DE102004001262B4 - Method and device for depositing fibers in recesses, in particular in the manufacture of MMC components - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Ablegen mindestens eines faserförmigen Elements (21) in eine rotationssymmetrische, an einem radial innenliegenden Ende offene Ausnehmung (23) eines Bauteils (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung von radial innen derart mit dem oder jedem faserförmigen Element (21) befüllt wird, dass das oder jedes faserförmige Element fliehkraftunterstützt in der Ausnehmung (23) abgelegt wird.method for depositing at least one fibrous element (21) into one rotationally symmetrical, open at a radially inner end Recess (23) of a component (24), characterized in that the recess from radially inward with the or each fibrous element (21) filled will that or any fibrous Element centrifugally assisted is stored in the recess (23).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablegen mindestens eines faserförmigen Elements in eine Ausnehmung eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von MMC-Bauteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ablegen mindestens eines faserförmigen Elements in eine Ausnehmung eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.The The invention relates to a method for depositing at least one fibrous element in a recess of a component according to the preamble of the claim 1. Furthermore, the invention relates to a process for the preparation of MMC components according to the preamble of claim 8. Des Furthermore, the invention relates to a device for storing at least a fibrous one Elements in a recess of a component according to the preamble of claim 10.
Moderne Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinen wie Flugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Gewicht, Leistung, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. Um die obigen Anforderungen an eine Gasturbine, insbesondere ein optimiertes Gewicht derselben, zu erzielen, müssen Gasturbinenbauteile im Hinblick auf die obigen Anforderungen optimiert werden. Hierbei spielt unter anderem die Werkstoffauswahl sowie die Suche nach neuen, geeigneten Werkstoffen eine entscheidende Rolle.modern Turbomachinery, especially gas turbines such as aircraft engines, must meet the highest demands in the In terms of reliability, Weight, performance, economy and durability meet. To meet the above requirements for a gas turbine, in particular a Optimized weight of the same, gas turbine components have to be achieved in terms of be optimized to the above requirements. This plays under the selection of materials and the search for new, suitable ones Materials a crucial role.
Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, zur Gewichtsoptimierung als Werkstoff für Gasturbinenbauteile sogenannte faserverstärkte Verbundwerkstoffe zu verwenden. Derartige Verbundwerkstoffe verfügen über ein Trägermaterial, welches als eine Metallmatrix ausgebildet ist, sowie über in das Trägermaterial eingebettete Fasern. Einen derartigen Verbundwerkstoff bezeichnet man auch als Metallmatrix-Verbundwerkstoff- kurz MMC. Bei hochfesten MMC-Werkstoffen, bei denen Titan als Trägermaterial zum Einsatz kommt, kann das Gewicht von Bauteilen um bis zu 50 % gegenüber herkömmlichen Titanlegierungen reduziert werden. Als Verstärkungen werden Fasern mit hoher Festigkeit und hohem Elastizitätsmodul, zum Beispiel SiC-Fasern, verwendet.Out the prior art, it is already known, for weight optimization as a material for gas turbine components so-called fiber-reinforced To use composite materials. Such composites have a Support material which is formed as a metal matrix, as well as in the support material embedded fibers. Such a composite material called also called metal matrix composite - short MMC. At high strength MMC materials using titanium as a substrate Can reduce the weight of components by up to 50% over traditional titanium alloys be reduced. As reinforcements become fibers with high strength and high modulus of elasticity, for example, SiC fibers.
Durch
die
Bei der Herstellung von MMC-Bauteilen wird nach dem Stand der Technik in der Regel so vorgegangen, dass beschichtete oder unbeschichtet Fasern in einer gewünschten geometrischen Anordnung positioniert werden, wobei die Fasern dann unter hohem Gasdruck und hohen Temperaturen zu einem MMC-Bauteil bzw. einem MMC-Halbzeug verdichtet werden. Sollen die Fasern zur Bereitstellung der gewünschten geometrischen Anordnung auf einem Körper, zum Beispiel auf einem ringförmigen Grundkörper, positioniert werden, so kann dies nach dem Stand der Technik lediglich unter Einsatz der üblichen Wickeltechnik erfolgen. Nach dem Stand der Technik werden demnach die Fasern spulenartig von außen auf einen derartigen, ringförmigen Grundkörper aufgewickelt. Faserlagen werden hierbei radial nach außen hin aufgebaut. Dabei ergibt sich das Problem, dass die Fasern zum Beispiel nicht in solche Ausnehmungen eines ringförmigen Grundkörpers angeordnet werden können, die an einem radial innenliegenden Ende offen sind. Wollte man hier die übliche Wickeltechnik anwenden, so würden die Fasern beim Wickeln wieder aus der Ausnehmung herausgezogen. Insgesamt fehlt es demnach nach einer geeigneten Vorgehensweise, um Fasern in Ausnehmungen von Bauteilen anzuordnen, die insbesondere an einem radial innenliegenden Ende des Bauteils offen sind.at the manufacture of MMC components is known in the art usually proceeded so that coated or uncoated Fibers in a desired geometric arrangement can be positioned, the fibers then under high gas pressure and high temperatures to an MMC component or a MMC semi-finished. Should the fibers to Providing the desired geometric arrangement on a body, for example on a annular body, positioned be, so this can be done according to the prior art only Use of the usual Winding technology done. According to the prior art accordingly the fibers like a coil from the outside on such an annular body wound. Fiber layers are in this case radially outward built up. This results in the problem that the fibers, for example not arranged in such recesses of an annular body can be which are open at a radially inner end. Did you want here the usual Apply winding technique, so would the fibers pulled out of the recess during winding again. Overall, therefore, there is a lack of a suitable approach to arrange fibers in recesses of components, in particular are open at a radially inner end of the component.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Ablegen mindestens eines faserförmigen Elements in eine Ausnehmung eines Bauteils vorzuschlagen. Weiterhin liegt es im Sinne der Erfindung, ein neuartiges Verfahren zum Herstellung von MMC-Bauteilen zu schaffen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying a novel method and a corresponding device for Place at least one fibrous one To propose elements in a recess of a component. Farther it is within the meaning of the invention, a novel method for the production of MMC components.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das eingangs genannte Verfahren zum Ablegen mindestens eines faserförmigen Elements in eine Ausnehmung eines Bauteils durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfin dungsgemäß wird die Ausnehmung von radial innen derart mit dem oder jedem faserförmigen Element befüllt, dass das oder jedes faserförmige Element fliehkraftunterstützt in der Ausnehmung abgelegt wird.This Problem is solved by that the aforementioned method for storing at least one fibrous Elements in a recess of a component by the characteristics of the characterizing Part of claim 1 is further developed. Inven tion is the Recess of radially inward such with the or each fibrous element filled, that or each fibrous Element centrifugally assisted is stored in the recess.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das oder jedes faserförmige Element von einer drehend angetriebenen Rolle abgewickelt und in der Ausnehmung des ebenfalls drehend angetriebenen Bauteils fliehkraftunterstützt abgelegt, wobei die zu befüllende Ausnehmung des Bauteils die Rolle radial außen umschließt.To An advantageous development of the invention is the or each fibrous Element unwound from a rotating driven roller and in the recess of the likewise rotationally driven component stored centrifugally supported, where to be filled Recess of the component surrounds the role radially outside.
Das oder jedes faserförmige Element wird von der Rolle mit einer Winkelgeschwindigkeit abgewickelt, die größer ist als die Winkelgeschwindigkeit des zu befüllenden Bauteils. Das oder jedes von der Rolle abgewickelte, faserförmige Element wird von einer Zuführeinrichtung an die zu befüllende Ausnehmung des Bauteils herangeführt.The or each fibrous element is unwound from the roll at an angular velocity which is greater than the angular velocity of the component to be filled. The or each unwound from the roll, fibrous element is brought by a feeder to the recess to be filled of the component.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von MMC-Bauteilen ist im unabhängigen Patentanspruch 8 definiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ablegen mindestens eines faserförmigen Elements in eine Ausnehmung eines Bauteils ist im unabhängigen Patentanspruch 10 definiert.The inventive method for the production of MMC components is defined in the independent claim 8. The device according to the invention for depositing at least one fibrous element in a recess a component is independent Claim 10 defined.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description. Embodiments of the invention without being limited to this to be closer to the drawing explained. Showing:
Zur
Gewichtsreduktion derartiger Rotoren wird der Rotor
Bei
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von
MMC-Bauteilen wird so vorgegangen, dass zugfeste Fasern um einen Kern
gewickelt werden, wobei die Faserlagen radial nach außen hin
aufgebaut werden. Soll hingegen der in
Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf
Bei
der in
Neben
der Rolle
- 1010
- Rotorrotor
- 1111
- Rotorscheiberotor disc
- 1212
- Laufschaufelblade
- 1313
- Nabenbereichhub area
- 1414
- Rotorrotor
- 1515
- Rotorscheiberotor disc
- 1616
- Laufschaufelblade
- 1717
- Nabenbereichhub area
- 1818
- MMC-BereichMMC area
- 1919
- EndeThe End
- 2020
- Vorrichtungcontraption
- 2121
- Faserfiber
- 2222
- Rollerole
- 2323
- Ausnehmungrecess
- 2424
- Bauteilcomponent
- 2525
- Pfeilarrow
- 2626
- Pfeilarrow
- 2727
- Zuführeinrichtungfeeding
- 2828
- Doppelpfeildouble arrow
- 2929
- Lagelocation
- 3030
- Überwachungseinrichtungmonitoring device
- 3131
- Begrenzungswandboundary wall
- 3232
- Begrenzungswandboundary wall
- 3333
- Vorrichtungcontraption
- 3434
- Zuführeinrichtungfeeding
- 3535
- Andruckrollepinch
- 3636
- Ausnehmungrecess
- 3737
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- 3838
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- 3939
- Pfeilarrow
- 4040
- Pfeilarrow
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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ZELLER, Werner, FRANKE, Alexander: Das physika- lische Rüstzeug des Ingenieurs. 11. Aufl., Leipzig, VEB Fachbuchverlag, 1977, S. 66-67 * |
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