Maschinenbauteil aus keramischen Werkstoffen. Keramische Werkstoffe werden im -Ma schinenbau vornehmlich dort verwendet, wo neben mechanischen Beanspruchungen noch hohe Temperaturen auftreten, die mit metalli schen Werkstoffen kaum noch beherrscht wer den können. Man ist hierbei bestrebt, die ge genüber der Raumtemperatur nur -anwesent- lieh veränderte Festigkeit der keramischen Werkstoff e bei den hohen Temperaturen prak tisch auszuwerten.
Dabei zwingt jedoch bei ge wissen Aufgabenstellungen, beispielsweise bei Turbinenschaufeln, die verhältnismässig nied rige Eigenfestigkeit der keramiselien Werk stoffe zur Ausschöpfung aller gestaltsfestig- keits-technischen Möglichkeiten.
Die beson deren Eigenschaften aller keramischen Werk stoffe, so insbesondere die Sprödigkeit und die Empfindlichkeit dieser Werkstoffe gegenüber Gestaltungsfragen, stellen den Konstrukteur vor die Aufgabe, diese Einflüsse auf die Bau- teilfestigkeit möglichst -umfassend zu berück- siehtigen. Die Hauptseh::wierigkeit besteht darin, dass jede kleine, beim Entwurf nicht erkannte oder unberücksichtige Spannungs spitze in der Regel die vollständige Zerstö rung des keramiselien Bauteils verursacht, wenn diese Spitze die Eigenfestigkeit des Werkstoffes -überschreitet.
Es ist insbesondere bekannt, dass durch die Bearbeitung einzelner Flächen des ke-ra- mischen Bauteils, beispielsweise durch Sehlei- fen, der vom Brennprozess herrührende und jedem keramischen Werkstoff eigentümliche Eigenspannungszustand gestört und dadurch die Bauteilfestigkeit erheblich herabgesetzt wird.
Die am meisten bruchgefährdeten Stel len eines angeschliffenen Werkstückes sind die Übergangsstellen zwischen der geschlif fenen Fläche und der unverletzten #Brenn- haut des Scherbens.
Im allgemeinen lässt es sich jedoch nicht vermeiden, dass aus keramischen Werkstoffen bestehende Masehinenbauteile' zwecks Befesti- g-umg mit bearbeiteten Oberflächen, den soge- nannten Sitzflächen, versehen werden, uni ein sattes Anliegen der zur Befestigung dienen den Teile an diesen Flächen zu erreichen, und dadurch die auftretenden Druckkräfte über die gesamte tragende Oberfläche gleichmässig zu verteilen.
Bei den bekannten Anordnun gen sind keinerlei besondere Massnahmen.für den Übergang zwischen bearbeiteten und un bearbeiteten Oberflächen getroffen, sondern die bearbeiteten Oberflächen schliessen sieh unmittelbar an die unbearbeiteten an.
Erfindungsgemäss sind dagegen die bear beiteten Oberflächen gegenüber den unbear beiteten Oberflächen erhöht auf einem Ansatz angeordnet, und die seitlichen Begrenzungs flächen dieses Ansatzes schliessen einerseits mit den bearbeiteten Oberflächen einen Wind kel von<B>900</B> ein und gehen anderseits taugen- tial in jeweils eine Hohlkehle mit Kreisbogen- kontur über, deren R-LLndl--Lugsradius höchstens gleich der Höhe des Ansatzes ist.
Durch die Anordnung gemäss der Erfindung wird der festigkeitsvermindernde Einfluss gesehliffener Flächen sehr stark herabgesetzt. Am Übergang von den belasteten zu den unbelasteten Ober flächen können keine örtlich hohen Scher kräfte, denen gegenüber der keramische Werk stoff sehr empfindlich ist, mehr auftreten. Durch die Anordnung der druckbelasteten, be arbeiteten Oberfläche auf einem Ansatz er gibt sich, dass unbelastete Scherbenpartien in unmittelbarer Nähe der Kraftangriffsfläche nicht mehr vorhanden sind. Im allgemeinen können die Hohlkehlenflächen unbearbeitet sein.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbei spiele von erfindungsgemäss gestalteten kera mischen 31aschinenbauteilen dargestellt.
Fig. <B>1</B> zeigt eine keramische Turbinen schaufel, die in der Ringn-tit eines Läufers befestigt ist. Fig. 2 zeigt den Anschlussflansch einer keramischen Rohrleitung, der mit einer Schraubverbindung gehalten wird.
Die in Fig. <B>1</B> gezeigte 'Turbinensehaufel, die aus dem Scha-Ldelblatt <B>1</B> und dem Schau felfuss 2 besteht, ist in die Nut<B>3</B> des im Teil schnitt dargestellten Turbinenläufers 4 einge setzt und stützt sieh an den Sitzflächen <B>5</B> ge gen den Läufer 4 ab. Anschliessend an die ge schliffenen SitzfläcIlen <B>5</B> sind die nicht bear beiteten Oberflächen des Schaufelfusses mit Hohlkehlen<B>8</B> versehen, wobei die Mittelpunkte der Abrundungskreisbögen hi der gleichen Ebene x-x wie die betreffenden geschlif fenen Sitzflächen<B>5</B> liegen.
In Fig. <B>1</B> ist ausserdem mit dem Verlauf der gestrichelten Linie<B>5'</B> gezeigt, wie bisher die Sitzflächen an derartigen Schaufeln an gebracht wurden. Die Sitzflächen gingen da bei tangential, also unmittelbar in die am un tern Ende des Seliaufelblattes angebrachte Ho'hlkehle über. Demgegenüber sind die !Sitz flächen<B>5</B> nach der Erfindung also erhöht auf einen Ansatz von der Höhe<B>A</B> angeordnet.
Die in Fig. <B>1</B> gezeigte Anordnung stellt gewissermassen einen Grenzfall dar, da der Rundungsradius r der Hohlkehle gleich der Höhe ib des Ansatzes ist. In diesem Falle wer den die seitlichen Begrenzungsflächen der Ansätze also ausschliesslich durch Teile der Hohlkehlenflächen gebildet.
Zur Einhaltang der Bedingung, dass die seitlichen Begren zungsflächen mit der bearbeiteten Fläche einen Winkel von 90(' bilden, muss hierbei also eine in einem beliebigen Punkte<B>A</B> der Stoss kante dieser beiden Flächen an den Kreis bogen der Hohlkehle gelegten -Tangente T mit der Sitzfläehe einen Winkel von 9011 bilden, In Fig. 2 ist mit<B>10</B> die Wand eines kera mischen Rohres bezeichnet, an dessen Ende ein Flanseh <B>11</B> mit einem Ansatz<B>11'</B> ange bracht ist.
Der Flansch<B>11</B> ist unter Verwen- (lung eines Flanschringes 12 mit Stiftschrau ben<B>13</B> und.ML-Littern 14 an einem Gehäuse be festigt. Die druckbelastete, bearbeitete Fläche des Flansches ist mit<B>15</B> und die unbearbeitete Fläche mit<B>116</B> bezeichnet. Die seitlichen Be- grenz-Luigsflächen <B>17</B> und-<B>17'</B> bilden wiederum mit der Sitzfläche<B>15</B> einen Winkel von<B>900.</B> Die Fläche<B>17</B> geht tangential in die Hohl kehle<B>18</B> über, deren Krümmungsradius r in diesem Falle 'kleiner ist als die Höhe h des Ansatzes.
Machine component made from ceramic materials. Ceramic materials are primarily used in mechanical engineering where, in addition to mechanical stress, high temperatures occur that can hardly be controlled with metallic materials. The aim here is to evaluate in practice the strength of the ceramic materials, which is only changed compared to room temperature, at the high temperatures.
However, for certain tasks, for example with turbine blades, the relatively low intrinsic strength of the ceramic materials makes it necessary to utilize all structural strength-technical possibilities.
The special properties of all ceramic materials, in particular the brittleness and sensitivity of these materials to design issues, confront the designer with the task of taking these influences on the component strength into account as comprehensively as possible. The main concern is that every small stress peak that is not recognized or ignored during the design usually causes the complete destruction of the ceramic component if this peak exceeds the intrinsic strength of the material.
In particular, it is known that the machining of individual surfaces of the ceramic component, for example by grinding, disrupts the internal stress state that originates from the firing process and is peculiar to every ceramic material, thereby significantly reducing the component strength.
The most vulnerable to breakage points on a ground workpiece are the transition points between the ground surface and the uninjured burning skin of the body.
In general, however, it cannot be avoided that machine components consisting of ceramic materials are provided with machined surfaces, the so-called seat surfaces, for the purpose of fastening, in order to achieve a full fit of the parts used for fastening on these surfaces , and thereby distribute the pressure forces that occur evenly over the entire load-bearing surface.
In the known arrangements, no special measures are taken for the transition between machined and unmachined surfaces, but rather the machined surfaces adjoin the unmachined ones.
According to the invention, on the other hand, the machined surfaces are arranged higher than the unmachined surfaces on an approach, and the lateral boundary surfaces of this approach include, on the one hand, a diameter of <B> 900 </B> with the machined surfaces and, on the other hand, are useful in each case a hollow flute with a circular arc contour, the R-LLndl radius of which is at most equal to the height of the attachment.
Due to the arrangement according to the invention, the strength-reducing influence of beveled surfaces is greatly reduced. At the transition from the loaded to the unloaded surfaces, locally high shear forces, to which the ceramic material is very sensitive, can no longer occur. The arrangement of the pressure-loaded, processed surface on an approach means that unloaded parts of the body are no longer present in the immediate vicinity of the force application area. In general, the fillet surfaces can be unmachined.
In the drawings, Ausführungsbei games of inventive designed kera mix 31machine components are shown.
Fig. 1 shows a ceramic turbine blade which is fastened in the ring n-tit of a rotor. Fig. 2 shows the connection flange of a ceramic pipe, which is held with a screw connection.
The turbine blade shown in FIG. 1, which consists of the blade leaf 1 and the blade base 2, is inserted into the groove 3 of the The turbine rotor 4 shown in section is inserted and is supported against the rotor 4 on the seat surfaces 5. Adjacent to the ground seat surfaces <B> 5 </B>, the unprocessed surfaces of the blade root are provided with fillets <B> 8 </B>, the centers of the rounding arcs hi the same plane xx as the relevant ground seat surfaces <B> 5 </B> lie.
In Fig. 1 is also shown with the course of the dashed line <B> 5 '</B> how so far the seat surfaces were placed on such blades. The seat surfaces went over tangentially, i.e. directly into the hollow throat attached to the un tern end of the Seliaufelblatts. In contrast, the! Seat surfaces <B> 5 </B> according to the invention are thus arranged so as to be raised to an approach from the height <B> A </B>.
The arrangement shown in FIG. 1 represents a borderline case, as it were, since the radius of curvature r of the fillet is equal to the height ib of the attachment. In this case, whoever the lateral boundary surfaces of the approaches are formed exclusively by parts of the fillet surfaces.
In order to comply with the condition that the lateral boundary surfaces form an angle of 90 ('with the machined surface, an arc of the joint of these two surfaces at any point of these two surfaces must be at the arc of the fillet Laid-tangent T form an angle of 9011 with the seat surface. In Fig. 2, <B> 10 </B> denotes the wall of a ceramic pipe, at the end of which a flange <B> 11 </B> with a Approach <B> 11 '</B> is appropriate.
The flange <B> 11 </B> is fastened to a housing using a flange ring 12 with stud screws <B> 13 </B> and ML litters 14. The pressure-loaded, machined surface of the flange is with <B> 15 </B> and the unprocessed area with <B> 116 </B>. The lateral boundary surfaces <B> 17 </B> and - <B> 17 '</B> in turn form an angle of <B> 900 with the seat <B> 15 </B>. The surface <B> 17 </B> merges tangentially into the hollow groove <B> 18 </B> whose radius of curvature r in this case 'is smaller than the height h of the attachment.