Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Bauteils

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Bauteils, insbesondere von Strömungsmaschinen. Dabei wird ein erwärmter Rohling bereitgestellt. Dann wird der Rohling zu einem flachen Rohteil (2) umgeformt. Anschließend wird das flache Rohteil (2) zu einer zylindrischen Halbschale (40) gebogen und/oder gerollt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Rohteile für zylinderförmige Gehäuse, wie z. B. Tuebwerksgehäuse, werden typischerweise ringgewalzt. Dabei wird der erwärmte torus-förmige Rohling zwischen einer innerhalb des Rohlings angeordneten zylindrischen Dornwalze und einer außerhalb des Rohlings angeordneten zylindrischen Hauptwalze gewalzt, wobei die Achsen der Dornwalze und der Hauptwalze parallel zur Achse des zu formenden Werkstücks ist. Gleichzeitig sind auf der zum Rohling diametral gegenüberliegenden Seite oberhalb und unterhalb des Rohlings zwei konisch-förmige Axialwalzen angeordnet. Die Dornwalze und die Hauptwalze bestimmen die radiale Dicke des Rohteils (auch als Wandstärke des Rohteils bezeichnet) und die beiden Axialwalzen bestimmen die axiale Länge des Rohteils. Aus Festigkeitsgründen weist das Gehäuse Rippen auf, so dass die Wandstärke des Rohteils mindestens so groß sein muss, wie die Rippenhöhe. Insbesondere weisen zylinderförmige Gehäuse typischerweise keine einheitliche Dicke auf. In die zylinderförmige Außenwandung des Rohteils werden nach dem Ringwalzen durch spanende Bearbeitung, wie z.B. Fräsen, die Rippen herausgearbeitet. Dabei ist insbesondere nachteilig, da ein sehr großes Spanvolumen erzeugt wird. Ferner muss bei längsgeteilten Gehäusen der Ring zu einer Halbschale aufgeschnitten werden, so dass ein weiterer Arbeitsschritt anfällt, um das Endprodukt herstellen zu können.

[0003] Ferner müssen insbesondere Gehäuse von Strömungsmaschinen das sogenannte Durchschlagskriterium (containment) erfüllen. Dies bedeutet, dass im Gehäuse befindliche rotierende Bauteile bei einem Defekt, z.B. Bruch einer Laufschaufel, nicht durch das Gehäuse dringen dürfen. Werden die Gehäuse gegossen, so dass das Durchschlagskriteuum nur durch eine entsprechend große Masse erreicht werden kann. Dies hat den Nachteil, dass die Gehäuse schwerer sind als spanend hergestellte Gehäuse.

[0004] Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren vorzustellen, das bei der Herstellung von zylinderförmigen Bauteilen weniger Spanvolumen entstehen und das in der Herstellung wirtschaftlicher ist.

[0005] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Bauteils, insbesondere von Strömungsmaschinen. Zuerst wird ein erwärmter Rohling bereitgestellt. Dann wird der Rohling zu einem flachen Rohteil druckumgeformt. Anschließend wird das flache Rohteil zu einer zylindrischen Halbschale gebogen und/oder gerollt. Dabei kann der Rohling über die Rekristallisationstemperatur des Rohlingmaterials erwärmt werden. Dies hat den Vorteil, dass gegenüber dem Ringwalzen das Aufschneiden zu einer Halbschale wegfällt.

[0007] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das flache Rohteil im Wesentlichen quaderförmig. Dies hat den Vorteil, dass durch die Druckumformung wenig überstehendes Material entsteht und das flache Rohteil eine ähnliche Form aufweist, wie das spätere Endprodukt.

[0008] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das flache Rohteil an mindestens einer seiner Konturen ein Aufmaß auf. Dies hat den Vorteil, dass beim Druckumformen die fehlende Maßgenauigkeit damit ausgeglichen werden kann. Dabei kann das Aufmaß zwischen 0 und 10 mm betragen. Insbesondere kann das Aufmaß nur an den Konturen notwendig sein, die später eine Auflagefläche darstellen.

[0009] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in mindestens einer der Oberflächen des Rohteils mindestens eine Rippe und/oder ein Auge geformt. Dabei werden diese Erhebungen (Rippen, Augen bzw. Augansätze) bei der Druckumformung gleich mitgeformt. Dies hat den Vorteil, dass diese Erhebungen nicht aus dem Vollmaterial herausgearbeitet werden müssen. Im Vergleich zum Ringwalzen entsteht kein bzw. kaum Spanvolumen. Dabei können die Erhebungen in vorteilhafterweise in der Oberfläche des Rohteils ohne Aufmaß hergestellt werden, so dass die Rippen, die Augen bzw. Augansätzen nicht nachbearbeitet werden müssen.

[0010] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens eine Auflagefläche der Halbschale auf ein Endmaß bearbeitet, insbesondere gefräst. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil damit eine höhere Maßgenauigkeit erzielt werden kann, als mit der Druckumformung überhaupt möglich ist. Eine Endbearbeitung ist dann nur noch an den erforderlichen Stellen, wie z.B. die Auflageflächen, notwendig, so dass nur noch ein Mindestmaß an Spanvolumen entsteht.

[0011] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Druckumformung per Gesenkschmieden. Bei diesem Verfahren ist die Form des Schmiedestücks (Rohteil) als Negativ im Ober- und Untergesenk abgebildet. Vorzugsweise werden geschlossene Gesenke verwendet. Dies hat den Vorteil, dass sehr sparsam mit dem Rohlingsmaterial umgegangen wird, da das Volumen des Rohlings nur etwas größer ist als die fertige Halbschale.

[0012] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist ein Gehäuse zwei Halbschalen auf. Diese Halbschalen weisen nach der Druckumformung identische Außenkonturen auf. Dies hat den Vorteil, dass die obere Halbschale eines Gehäuses mit denselben Gesenken hergestellt werden kann, wie die untere Halbschale des Gehäuses, so dass nur ein Satz von Gesenken benötigt wird. Dies spart Werkzeugkosten. Die verschiedenen Halbschalen können unterschiedliche Augen für das Anbringen von Haltern aufweisen. Diese Unterschiede werden erst nach der Druckumformung in die entsprechende Halbschale eingearbeitet.

[0013] Weitere Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

[0014] Im Weiteren werden anhand der schematischen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Dabei zeigen:

• Figur 1: eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Rohteil, und
• Figur 2: eine Schrägansicht auf eine erfindungsgemäße Halbschale.

[0015] In der Figur 1 ist eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes im Wesentlichen quaderförmiges Rohteil 2 zu sehen. Vorzugsweise wird vorab das flache Rohteil 2 mit geschlossenem Gesenk senkgeschmiedet. Das Rohteil 2 weist eine obere Längskante 4 und eine untere Längskante 6 auf, die an deren Enden über eine in der Figur 1 links abgebildete erste Querkante 8 und über eine in der Figur 1 rechts abgebildete zweite Querkante 10 verbunden sind. Zwischen den Kanten 4 bis 10 ist die Außenfläche 12 zu sehen. Auf der Außenfläche 12 entlang der oberen Längskante 4 ist ein erster Flanschansatz 14 angeformt, der die maximale Dicke dem des Rohteils 2 aufweist. Ferner ist auf der Außenfläche 12 entlang der unteren Längskante 6 ein zweiter Flanschansatz 16 angeformt, der ebenfalls die maximale Dicke d_m des Rohteils 2 aufweisen kann. Zwischen den beiden Flanschansätzen 14 und 16 ist das Rohteil 2 etwas dünner ausgelegt und weist eine Dicke h_R auf, die kleiner ist als die maximale Dicke d_m.

[0016] An der Außenfläche 12 grenzt entlang der unteren Längskante 6 die vordere ersteAuflagefläche 13. An der Außenfläche 12 grenzt entlang der oberen Längskante 4 die hintere nicht dargestellte zweite Auflagefläche 15. An der Außenfläche 12 grenzt entlang der ersten Querkante 8 die dritte Auflagefläche 17. An der Außenfläche 12 grenzt entlang der zweiten Querkante 10 die vierte nicht dargestellte Auflagefläche 19.

[0017] Zwischen den Flanschansätzen 14 und 16 verlaufen mehrere Querrippen 18 bis 30, die hier parallel zu den Querkanten 8 und 10 verlaufen. Die Lage der Rippen wird typischerweise von den Festigkeitsanforderungen definiert. Dabei können alle Querrippen 18 bis 30 die gleiche Dicke d_R aufweisen. Zwischen den Querrippen 22 und 24 sind zwei Augansätze 32 und 34 angeformt, die in einem späteren Verfahrensschritt durchbohrt werden können. Es ist auch denkbar, dass statt Augansätzen 32 und 34 direkt Augen beim Druckumformen erzeugt werden können. Dies würde eine spätere spanende Bearbeitung ersparen (z.B. Bohren).

[0018] Die Querrippen 26 bis 30 können über eine Längsrippe 36 miteinander verbunden sein, wenn dies beispielsweise aus struktmmechanischen Gründen erforderlich ist.

[0019] Die Außenfläche 12 mit allen entsprechenden Konturen, wie Rippen und/oder Augansätzen bzw. Augen, kann vorzugsweise ohne Aufmaß beim Gesenkschmieden hergestellt werden, so dass eine spätere Bearbeitung dieser Ausfläche 12 entfällt.

[0020] Das Rohteil 2 wird dann gebogen bzw. gerollt, so dass die in der Figur 2 abgebildete im Wesentlichen zylinderförmige Halbschale 40 entsteht. Dabei werden insbesondere die Längskante 4 und 6 gebogen, so dass die erste und zweite Auflagefläche 13 und 15 einen Halbkreis beschreiben, wobei die Außenfläche 12 die Mantelfläche des Halbzylinders darstellt. Nach dem Biegen können die einzelnen Auflagefläche 13, 15, 17 und 19 zusätzlich, vorzugsweise spanend, bearbeitet werden, um die erforderliche Maßgenauigkeit zu erhalten. So ist insbesondere eine hohe Planarität der Auflageflächen 17 und 19 erforderlich, wenn zwei solcher Halbschalen zu einem Gehäuse zusammengebaut werden sollen. Damit wird dann sichergestellt, dass zwischen den zwei Halbschalen 40 an den Auflageflächen 17 und 19 die erforderliche Dichtigkeit erreicht wird. Auf der Innenfläche 42 der Halbschale 40 können verschiedene Absätze 44 vorhanden sein.

Bezugszeichenliste

[0021] 

2

Rohteil

4

obere Längskante

6

untere Längskante

8

erste Querkante

10

zweite Querkante

12

Außenfläche von 2

13

erste Auflagefläche

14

erster Flanschansatz

15

zweite Auflagefläche

16

zweiter Flanschansatz

17

dritte Auflagefläche

18

Querrippe

19

vierte Auflagefläche

20

Querrippe

22

Querrippe

24

Querrippe

26

Querrippe

28

Querrippe

30

Querrippe

32

Augansätze

34

Augansätze

36

Längsrippe

40

Halb schale

42

Innenfläche der Halbschale

44

Absätze

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Bauteils, insbesondere für Strömungsmaschinen, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen eines erwärmten Rohlings,

- Druckumformen des Rohlings zu einem flachen Rohteil (2),

durch gekennzeichnet, dass
das flache Rohteil (2) zu einer zylindrischen Halbschale (40) gebogen und/oder gerollt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flache Rohteil (2) im Wesentlichen quaderförmig ist.

3. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flache Rohteil (2) an mindestens einer seiner Konturen (13, 15, 17, 19) ein Aufmaß aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufmaß zwischen 0 und 10 mm beträgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Oberflächen (12) des Rohteils mindestens eine Rippe (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) und/oder ein Auge (32, 34) geformt ist.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Auflagefläche (13, 15) der Halbschale (40) auf ein Endmaß bearbeitet, insbesondere gefräst, wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckumformung per Gesenkschmieden erfolgt.

8. Gehäuse mit mindestens zwei Halbschalen nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden Halbschalen (40) nach der Druckumformung identische Außenkonturen aufweisen.

9. Strömungsmaschine mit mindestens einem Gehäuse nach Anspruch 8 und/oder mit mindestens einer Halbschale (40) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.

Zeichnung