier or the blade plate approach of the rotor carrier is movable and can be pressed.
  • the clamping device By means of the clamping device, the required compression force is advantageously applied to the airfoil or airfoil part, without resulting in excessive stress on these parts.
  • the device has at least one position and position control device for position and position control of the blade or airfoil part and / or the rotor carrier or the airfoil extension of the rotor carrier before and during a process of the airfoil or airfoil against the rotor carrier or the Shovel blade shoulder of the rotor carrier.
  • This ensures an exact connection of the blade or the blade leaf part with the rotor carrier or the blade leaf approach.
  • position and position control device can be an optical measuring device.
  • the integrated position measurement of the components involved in conjunction with a control of corresponding drive devices allows the exact positioning of the joining partners for near-net shape joining of the blades on the rotor carrier.
  • a gearless linear motor and an absolute rotary encoder can be used.
  • the airfoil or airfoil part is at least partially surrounded by a holding device.
  • the airfoil or airfoil part can be cast into the holding device or be encapsulated with this.
  • Such a holding device ensures accurate and congruent positioning of the airfoil or airfoil part with the corresponding airfoil extension of the rotor carrier.
  • the holding device consists of a dissolvable material, in particular polystyrene.
  • a dissolvable material in particular polystyrene.
  • an inductor is mounted in or on the holding device. This results in an accurate and aligned position of the inductor to the welding area, d. H. in particular to the connecting surfaces of the components of the gas turbine to be welded together.
  • a base-like element for holding and guiding the airfoil or airfoil part during and after the process of inductive Hochfrequenzpresssch experiences ens formed at the opposite end of the connecting surface of the airfoil or airfoil.
  • a component according to the invention is produced according to a method described above. These components are BLEDs (Bladed Ring) or BLISKs (Bladed Disc) of gas turbine engines.
  • Figure 1 is a schematic representation of a device according to the invention according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of an inventive device according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device 10 for connecting at least one airfoil 12 to a rotor support 14 of a gas turbine, namely an airfoil extension 16 of the rotor carrier 14, the connection of corresponding connection surfaces 20, 22 of the airfoil 12 and the airfoil extension 16 by means of inductive high frequency pressure welding he follows.
  • the device 10 consists of a generator 28 for generating the necessary welding energy and an inductor 26. By energizing the inductor 26 with high-frequency current connecting surfaces 20, 22 of the blade 12 and the blade plate approach 16 are heated. The heating takes place at least close to the melting point of the materials from which the blade 12 and the blade airfoil 16 are made.
  • the airfoil extension 16 is formed on the circumference of a disc.
  • the disc represents a so-called BLISK rotor.
  • a clamping device 18 prints the airfoil 12 in the direction of arrow B against the airfoil extension 16.
  • the method of the airfoil 12 to the blade airfoil 16 takes place at sufficiently large heating of the connecting surfaces 20, 22. This is given when the connecting surfaces 20, 22 are almost melted and reach a doughy state.
  • Rotor carriage 14 is mounted on a turntable (not shown) in the illustrated exemplary embodiment.
  • the turntable and thus the rotor carrier 14 can be rotated in the direction of arrow A by a defined angle. This results in an exact positioning of the airfoil extension 16 to the airfoil 12 or an exact positioning of the respective connecting surfaces 20, 22 to each other.
  • the vertical arrangement of the blade 12 in the device 10 the accessibility of the weld with back-arranged induction coil for small and large cross-sections is given, usually the welding area is in a protective gas atmosphere, which is either locally generated or may include the entire welding area.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a device 10 for connecting an airfoil 12 to an airfoil extension 16 of the rotor carrier 14.
  • the display leaf 12 is surrounded by a holding device 24.
  • the airfoil 12 can be poured into the holding device 24 or be overmolded with this.
  • the holding device 24 is made of polystyrene.
  • an inductor 26 is fixed to the holding device 24. This results in an exact positioning of the inductor in the region of the connecting surfaces 20, 22 when connecting the blade 12 with the blade airfoil 16.
  • a socket-like element 30 for holding and guiding the blade 12 during and after the process of inductive high-frequency compression welding.
  • the devices 10 according to the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 1 and 2 additionally each comprise a feed device for the automatic supply of the airfoils 12 from an airfoil reservoir.
  • the blade 12, the blade parts or the rotor carrier 14 may consist of different or similar metallic materials. But it is also possible that the said components consist of similar metallic materials and are produced by different manufacturing processes. This applies, for example, to forged components, components produced by casting, components consisting of single crystals and directionally solidified components.
  • the exemplary embodiment makes it clear that the method according to the invention as well as the device 10 are suitable both for the manufacture and the repair of components of a gas turbine.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zum Verbinden von mindestens einem Schaufelblatt (12) oder von mindestens einem Teil eines Schaufelblatts (12) mit einem Rotorträger (14) einer Gasturbine, insbesondere einem Schaufelblattansatz (16) des Rotorträgers (14), wobei das Verbinden entsprechender Verbindungs flächen (20, 22) des Schaufelblatts (12), des Schaufelblattteils, des Rotorträgers (14) oder des Schaufelblattansatzes (16) des Rotorträgers (14) mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt. Dabei erfolgt die Zufuhr des mindestens einen Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils automatisch aus mindestens einem Schaufelblatt- und/oder Schaufelblattteil-Reservoir und zudem erfolgt eine automatische Positionierung des Rotorträgers (14), derart, dass die zu verbindenden Verbindungs flächen (20, 22) für den Verbindungsvorgang exakt zueinander positioniert werden.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM VERBINDEN MITTELS EINES INDUKTIVEN HOCHFREQUENZPRESSSCHWEISSENS VON EINEM SCHAUFELBLATT MIT EINEM ROTORTRÄGER EINER GASTURBINE MIT AUTOMATISCHER ZUFUHR DES SCHAUFELBLATTES
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von mindestens einem Schaufelblatt oder von mindestens einem Teil eines Schaufelblatts mit einem Rotorträger einer Gasturbine, insbesondere einem Schaufelblattansatz des Rotorträgers, wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen des Schaufelblatts, des Schaufelblattteils, des Rotorträgers oder des Schaufelblattansatzes des Rotorträgers mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Verbinden von mindestens einem Schaufelblatt oder von mindestens einem Teil eines Schaufelblatts mit einem Rotorträger einer Gasturbine, insbesondere einem Schaufelblattansatz des Rotorträgers, wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen des Schaufelblatts, des Schaufelblattteils, des Rotorträgers oder des Schaufelblattansatzes des Rotorträgers mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Verbinden von metallischen Bauelementen mittels induktivem Hochfrequenzpressschweißens bekannt. So beschreibt zum Beispiel die DE 198 58 702 Al ein Verfahren zum Verbinden von Schaufelteilen einer Gasturbine, wobei ein Schaufelblattabschnitt und wenigstens ein weiteres Schaufelteil bereitgestellt werden. Dabei werden entsprechende Verbindungsflächen dieser Elemente im Wesentlichen fluchtend beabstandet zueinander positioniert und anschließend durch Erregen eines Induktors mit hochfrequentem Strom und durch Zusammenfahren unter Berührung ihrer Verbindungsflächen miteinander verschweißt. Dabei wird der Induktor mit einer konstanten Frequenz, die im Allgemeinen über 0,75 MHz liegt, erregt. Die Frequenz wird zudem in Abhängigkeit von der Geometrie der Verbindungsflächen gewählt. Bei dem induktiven Hochfrequenzpressschweißen ist die gleichzeitige und homogene Erwärmung der beiden Schweißpartner für die Qualität der Fügestelle von entscheidender Bedeutung. Nachteilig an den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist jedoch, dass damit eine Massenfertigung mit entsprechend hohen Produktionsraten nicht möglich ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verbinden von mindestens einem Schaufelblatt oder von mindestens einem Teil eines Schaufelblatts mit einem Rotorträger einer Gasturbine bereitzustellen, bei dem einerseits eine sichere und dauerhafte Ver- bindung von Gasturbinenelementen und andererseits hohe Produktionsraten gewährleistet sind.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, die einerseits eine sichere und dauerhafte Verbindung von Gasturbinenelementen und andererseits hohe Produktionsraten gewährleistet.
Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12.
Zur Klarstellung sei hier ausdrücklich erwähnt, dass die Bezeichnung induktives Hochfrequenzpressschweißen das Verfahren bzw. die Vorrichtung im vorliegenden Fall nicht auf einen bestimmten Frequenzbereich festlegt. Vielmehr finden Frequenzen im niederen kHz-Bereich bis hin zum hohen MHz- Bereich Anwendung, so dass auch die neue Bezeichnung induktives Pressschweißen (IPS) eingeführt werden könnte.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbinden von mindestens einem Schaufelblatt oder von mindestens einem Teil eines Schaufelblatts mit einem Rotorträger einer Gasturbine, insbesondere einem Schaufelblattansatz des Rotorträgers, wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen des Schaufelblatts, des Schaufelblattteils, des Rotorträgers oder des Schaufelblattansatzes des Rotorträgers mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt, umfasst die automatische Zufuhr des mindestens einen Schaufelblatts oder Schaufelblattteils aus mindestens einem Schaufelblatt- und/oder Schaufelblattteil-Reservoir und eine automatische Positionierung des Rotorträgers, derart, dass die zu verbindenden Verbindungsflächen für den Verbindungsvorgang exakt zueinander positioniert werden. Durch die Bereitstellung von Schaufelblättern oder Schaufelblattteilen in einem entsprechenden Reservoir, zum Beispiel einer Magazinvorrichtung, sind hohe Produktionsraten gewährleistet. Zudem stellt die Verwendung des induktiven Hochfrequenzpressschweißens eine sichere und dauerhafte Verbindung zwischen dem Schaufelblatt oder dem Schaufelblattteil mit dem Rotorträger bzw. dem Schaufelblattansatz des Rotorträgers sicher. Die hohen Produktionsraten werden auch durch die automatische Positionierung des Rotorträgers gewährleistet, da die automatische Positionierung sich positiv auf die Qualität des resultierenden Werkstücks auswirkt. Nur in Ausnahmefällen kann es zur Herstellung fehlerhafter Produkte kommen. Dabei kann zur automatischen Positionierung des Rotorträgers ein Drehtisch zur Aufnahme des Rotorträgers vorgesehen sein, wobei der Drehtisch um ein definiertes Winkelmaß gedreht wird. Das Winkelmaß richtet sich dabei nach der Anzahl der aufzubringenden Schaufelblätter bzw. der entsprechenden Anzahl der am Rotorträger ausgebildeten Schaufelblattansätze. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Drehtisch auf einer längs verschiebbaren Achse gelagert sein, so dass nicht nur eine Drehbewegung, sondern auch eine Längsbewegung der Positioniervorrichtung und damit des Rotorträgers möglich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Schaufelblatt oder Schaufelblattteil einer Einspannvorrichtung zugeführt, wobei mittels der Einspannvorrichtung die Verbindungsfläche des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils gegen die Verbindungsfläche des Rotorträgers oder des Schaufelblattansatzes des Rotorträgers verfahren und gedrückt wird. Durch die Einspannvorrichtung ist einerseits gewährleistet, dass das Schaufelblatt oder das Schaufelblattteil lagerichtig an den Rotorträger verfahren wird. Zudem wird durch die Einspannvorrichtung die notwendige Stauchkraft auf das Schaufelblatt oder das Schaufelblattteil aufgebracht, ohne dass Letztere einer übermäßigen Druckbeanspruchung ausgesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor und während eines Verfahrens des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils gegen den Rotorträger oder den Schaufelblattansatz des Rotorträgers eine Positions- und Lagekontrolle des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils und/oder des Rotorträgers oder Schaufelblattansatzes des Rotorträgers durchgeführt. Dadurch ergibt sich ein exaktes Positionieren der Fügepartner zum endkonturnahen Fügen der Schaufel auf den Rotorträger. Die Positions- und Lagekontrolle kann dabei mittels einer optischen Messvorrichtung durchgeführt werden. Zudem ist es möglich, dass Positions- und Lagekontrollen durchgeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Schaufelblatt oder Schaufelblattteil zumindest teilweise von einer Haltevorrichtung umgeben. Dabei kann das Schaufelblatt oder Schaufelblattteil in die Haltevorrichtung eingegossen oder mit dieser umspritzt sein. Durch die Haltevorrichtung ist ebenfalls eine deckungsgleiche Positionierung von Schaufelblatt oder Schaufelblattteil und Rotorträger bzw. Schaufelblattansatz des Rotorträgers gewährleistet. Zudem ergibt sich eine starre und steife Führung des Schaufelblatts beim Bewegungsund Pressvorgang des Verbindens. Insbesondere ergibt sich die Positio- niergenauigkeit bei Schaufelblättern mit zumindest teilweise dreidimensional geformten Freiflächen. Durch die Positioniergenauigkeit wird insbesondere der Nachbearbeitungsaufwand im Schweißbereich reduziert. Die Haltevorrichtung kann dabei aus einem auflösenden Material, insbesondere Polystyrol, bestehen. Durch die Verwendung eines derartigen Materials wird die Produktionsrate weiter erhöht, da kein zusätzlicher Arbeitsschritt zur Entfernung der Haltevorrichtung notwendig ist. Die Auflösung der Haltevorrichtung kann je nach Materialwahl zum Beispiel durch eine entsprechende Temperaturzugabe erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Induktor in oder an der Haltevorrichtung befestigt. Dadurch ist eine genaue und ausgerichtete Position des Induktors relativ zu den Verbindungsflächen der zu verbindenden Elemente gewährleistet. Zusätzliche Arbeitsschritte, die die Positionierung des Induktors beinhalten, sind nicht notwendig, so dass dies neben der Erhöhung der Qualität der Fügestelle auch zu einer weiteren Erhöhung der Produktionsraten beiträgt.
In einer weitex~en vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an dem der Verbindungsfläche gegenüberliegenden Ende des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils ein sockelartiges Element zum Halten und zur Führung des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils während und nach dem Vorgang des induktiven Hochfrequenzpressschweißens ausgebildet. Durch die Ausgestaltung eines derartigen sockelartigen Elements können alle Bearbeitungsvorgänge am Schaufelblatt vorteilhafterweise unterstützt werden. So dient das sockelartige Element zum Beispiel zum Festhalten des Schaufelblatts während dem Fräsen der Schmelzüberhänge nach der Verbindung des Schaufelblatts mit dem Schaufelblattansatz des Rotorträgers .
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von mindestens einem Schaufelblatt oder von mindestens einem Teil eines Schaufelblatts mit einem Rotorträger einer Gasturbine, insbesondere einem Schaufelblattansatz des Rotorträgers, wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen des Schaufelblatts, des Schaufelblattteils, des Rotorträgers oder des Schaufelblattansatzes des Rotorträgers mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt, weist mindestens eine Zuführvorrichtung zur automatischen Zufuhr des mindestens einen Schaufelblatts oder Schaufelblattteils aus mindestens einem Schaufelblatt- und/oder Schaufelblattteil-Reservoir und eine Positioniervorrichtung zur automatischen Positionierung des Rotorträgers auf, wobei mittels der Positioniervorrichtung die zu verbindenden Verbindungsflächen für den Verbindungsvorgang exakt zueinander positioniert sind. Durch die Bereitstellung von Schaufelblättern oder Teilen von Schaufelblättern in einem entsprechenden Reservoir und die Zuführvorrichtung wird ein automatisierter Produktionsablauf gewährleistet. Durch die exakte Positionierung des Rotorträgers relativ zu dem Schaufelblatt bzw. dem Teil des Schaufelblatts ergeben sich zudem hohe Produktionsraten, da dadurch auch dieser Vorgang insgesamt automatisiert ablaufen kann. Dabei kann die Positioniervorrichtung ein Drehtisch zur Aufnahme des Rotorträgers sein, wobei der Drehtisch um ein definiertes Winkelmaß drehbar ist. Das Winkelmaß richtet sich dabei nach der Anzahl der Schaufelblattansätze auf dem Rotorträger. Zudem kann der Drehtisch auf einer längs verschiebbaren Achse gelagert sein, so dass neben einer Drehung des Rotorträgers auch eine Längsverschiebung möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung mindestens eine Einspannvorrichtung auf, wobei das Schaufelblatt oder das Schaufelblattteil der Einspannvorrichtung zugeführt wird und mittels der Einspannvorrichtung die Verbindungsfläche des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils gegen die Verbindungsfläche des Rotorträgers oder des Schaufelblattansatzes des Rotorträgers verfahrbar und drückbar ist. Durch die Einspannvorrichtung wird vorteilhafterweise die benötigte Stauchkraft auf das Schaufelblatt oder Schaufelblattteil aufgebracht, ohne dass es zu einer übermäßigen Beanspruchung dieser Teile kommt .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung mindestens eine Positions- und Lagekontrolleinrichtung zur Positions- und Lagekontrolle des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils und/oder des Rotorträgers oder des Schaufelblattansatzes des Rotorträgers vor und während eines Verfahrens des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils gegen den Rotorträger oder den Schaufelblattansatz des Rotorträgers auf. Damit ist ein exaktes Verbinden des Schaufelblatts oder des Schaufelblattteils mit dem Rotorträger oder dem Schaufelblattansatz gewährleistet. Zudem ist es möglich, dass Positions- und Lagekontrollen durchgeführt werden. Die Positions- und Lagekontrolleinrichtung kann dabei eine optische Messvorrichtung sein. Die integrierte Positionsmessung der beteiligten Bauelemente in Verbindung mit einer Steuerung entsprechender Antriebsvorrichtungen erlaubt das exakte Positionieren der Fügepartner zum endkonturnahen Fügen der Schaufeln auf den Rotorträger. Hierbei können zum Beispiel ein getriebefreier Linearmotor und ein Absolutwertdrehgeber verwendet werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Schaufelblatt oder Schaufelblattteil zumindest teilweise von einer Haltevorrichtung umgeben. Das Schaufelblatt oder Schaufelblattteil kann dabei in die Haltevorrichtung eingegossen oder mit dieser umspritzt sein. Eine derartige Haltevorrichtung gewährleistet eine genaue und deckungsgleiche Positionierung von Schaufelblatt oder Schaufelblattteil mit dem entsprechenden Schaufelblattansatz des Rotorträgers. Zudem ist eine starre und steife Führung des Schaufelblatts beim Bewegungs- und Pressvorgang des Verbindens gewährleistet. Gemäß einer Ausführungsform besteht die Haltevorrichtung dabei aus einem auflösbaren Material, insbesondere Polystyrol. Die Verwendung eines derartigen Materials gewährleistet vorteilhafterweise, dass kein zusätzlicher Bearbeitungsschritt zum Entfernen der Haltevorrichtung von dem Schaufelblatt oder Schaufelblattteil notwendig ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Induktor in oder an der Haltevorrichtung befestigt. Dadurch ergibt sich eine genaue und ausgerichtete Position des Induktors zum Schweißbereich, d. h. insbesondere zu den Verbindungsflächen der miteinander zu verschweißenden Bauelemente der Gasturbine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an dem der Verbindungsfläche gegenüberliegenden Ende des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils ein sockelartiges Element zum Halten und zur Führung des Schaufelblatts oder Schaufelblattteils während und nach dem Vorgang des induktiven Hochfrequenzpressschweißens ausgebildet. Durch eine derartige Ausgestaltung eines sockelartigen Elements können alle Bearbeitungsvorgänge am Schaufelblatt unterstützt werden. Insbesondere dient dieser Sockel zum Festhalten während dem Fräsen der Schmelzüberhänge nach dem entsprechenden Verbinden der genannten Bauelemente.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil wird nach einem im Vorhergehenden beschriebenen Verfahren hergestellt. Bei diesen Bauteilen handelt es sich um so genannte BLINGs („Bladed Ring") oder BLISKs („Bladed Disc") von Gasturbinentriebwerken .
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele. Dabei zeigt.
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; und Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemaßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform.
Figur 1 zeigt eine erste Ausfuhrungsform einer Vorrichtung 10 zum Verbinden von mindestens einem Schaufelblatt 12 mit einem Rotortrager 14 einer Gasturbine, nämlich einem Schaufelblattansatz 16 des Rotortragers 14, wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflachen 20, 22 des Schaufelblatts 12 und des Schaufelblattansatzes 16 mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt. Die Vorrichtung 10 besteht dabei aus einem Generator 28 zur Erzeugung der notwendigen Schweißenergie und einem Induktor 26. Durch Erregen des Induktors 26 mit hochfrequentem Strom werden Verbindungsflachen 20, 22 der Schaufel 12 und des Schaufelblattansatzes 16 erwärmt. Die Erwärmung erfolgt dabei bis mindestens nahe dem Schmelzpunkt der Materialien, aus denen die Schaufel 12 und der Schaufelblattansatz 16 hergestellt sind. In dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist der Schaufelblattansatz 16 am Umfang einer Scheibe ausgebildet ist. Die Scheibe stellt dabei einen so genannten BLISK-Rotor dar.
Des Weiteren erkennt man, dass eine Einspannvorrichtung 18 das Schaufelblatt 12 in Pfeilrichtung B gegen den Schaufelblattansatz 16 druckt. Das Verfahren des Schaufelblatts 12 an den Schaufelblattansatz 16 erfolgt dabei bei genügend großer Erwärmung der Verbindungsflachen 20, 22. Diese ist dann gegeben, wenn die Verbindungsflachen 20, 22 nahezu aufgeschmolzen sind und einen teigigen Zustand erreichen.
Der Rotortrager 14 ist m dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel auf einem Drehtisch (nicht dargestellt) gelagert. Der Drehtisch und damit der Rotortrager 14 kann in Pfeilrichtung A um ein definiertes Winkelmaß gedreht werden. Dadurch ergibt sich eine exakte Positionierung des Schaufelblattansatzes 16 zum Schaufelblatt 12 bzw. eine exakte Positionierung der entsprechenden Verbindungsflachen 20, 22 zueinander. Zudem wird durch die senkrechte Anordnung des Schaufelblatts 12 in der Vorrichtung 10 die Zu- ganglichkeit der Schweißstelle mit rückseitig angeordneter Induktionsspule für kleine und große Querschnitte gegeben, üblicherweise liegt der Schweißbereich in einer Schutzgasatmosphare, die entweder lokal erzeugt wird oder den gesamten Schweißbereich umfassen kann.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausfuhrungsform einer Vorrichtung 10 zum Verbinden eines Schaufelblatts 12 mit einem Schaufelblattansatz 16 des Rotortragers 14. Man erkennt in diesem Ausfuhrungsbeispiel, dass das Schau- felblatt 12 von einer Haltevorrichtung 24 umgeben ist. Das Schaufelblatt 12 kann dabei in die Haltevorrichtung 24 eingegossen oder mit dieser umspritzt sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Haltevorrichtung 24 aus Polystyrol. Des Weiteren erkennt man, dass ein Induktor 26 an der Haltevorrichtung 24 befestigt ist. Damit ergibt sich eine exakte Positionierung des Induktors im Bereich der Verbindungsflächen 20, 22 beim Verbinden der Schaufel 12 mit dem Schaufelblattansatz 16.
Des Weiteren erkennt man, dass an dem der Verbindungsfläche 20 gegenüberliegenden Ende des Schaufelblatts 12 ein sockelartiges Element 30 zum Halten und zur Führung des Schaufelblatts 12 während und nach dem Vorgang des induktiven Hochfrequenzpressschweißens ausgebildet ist.
Die Vorrichtungen 10 gemäß den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen umfassen zudem jeweils eine Zuführvorrichtung zur automatischen Zufuhr der Schaufelblätter 12 aus einem Schaufelblatt- Reservoir.
Das Schaufelblatt 12, die Schaufelblattteile oder der Rotorträger 14 können dabei aus unterschiedlichen oder ähnlichen metallischen Werkstoffen bestehen. Es ist aber auch möglich, dass die genannten Bauelemente aus ähnlichen metallischen Werkstoffen bestehen und durch unterschiedliche Herstellungsverfahren hergestellt sind. Dies betrifft zum Beispiel geschmiedete Bauelemente, durch Gussverfahren hergestellte Bauelemente, Bauelemente bestehend aus Einkristallen sowie gerichtet erstarrte Bauelemente.
Durch das Ausführungsbeispiel wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren wie auch die Vorrichtung 10 sowohl für die Herstellung wie auch die Reparatur von Bauteilen einer Gasturbine geeignet ist.
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden von mindestens einem Schaufelblatt (12) oder von mindestens einem Teil eines Schaufelblatts mit einem Rotorträger (14) einer Gasturbine, insbesondere einem Schaufelblattansatz (16) des Rotorträgers (14), wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen (20, 22) des Schaufelblatts (12), des Schaufelblattteils, des Rotorträgers (14) oder des Schaufelblattansatzes (16) des Rotorträgers (14) mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des mindestens einen Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils automatisch aus mindestens einem Schaufelblatt- und/oder Schaufelblattteil-Reservoir erfolgt und zudem eine automatische Positionierung des Rotorträgers (14) erfolgt, derart, dass die zu verbindenden Verbindungsflächen (20, 22) für den Verbindungsvorgang exakt zueinander positioniert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur automatischen Positionierung des Rotorträgers (14) ein Drehtisch zur Aufnahme des Rotorträgers (14) vorgesehen ist und der Drehtisch um ein definiertes Winkelmaß gedreht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehtisch auf einer längs verschiebbaren Achse gelagert ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (12) oder Schaufelblattteil einer Einspannvorrichtung (18) zugeführt wird, wobei mittels der Einspannvorrichtung (18) die Verbindungsfläche (20) des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils gegen die Verbindungsfläche (22) des Rotorträgers (14) oder des Schaufelblattansatzes (16) des Rotorträgers (14) verfahren und gedrückt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und während eines Verfahrens des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils gegen den Rotorträger (14) oder den Schaufelblattansatz (16) des Rotorträgers (14) eine Positions- und Lagekontrolle des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils und/oder des Rotorträgers (14) oder des Schaufelblattansatzes (16) des Rotorträgers (14) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsund Lagekontrolle mittels einer optischen Messvorrichtung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (12) oder Schaufelblattteil zumindest teilweise von einer Haltevorrichtung (24) umgeben ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (12) oder Schaufelblattteil in die Haltevorrichtung (24) eingegossen oder mit dieser umspritzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (24) aus einem auflösbaren Material, insbesondere Polystyrol, besteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Induktor (26) in oder an der Haltevorrichtung (24) befestigt ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Verbindungsfläche (20) gegenüberliegenden Ende des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils ein sockelartiges Element (30) zum Halten und zur Führung des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils während und nach dem Vorgang des induktiven Hochfrequenzpressschweißens ausgebildet ist.
12. Vorrichtung zum Verbinden von mindestens einem Schaufelblatt (12) o- der von mindestens einem Teil eines Schaufelblatts mit einem Rotorträger (14) einer Gasturbine, insbesondere einem Schaufelblattansatz (16) des Rotorträgers (14), wobei das Verbinden entsprechender Verbindungsflächen
(20, 22) des Schaufelblatts (12), des Schaufelblattteils, des Rotorträgers (14) oder des Schaufelblattansatzes (16) des Rotorträgers (14) mittels eines induktiven Hochfrequenzpressschweißens erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mindestens eine Zuführvorrichtung zur automatischen Zufuhr des mindestens einen Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils aus mindestens einem Schaufelblatt- und/oder Schaufelblattteil-Reservoir und eine Positioniervorrichtung zur automatischen Positionierung des Rotorträgers (14) aufweist, wobei mittels der Positioniervorrichtung die zu verbindenden Verbindungsflächen (20, 22) für den Verbindungsvorgang exakt zueinander positioniert sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung ein Drehtisch zur Aufnahme des Rotorträgers (14) ist und um ein definiertes Winkelmaß drehbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehtisch auf einer längs verschiebbaren Achse gelagert ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mindestens eine Einspannvorrichtung (18) aufweist, wobei das Schaufelblatt (12) oder das Schaufelblattteil der Einspannvorrichtung (18) zugeführt wird und mittels der Einspannvorrichtung (18) die Verbindungsfläche (20) des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils gegen die Verbindungsfläche (22) des Rotorträgers (14) oder des Schaufelblattansatzes (16) des Rotorträgers (14) verfahrbar und drückbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mindestens eine Positions- und Lagekontrolleinrichtung zur Positions- und Lagekontrolle des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils und/oder des Rotorträgers (14) oder des Schaufelblattansatzes (16) des Rotorträgers (14) vor und während eines Verfahrens des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils gegen den Rotorträger (14) oder den Schaufelblattansatz (16) des Rotorträgers (14) aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Positions- und Lagekontrolleinrichtung eine optischen Messvorrichtung ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (12) oder Schaufelblattteil zumindest teilweise von einer Haltevorrichtung (24) umgeben ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (12) oder Schaufelblattteil in die Haltevorrichtung (24) eingegossen oder mit dieser umspritzt ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (24) aus einem auflösbaren Material, insbesondere Polystyrol, besteht.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Induktor (26) in oder an der Haltevorrichtung (24) befestigt ist.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Verbindungsfläche (20) gegenüberliegenden Ende des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils ein sockelartiges Element (30) zum Halten und zur Führung des Schaufelblatts (12) oder Schaufelblattteils während und nach dem Vorgang des induktiven Hochfrequenzpressschweißens ausgebildet ist.
23. Bauteil hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein BLING oder BLISK ist.
EP07722030A 2006-03-20 2007-03-14 Verfahren und vorrichtung zum verbinden mittels eines induktiven hochfrequenzpressschweissens von einem schaufelblatt mit einem rotorträger einer gasturbine mit automatischer zufuhr des schaufelblattes Withdrawn EP2001631A1 (de)

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