CH677006A5 - - Google Patents

Description

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CH 677 006 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Derartige Leitschaufeln werden in Abhängigkeit von ihrer Belastung üblicherweise aus Stahlguss oder Gusseisen gegossen. Zur Erzeugung ihrer Fertiggestalt ist ein erheblicher Aufwand an spanender Bearbeitung erforderlich. Die durch das hohe Gewicht dieser Leitschaufeln hervorgerufenen Massenkräfte müssen bei der Auslegung des Leit-schaufel-Versteilapparates berücksichtigt werden. Ausserdem wendet man bei einem aus solchen Schaufeln gebildeten Leitapparat eine entsprechende hohe Schliesspressung an, um bei geschlossenem Leitapparat trotz Fertigungs- und Montagefehlern einen wasserdichten Verschluss im Bereich der Schiiesskanten sämtlicher Schaufelblätter zu erzielen. Zwar werden Gewichtsvorteile erzielt, wenn nach einer anderen Herstellungsweise Leitschaufelblätter aus Blechen geformt werden. Diese durch Schweissen zu verbindenden Bleche haben zwar eine höhere Oberflächengüte als Gussteile; dennoch erfordern solche Leitschaufelblätter im Bereich der Schliesskante ebenfalls eine spanende Bearbeitung.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Fertigungsaufwand von Leitschaufeln zu verringern, insbesondere deren spanende Bearbeitung weitgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäss den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Die Fertigung einer derartigen Leitschaufel erfordert zwar die Herstellung einer Urform, was jedoch im Hinblick auf die Anzahl der pro Wasserkraftmaschine benötigten, formgfeichen Leitschaufeln wirtschaftlich ist. Bei dem erfindungsgemässen Leitschaufelblatt übernimmt der metallische Kern die Übertragung der vom Leitapparat der Maschine ausgeübten Verstellkräfte und leitet die hydraulischen Kräfte auf der Lagerung der Schaufel dienende Maschinenbauteile ab. Mit der Umhüllung wird dagegen die Gestalt des Leitschaufelblattes in hoher Formgenauigkeit erzeugt. Die hierzu vorgesehenen Werkstoffe zeichnen sich durch Elastizität aus, so dass die Schliesspressung der Leitschaufeln in der Schiiessstellung des Leitapparates ein geringeres Ausmass haben kann, um einen dichtenden Kontakt der Schiiesskanten benachbarter Leitschaufelbtätter zu erzielen. Darüber hinaus zeichnen sich die vorgesehenen Werkstoffe für die Umhüllung durch eine hohe Formbeständigkeit, insbesondere gegen Erosion durch Sand im Wasser aus. Schliesslich kann mit der erfindungsgemässen Schaufelgestattung eine erhebliche Reduzierung des Schaufelgewichtes erzielt werden.

Zwar ist es aus der US-PS 1 472 924 bekannt, in das Blatt einer aus Stahl oder Stahlguss hergestellten Leitschaufel eine parallel zur Schaufeldrehach-se verlaufende Nut zu formen, in welche eine Leiste aus Weissmetali oder Holz eingefügt ist. Durch Anschlagen der Schliesskante des Nachbarleitschaufelblattes gegen die eingefügte Leiste und deren plastisches Verformen soll hiermit eine verbesserte Dichtwirkung der in Schiiessstellung befindlichen Leitschaufeln erzielt werden.

Ausserdem ist aus der DE-AS 1 224 219 eine in herkömmlicher Weise gefertigte Leitschaufel bekannt, bei der an den Stirnseiten ihres Blattes separate, angesetzte Dichtungen befestigt sind. Diese bestehen aus einem metallischen, mit der Leitschaufel verschraubten Kern, der mit einer aufblasbaren Hülle aus Kautschuk versehen ist. In der Schiiessstellung der Leitschaufel wird die Dichtung aufgeblasen, welche sich gegen an die Leitschaufel angrenzende Bauteile der Wasserkraftmaschine anlegt und in diesem Bereich gegen Eindringen von Leckwasser abdichtet.

Aus beiden vorerwähnten Veröffentlichungen sind zwar Massnahmen zur Verbesserung der Dichtwirkung an Leitschaufeln bekannt, bei denen Werkstoffe verwendet werden, die von denjenigen der Leitschaufet verschieden sind. Dennoch ist bei beiden bekannten Ausführungsformen keine Anregung gegeben, die Gestalt des Leitschaufelblattes durch Urformen eines vom bisherigen Schaufel-werkstoff völlig verschiedenen Werkstoffs zu bilden.

Vorteilhafte und zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung sind nachstehend anhand der abhängigen Ansprüche erläutert.

Durch die im Anspruch 2 angegebene Massnahme ergeben sich Fertigungsvorteile, da das Schaufelblatt keiner spanenden Bearbeitung bedarf. Vor dem Aufbringen der Umhüllung ist lediglich eine Reinigung des Kernes, z.B. durch Sandstrahlen, erforderlich, was die Haftung der Umhüllung auf dem Kern verbessert.

Der im Anspruch 3 beschriebene Aufbau eines Blattkernes zeichnet sich durch die Verwendung einfach gestalteter, miteinander unmittelbar verbundener Teile aus, die der Schaufel eine hohe Gestaltfestigkeit geben. Dabei kann das in der Drehachse der Schaufel verlaufende zylindrische Teil als über das Blatt hinausragender Schaufelstiel ausgebildet sein, an dem der Verstellapparat der Wasserkraftmaschine anzugreifen vermag. Oder das zylindrische Teil ist als Rohr ausgebildet, weiches im Einbauzustand der Schaufel von einem der Lagerung dienenden, in angrenzenden Bauteilen der Maschine befestigten Bolzen durchgriffen ist.

Bei der letztgenannten Variante ist gemäss einer zweckmässigen Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 4 am Kern im Bereich der Anströmkante ein zweites hohlzylindrisches Teil ange-schweisst, in den ein mit dem Leitschaufel-Verstellapparat in Verbindung stehender Lenker mit einem Zapfen einzugreifen vermag. Ausserdem wird durch dieses Bauteil die hochbeanspruchte Anströmkante des Schaufelblattes in ihrer Gestaltfestigkeit verbessert.

Mit den im Anspruch 5 wiedergegebenen Merkmalen ist ein Schaufelkern beschrieben, der sich zum einen durch hohe Gestaltfestigkeit, zum anderen durch eine innige Verbindung der Umhüllung mit dem Kern auszeichnet, da der Umhüllungswerkstoff die Bleche allseitig umfasst.

Ein erhöhter Widerstand gegen Ablösen der Umhüllung vom Kern wird durch die im Anspruch 6 be-

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schriebene Massnahme erzielt.

Mit den in den Ansprüchen 7 bis 9 gekennzeichneten Merkmalen werden Lösungen für einen derartigen Formschluss zwischen dem Kern und der Umhüllung des Leitschaufelblattes angegeben.

Schliesslich kann es auch vorteilhaft sein, wenn gemäss der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 der Kern mit der Umhüllung verbunden ist. Diese Verbindung kann durch Aufbringen eines geeigneten Bindemittels auf den Kern vor dem Urformvorgang oder bei Verwendung von Kautschuk als Umhüllungswerkstoff durch dessen Vulkanisati-onsbindung erzielt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Leitschaufel mit einem Blatt, welches aus einem Kern mit einer allseitigen Umhüllung besteht, als erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Schaufelblattes nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaufelblatt im Schnitt mit einem aus zylindrischen Teilen und angeschweissten Blechen bestehenden Kern als zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Schaufel nach Fig.

3,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Schaufel entlang der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer teilweise aufgebrochen gezeichneten Schaufel mit einem geschichtete Bleche aufweisenden Kern als drittes Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 einen Querschnitt dieser Schaufei entlang der Linie VI I—VII in Fig. 6,

Fig. 8 eine Seitenansicht einer teilweise von der Umhüllung befreiten Schaufel als viertes Ausführungsbeispiel,

Fig. 9 einen Schnitt durch einen Schaufelbereich entlang der Linie IX—IX in Fig. 8 mit einer Formschlussverbindung zwischen Kern und Umhüllung sowie

Fig. 10 einen Schnitt durch einen Schaufelbereich entlang der Linie IX—IX in Fig. 8 mit einer anderen Ausführungsform einer Formschlussverbindung zwischen Schaufelkern und Umhüllung.

Die in den Figuren 1 und 2 als erstes Ausführungsbeispiel dargestellte Leitschaufel 10 hat ein Blatt 11, welches aus einem Kern 12 und einer Umhüllung 13 besteht. Der Kern 12 ist als einstückiges Gussteil aus Gusseisen oder Stahlguss ausgebildet. Die Umhüllung 13 besteht dagegen aus einem nichtmetallischen Werkstoff, wie Polyurethan, Kautschuk oder einem anderen elastomeren Kunststoff.

Die Umhüllung 13 ist durch Urformen erzeugt, d.h. sie ist in einer die Fertiggestalt des Blattes 11 als Hohlraum aufweisenden, nicht dargestellten Form hergestellt. Als Verfahren zum Erzeugen der Umhüllung 13 können das Giessen, Pressen, Spritz-giessen und Spritzpressen angewandt werden. Dabei wird der Kern 12 in die Form eingelegt und allseitig mit dem erwähnten Werkstoff in einer genau bemessenen Schichtdicke umhüllt. Die Umhüllung 13 erstreckt sich somit von einer Anströmkante 14 des Blattes 11 entlang dessen beiden Breitseiten 15, 16 sowie beiden Stirnseiten 17,18 zu einer Abströmkante 19. Lediglich im Bereich der Drehachse 20 der Leitschaufel 10 ist die Umhüllung 13 in ihrer Stirnseite 17 von einem Schaufelstiel 21 und an ihrer Stirnseite 18 von einem Schaufeizapfen 22 durchgriffen. Der gleichachsig zur Drehachse 20 verlaufende Schaufelstiel 21 und der Schaufelzapfen 22 dienen der Lagerung der Leitschaufel in nicht dargestellten, an die beiden Stirnseiten 17, 18 angrenzenden Gehäuseteilen der Wasserkraftmaschine.

Die Bindung der Umhüllung 13 an den Kern 12 kann durch Bindemittel, wie Klebstoffe, erzielt werden, wie dies in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben ist.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 bis 5 weist das Schaufelblatt 30 einen aus mehreren Einzelteilen zusammengefügten Kern 31 auf. Der Kern 31 hat ein achsgleich zu seiner Drehachse 32 verlaufendes Rohr 33 ais zentrales zylindrisches Teil, an das beiderseits in der Mittelebene

34 des Schaufelblattes 30 verlaufende Bleche 35 und 36 angeschweisst sind. Im Bereich der Anströmkante 37 des Schaufelblattes 30 ist ein weiteres zylindrisches Bauteil 38 am sich gegen die Anströmkante erstreckenden Blech 35 angeschweisst. Dieses Bauteil 38 ist als parallel zur Drehachse 32 des Schaufelblattes 30 verlaufendes Rohr ausgebildet. Das Rohr 33 des Schaufelkerns 31 dient zur Aufnahme eines nicht dargestellten Bolzens, der in den gleichfalls nicht gezeichneten, angrenzenden Gehäuseteilen der Wasserkraftmaschine befestigt und als Drehachse für das Schaufelblatt 30 bestimmt ist. Das an der Anströmkante

37 des Schaufelblattes 30 befestigte Bauteil 38 des Kerns 31 dient dem Angriff des nicht dargestellten Leitschaufel-Stellapparates, dessen Lenker mit einem Zapfen in an sich bekannter Weise in das Teil

38 eingreifen.

Die Gestalt des Schaufelblattes 30 ist durch die dessen gesamte wasserberührte Oberfläche umfassende, durch Urformen erzeugte Umhüllung 39 aus einem der vorerwähnten nichtmetallischen Werkstoffe bestimmt. Lediglich die stirnseitigen Flächen sowie der Hohlraum der zylindrischen Teile 33 und 38 des Kerns 31 sind nicht von der Umhüllung

39 bedeckt.

Zum Verbinden der Umhüllung 39 mit dem Kern 31 sind bei diesem Ausführungsbeispiel Massnahmen getroffen, welche einen Formschluss zwischen Kern und Umhüllung erzeugen. Hierzu ist das Blech

35 des Schaufelkerns 31 mit einer Vielzahl von durchgehenden Bohrungen 40 versehen. Diese Bohrungen 40 sind vom Werkstoff der Umhüllung 39 durchgriffen, so dass hierdurch die zu beiden Seiten der Blattmittelebene 34 liegenden Umhüllungsabschnitte 41 und 42 miteinander verbunden sind. Diese Bohrungen 40 können gleichfalls im Blech 36 erzeugt sein. Anstelle von Bohrungen 40 können aber auch, wie dies beim Blech 36 in Figur 3 dargestellt ist, Durchbrüche 43, beispielsweise in Form von Schlitzen, vorgesehen sein, welche vom Werkstoff der Umhüllung 39 durchdrungen sind

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und den Formschluss zwischen dem Kern 31 und der Umhüllung erzeugen.

Die in den Figuren 6 und 7 dargestellte weitere Ausführungsform einer Leitschaufel 60 weist ein Blatt 61 aus einem Kern 62 mit einer in der vorbeschriebenen Weise erzeugten Umhüllung 63 auf. Der Kern 62 hat ein gleichachsig zur Drehachse 64 der Schaufei 60 verlaufendes zylindrisches Teil 65. Auf dieses Teil 65 sind zwischen den Stirnseiten 66 und 67 des Blattes 61 formgleiche Bleche 68 in gegenseitigem Abstand aufgereiht. Diese Bleche 68 haben eine dem Schaufelprofil entsprechende geometrisch ähnliche Form, wie dies aus Figur 7 deutlich zu erkennen ist Zur axialen Fixierung der Bleche 68 ist je ein Distanzring 69 zwischen zwei Blechen auf das zylindrische Teil 65 aufgeschoben. Die Bleche 68 sowie die Distanzringe 69 sind mit dem zylindrischen Teil 65 verschweisst. Der Werkstoff der Umhüllung 33 umschliesst die Bleche 68 allseitig, d.h. er nimmt auch die Räume zwischen den benachbarten Blechen ein.

Das in den Figuren 8 bis 10 beschriebene Ausführungsbeispiel einer Leitschaufel 80 beinhaltet gleichfalls ein Schaufelblatt 81 aus einem Kern 82 mit einer durch Urformen erzeugten Umhüllung 83. Zur Erzielung eines Formschlusses zwischen dem Kern 82 und der Umhüllung 83 sind bei der in Figur 9 dargestellten Variante beiderseits am Kern angeformte hinterschnittene knopfförmige Ansätze 84 und leistenförmige Ansätze 85 vorgesehen, welche von der Umhüllung 83 umgriffen sind. Der Formschluss kann entweder nur durch die knopfartigen Ansätze 84 oder nur durch die leistenartigen Ansätze 85 erzeugt werden, welche entlang der gesamten Oberfläche des Kerns angeordnet sind. Der Formschluss kann aber auch dadurch erreicht werden, dass der Kern 82 mit am Grund erweiterten Vertiefungen 86 oder Nuten 87 versehen ist, in welche die Umhüllung eingreift (Figur 10).

Claims (10)

Patentansprüche

1. Leitschaufel an einem Leitapparat einer Wasserkraftmaschine, mit einem drehbar gelagerten, in steh starren Blatt, welches in Schiiessstellung des Leitapparates an benachbarten Leitschaufelblättern abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (11) einen metallischen Kern (12) und eine wenigstens annähernd die gesamte wasserberührte Oberfläche des Blattes umfassende, durch Urformen erzeugte Umhüllung (13) aus einem nichtmetallischen, elastischen Werkstoff aufweist.

2. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (12) als einstückiges Gussteil ausgebildet ist,

3. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (31) des Blattes (30) ein gleichachsig zur Schaufeldrehachse (32) verlaufendes zylindrisches Teil (33) hat, an das sich gegen die Anströmkante (37) und gegen die Abströmkante des Blattes erstreckende, in der Blattmittelebene (34) verlaufende Bleche (35, 36) ange-schweisst sind.

4 . Leitschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass an den Kern (31) im Bereich der

Anströmkante (37) ein parallel zur Drehachse (32) verlaufendes hohlzylindrisches Bauteil (38) ange-schweisst ist.

5. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (62) ein gleichachsig zur Drehachse (64) der Schaufel (60) verlaufendes zylindrisches Teil (65) hat, das zwischen den Stirnseiten (66, 67) des Blattes (61) in gegenseitigem Abstand aufgereihte und angeschweisste Bleche (68) trägt, die eine dem Schaufelprofil wenigstens annähernd geometrisch ähnliche Form haben.

6. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (39) formschlüssig mit dem Kern (31) verbunden ist.

7. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (31) mit die beiderseits des Blattes (30) verlaufenden Umhüllungsabschnitte (41, 42) verbindenden Durchbrüchen, wie Bohrungen (40) oder Schlitze (43), versehen ist.

8. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (82) mit hin-terschnittenen knöpf- oder leistenförmigen Ansätzen (84, 85) versehen ist, welche von der Umhüllung (83 ) umgriffen sind.

9. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (82) mit am Grund erweiterten Vertiefungen (86) oder Nuten (87) versehen ist, in welche die Umhüllung (83) eingreift.

10. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung mit dem Kern verbunden ist, und dabei diesen dicht umschliesst.

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