DE102008044500A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundschaufelblattes - Google Patents

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Thomas Robbins Tipton
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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundschaufelblattes enthält den Schritt der Bereitstellung eines Kerns (22), der aus einem Metall oder einem Keramikwerkstoff hergestellt ist. Es wird ein Schaufelblattabschnitt (24) aus Kunststoff angeformt, der wenigstens einen Teil des Kerns (22) umhüllt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein Turbomaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung eines Schaufelblattes einer Turbomaschine mit Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen.
  • Turbomaschinen können viele Formen einnehmen und in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden. Zu diesen Formen und Anwendungen können Dampfturbinen zur Energieerzeugung, Gasturbinen zur Energieerzeugung, Gasturbinen zum Flugzeugantrieb und Windkraftanlagen zur Energieerzeugung gehören.
  • In einer Gasturbine gibt es gewöhnlich zahlreiche rotierende Laufschaufeln und stationäre Leitschaufeln. Die Laufschaufeln und die Leitschaufeln sind in einander abwechselnden Umfangsanordnungen eingerichtet, die in Längsrichtung entlang der Turbine im Abstand zueinander angeordnet sind. Jede der Laufschaufeln und Leitschaufeln enthält einen Tragflügel- bzw. Schaufelblattabschnitt, der an einem Befestigungsabschnitt angebracht ist.
  • Eine herkömmliche Bauform einer Laufschaufel oder Leitschaufel für eine Gas- oder Dampfturbine weist gewöhnlich einen Schaufelblattabschnitt auf, der vollständig aus einer Legierung aus einem Metall, beispielsweise Titan, Aluminium oder Edelstahl, hergestellt ist. Die herkömmliche Bauform einer Verdichterlaufschaufel oder -leitschaufel einer Gas- oder Dampfturbine kann auch vollständig aus einem Verbundwerkstoff, beispielsweise einem faserverstärkten Kunststoff, hergestellt sein. Die Laufschaufeln in Ganzmetallbauweise sind verhältnismäßig schwer, was zu einer geringeren Kraftstoffwirtschaftlichkeit führen und robuste Befestigungsabschnitte erfordern kann. In einer Gasturbinenanwendung sind die gänzlich aus Verbundwerkstoff hergestellten leichteren Laufschaufeln für eine Beschädigung und Abnutzung durch angesaugte Fremdkörper anfällig.
  • Bekannte Hybridlaufschaufeln enthalten einen Schaufelblattabschnitt aus Verbundwerkstoff mit einer metallenen Vorderkante, die das Schaufelblatt gegen Verschleiß und eine Beeinträchtigung durch aufgenommene Fremdkörper schützt. Die Laufschaufeln der ersten Stufe einer Gasturbine sind gewöhnlich die größten und die schwersten Laufschaufeln und sind im Allgemeinen die ersten, die angesaugten Fremdkörpern ausgesetzt sind. Verbundlaufschaufeln sind in Turbinenanwendungen gewöhnlich dort eingesetzt worden, wo Gewicht von großer Wichtigkeit ist.
  • Bei einem typischen Gasturbinenverdichterschaufelblatt stellt die gesamte Geometrie einen Kompromiss zwischen strukturellen und areodynamischen Anforderungen dar. Strukturelle Anforderungen und die Fähigkeit, einer auf Ansaugung von Fremdkörpern zurückzuführenden Beschädigung standzuhalten, stehen in direktem Spannungsverhältnis zu der Optimierung der Schaufelblattgeometrie hinsichtlich des aerodynamischen Leistungsverhaltens. Beispielsweise ist ein aerodynamisch wünschenswertes Schaufelblatt verhältnismäßig dünn und mit einer relativ scharfen Vorderkante versehen. Hingegen ist ein strukturell erwünschtes Schaufelblatt verhältnismäßig dick und mit einer robusten Vorderkante ausgebildet. Die endgültige Bauform stellt gewöhnlich einen Kompromiss zwischen den einander entgegengesetzten strukturellen und aerodynamischen Anforderungen dar, von denen keine optimal ist.
  • Derzeitige Herstellungsprozesse für ein Ganzmetallschaufelblatt erfordern ein Fräsen und manuelles Polieren des Schaufelblattes, um die gewünschte Geometrie zu erreichen. Der Poliervorgang ist, um kritische Schaufelblattdimensionen zu erreichen und eine entscheidende Oberflächengüte zu erzielen, arbeitsaufwendig. Dies erfordert die Verwendung von Werkstoffen, die leicht maschinell bearbeitet und poliert werden können, um die Kosten zu minimieren. Dies beschränkt gewöhnlich die Materialauswahl und erhöht die Herstellungskosten.
  • Während eines Betriebs einer Gasturbine zur Energieerzeugung sammeln sich Schmutz und Fremdkörper auf der Schaufelblattoberfläche an, was einen Verlust der spezifischen Leistungsfähigkeit nach sich zieht. Gewöhnlich wird eine Wasserwäsche dazu verwendet, diesen akkumulierten Schmutz und die Ablagerungen zu entfernen. Eine derartige Wäsche kann eine Erosion und Korrosion des Metallwerkstoffs des Schaufelblattes verursachen. Spiele an Verdichterschaufelspitzen sind gewöhnlich nicht optimiert, um die Gefahr, dass Rotorlaufschaufelspitzen an dem Gehäuse anstreifen oder Statorlaufschaufelspitzen an dem Rotor anstreifen, auszuschließen.
  • Demgemäß besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Turbinenschaufelblatt für eine Gasturbinenlaufschaufel, das hinsichtlich seines Gewichts leichter ist als ein Ganzmetallschaufelblatt, gewünschte strukturelle und aerodynamische Eigenschaften aufweist, einer Fremdkörperaufnahme standhält, kostengünstig ist und einer Erosion und Korrosion widersteht.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffschaufelblattes gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält den Schritt der Bereitstellung eines Kerns, der aus einem Metall oder einem Keramikmaterial hergestellt ist. Ein Schaufelblattabschnitt bzw. -teil aus Kunststoff wird derart geformt, dass er wenigstens einen Abschnitt des Kerns umhüllt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundschaufelblattes. Das Verfahren enthält den Schritt der Schaffung eines Kerns, der aus einem Metall oder einem Keramikmaterial hergestellt ist. Der Kern ist mit einer Vorderkante versehen. Ein Schaufelblattabschnitt bzw. -teil aus Kunststoff wird angeformt, um wenigstens die Vorderkante des Kerns einzuhüllen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundschaufelblattes. Das Verfahren enthält den Schritt der Bildung eines Metallkerns durch Druckguss bzw. Spritzguss, durch ein Modellausschmelzverfahren oder durch Schmieden. Ein Schaufelblattabschnitt bzw. -teil aus Kunststoff wird spritzgegossen, so dass er wenigstens einen Abschnitt des Kerns umhüllt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Aufgaben, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden besser verständlich, wenn die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung eines Schaufelblattes aus Verbundwerkstoff gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, mit einer inneren Komponente, die durch Strichlinien dargestellt ist;
  • 2 eine Explosionsansicht des in 1 veranschaulichten Verbundschaufelblattes;
  • 3 eine Querschnittsansicht des Verbundschaufelblattes nach 1, die in etwa entlang der Linie 3-3 in 1 geschnitten ist;
  • 4 eine Perspektivansicht eines Spritzgussformteils gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
  • 5 eine Perspektivansicht eines weiteren Spritzgussformteils mit dem darin aufgenommenen Verbundschaufelblatt; und
  • 6 eine Perspektivansicht der in den 4 und 5 veranschaulichten Formteile, wie sie das Verbundschaufelblatt umgreifen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In 1 ist ein Schaufelblatt 20 aus Verbundwerkstoff als Teil einer Laufschaufel 10 für eine in einer Anwendung zur Energieerzeugung verwendete Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Es versteht sich, dass das Verbundschaufelblatt 20 der Laufschaufel 10 in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung in Form einer Verdichterlaufschaufel, einer Leitschaufel oder einer Turbinenlaufschaufel ausgebildet sein und in einer Dampfturbinen-, Gasturbinen- oder Windkraftanlagenanwendung eingesetzt werden kann. Das Verbundschaufelblatt 20 der Laufschaufel 10 gemäß einer Ausführungsform enthält einen Kern 22 und einen Schaufelblattabschnitt bzw. -teil 24 aus Kunststoff, der den Kern vollständig umhüllt und einkapselt.
  • Das Verbundschaufelblatt 20 ist in einer besonderen Weise aus wenigstens zwei unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt. In dem hier verwendeten Sinne ist „Verbundwerkstoff" bzw. „Verbund-" derart definiert, dass ein Kunststoff den vollendeten Schaufelblattteil 24 bildet, der über einem verhältnismäßig festen bzw. stabilen Strukturwerkstoff (beispielsweise Metall oder Keramik) angeordnet ist, der den Kern 22 bildet. Der Ausdruck „Kunststoff" ist derart definiert, dass er bedeutet, dass er in der Lage ist, bei einer Temperatur, die verhältnismäßig kleiner ist als der Schmelzpunkt des Materials des Kerns 22, aufgeschmolzen zu werden, so dass er fließen und leicht zu einer endgültig gewünschten Gestalt geformt werden kann.
  • Ein Fuß 26 ist an dem Kern 22 angebracht und wird dazu verwendet, die Laufschaufel für den Betrieb an einer Turbinenstruktur zu befestigen. Der Fuß 26 kann an dem Kern angebracht sein, indem der Kern und der Fuß integral, im Ganzen als eine einstückige Teilkomponente, beispielsweise durch Schmieden bzw. Pressen oder durch maschinelle Bearbeitung aus einem einzelnen Rohmaterialstück, beispielsweise aus Metall oder Keramik, ausgebildet werden. Alternativ könnten der Kern 22 und der Fuß 26 gesondert hergestellt werden, und der Kern könnte an dem Fuß befestigt, angeschweißt oder in sonstiger Weise angebracht werden. An dem von dem Fuß 26 axial gegenüberliegenden Ende des Verbundschaufelblattes 20 ist eine Spitze 40 angeordnet. Eine Achse A erstreckt sich in einer Richtung entlang der Längserstreckung des Verbundschaufelblattes 20 von dem Fuß 26 zu der Spitze 40. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet die „Achse" A eine Referenzachse und nicht einen physischen Teil der Laufschaufel 10 oder des Verbundschaufelblattes 20.
  • Die Laufschaufel 10 und das Verbundschaufelblatt 20 sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dazu vorgesehen, bei der typischen Temperatur zu arbeiten, der die ersten wenigen Stufen eines Turbinenverdichters ausgesetzt sein würden. In einer Gasturbinenanwendung zur Energieerzeugung ist die „Auslegungsbetriebstemperatur" die maximale Temperatur, die die Laufschaufel 10 und der Schaufelblattteil 24 während eines normalen Betriebs in den ersten wenigen Stufen eines Verdichters annahmegemäß ausgesetzt werden. Ein Beispiel für eine typische Auslegungsbetriebstemperatur einer Gasturbine in den ersten wenigen Stufen ist, ohne Beschränkung, eine Temperatur, die im Wesentlichen in dem Bereich von 18°C bis 200°C liegt.
  • Strömungsmediumrichtungspfeile M in 3 zeigen die allgemeine Strömungsrichtung an. Das Medium M weist in einer Gasturbinenanwendung gewöhnlich Luft auf. Das Medium M in einer Gasturbinenanwendung zur Energieerzeugung ist gewöhnlich gesteuert bzw. geregelt. Insbesondere ist das Medium M eine Ansaugluft, die gefiltert wird, um viele der Fremdkörper zu beseitigen, und die auf einen gewünschten Temperaturbereich ge kühlt oder erwärmt sowie durch eine Struktur geführt sein kann, um Feuchtigkeit und Salz zu entfernen.
  • In einer Anwendung des Verbundschaufelblattes 20 für eine Verdichterlaufschaufel einer Gasturbine enthält der Fuß 26 gewöhnlich einen Schwalbenschwanzabschnitt 42 (12) zur Befestigung der Laufschaufel 10 an einer (nicht veranschaulichten) Rotorlaufscheibe. Der Schaufelblattteil 24 weist eine Vorderkante 44 (3) und eine Hinterkante 46 auf. Die Strömungsrichtung des Mediums M verläuft im Wesentlichen von der Vorderkante 44 zu der Hinterkante 46. Der Schaufelblattteil 24 des Verbundschaufelblattes 20 weist ferner eine druckseitige Oberfläche 62 und eine saugseitige Oberfläche 64 auf.
  • Der Schaufelblattteil 24 weist eine sehr komplexe Oberfläche auf, die durch eine Reihe von Punkten an entlang der Achse A im Abstand zueinander angeordneten Querschnitten definiert ist. Die Vorderkante 44 und die Hinterkante 46 sind gewöhnlich runde Flächen, die gemäß einem Aspekt der Erfindung durch verhältnismäßig kleine Radien definiert sind. Die Vorderkante 44 und die Hinterkante 46, die die komplexe Oberfläche aufweisen, sind verhältnismäßig schwierig herzustellen. Aus aerodynamischen Gründen ist es im Allgemeinen erwünscht, eine Vorderkante 44 mit einem möglichst kleinen Radius von beispielsweise 0,010 Zoll zu haben, was früher praktisch nicht zu bewerkstelligen war. Es ist ferner erwünscht, eine äußerst glatte und genaue Endgestalt für den Schaufelblattteil 24 zu erhalten, die ein maschinelles Polieren oder Beschichten erfordert, was früher ebenfalls praktisch undurchführbar war. Die Möglichkeit, den Schaufelblattteil 24 aus Kunststoff durch Spritzguss zu einer endgültigen oder nahezu endgültigen Gestalt zu formen, überwindet frühere Nachteile.
  • Vorzugsweise umhüllt der Schaufelblattteil den Kern 22 vollständig. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verbundschaufelblatt 20 durch den Kunststoffschaufelblattteil 24 gebildet, der wenigstens einen Teil des Metall- oder Keramikkerns 22 umhüllt. Es ist jedoch ohne weiteres verständlich, dass der Kern 22 durch den Schaufelblattteil 24 nicht vollständig eingehüllt sein braucht und dass der Kern teilweise gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung bedeckt sein kann. Der Kunststoffschaufelblattteil 24 wird an wenigstens einem Abschnitt des Kerns 22 ohne die Notwendigkeit einer Faserverstärkung, vorzugsweise durch Spritzguss, angeformt. Der Spritzgussprozess ist in der Lage, präzise und genaue Teile des Schaufelblattabschnitts 24, wie beispielsweise die druckseitige Fläche 62, die saugseitige Fläche 64, die Vorderkante 44 und die Hinterkante 46, zu erzeugen.
  • Bei der mehrstückigen Konstruktion kann die innere Geometrie der Laufschaufel 10 in Form des Kerns 22 für eine Frequenzabstimmung und strukturelle Erfordernisse optimiert werden. Die Außenfläche kann in Form des spritzgegossenen Kunststoffschaufelblattteils 24 für ein aerodynamisches Leistungsverhalten genau angepasst werden.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform weist der Kern 22 mehrere Öffnungen 82 auf, die sich durch ihn hindurch zwischen der Druckseitenfläche 62 und der Saugseitenfläche 64 des Schaufelblattteils 24 erstrecken. Die Öffnungen 82 sind in Bereichen des Kerns 22 angeordnet, die keine ununterbrochene massive Struktur für ihre Festigkeit oder Funktion benötigen. Die Öffnungen 82 machen den Kern 22 leichter, so dass sie die rotierende Masse verringern, was allgemein eine gewünschte Eigenschaft darstellt. Die Öffnungen 82 nehmen während des Spritzgussprozesses einen Teil 84 des Kunststoffs des Schaufelblattteils 24 auf, um den Schaufelblattteil an Ort und Stelle relativ zu dem Kern 22 zu halten. Die Öffnungen 82 müssen nicht vollständig durch den Kern 22 hindurchführen, sondern können eine ausreichende Tiefe aufweisen, um den Teil 84 des Kunststoffs aufzunehmen. Der Kunststoffteil 84 muss die Öffnungen 82 nicht vollständig ausfüllen, sondern kann sich über eine ausreichende Strecke hinweg in die Öffnungen hinein erstrecken, um den Schaufelblattteil 24 in Bezug auf den Kern 22 in Stellung zu halten.
  • Der Kern 22 weist einen Spitzenabschnitt 100 auf (2). Der Kern 22 weist eine Vorderkante 102 (2 und 3) und eine Hinterkante 104 auf. Die Spitze 28 des Schaufelblattteils hüllt den Spitzenabschnitt 100 des Kerns 22 ein. Der Schaufelblattteil 24 umhüllt wenigstens die Vorderkante 102 des Kerns 22 und vorzugsweise die gesamte Außenfläche des Kerns, einschließlich der Hinterkante 104. Der Schaufelblattteil 24 weist an einer von den Öffnungen 82 beabstandeten Stelle, dort, wo es den Kern 22 von den Öffnungen 82 entfernt bedeckt, eine Dicke t (3) auf, die beispielsweise in dem Bereich von 0,020 bis 0,100 Zoll liegt. Die Dicke muss nicht gleichmäßig sein. Die Dicke t kann von einer oder beiden Kanten 44, 46 aus zu der Mitte der Laufschaufel 10 hin allmählich zunehmen. Die Tiefe der Öffnung 82 ist vorzugsweise größer als die Dicke t des Schaufelblattteils 24, das den Kern 22 bedeckt.
  • Durch Erzeugung des Schaufelblattteils 24 aus Kunststoff kann dem Schaufelblatt eine für ein aerodynamisches Verhalten gewünschte endgültige Schaufelblattgestalt verliehen werden, und dies vorzugsweise ohne die Notwendigkeit einer maschinellen Nachbearbeitung, eines Polierens oder Beschichtens. Da der Schaufelblattteil 24 von der inneren Last tragenden Struktur des Kerns 22 getrennt ist, ist ferner eine Bauform möglich, die hinsichtlich einer Beschädigung durch angesaugten Schmutz toleranter ist. Diese Trennung der Last tragenden Struktur des Kerns 22 von dem Schaufelblattteil 24 erhöht ferner die Anzahl von Materialoptionen, die zur Herstellung des Kerns zur Verfügung stehen, um Festigkeitseigenschaften zu maximieren und Gewicht zu minimieren.
  • Durch Entkopplung der strukturellen und aerodynamischen Komponenten der Bauform der Laufschaufel 10 ergeben sich viele Kosteneinsparungsmöglichkeiten. Enge Herstellungstoleranzen an der inneren Last tragenden Struktur werden nicht mehr benötigt, was nun die Verwendung von Nickel- oder Keramikwerkstoffen für den Kern 22 gestattet. Die Materialien mit höheren Steifheitsmodulen können eine ähnliche Festigkeit bei geringerer Masse ergeben, wodurch das Gesamtgewicht der Laufschaufel 10 reduziert wird. Dies eröffnet ferner die Möglichkeit einer Herstellung des Kerns 22 im Modellausschmelzverfahren, durch Druckguss bzw. Spritzguss oder durch Schmieden bzw. Pressen bei begrenzter maschineller Bearbeitung. Ein Spritzgießen des Kunststoffschaufelblattteils 24 zur Schaffung der endgültigen aerodynamischen Gestalt kann die gesamte Handpoliermaßnahme von früheren Ganzmetall-Schaufelkonfigurationen beseitigen. Ein Spritzguss des Kunststoffschaufelblattteils 24 ergibt ferner eine sehr einheitliche Schaufelblattgestalt mit einer hervorragenden Oberflächenbeschaffenheit, die die Notwendigkeit irgendeiner Oberflächenbehandlung nach dem Polieren beseitigt.
  • Die Erzeugung einer glatten Oberfläche für den Kunststoffschaufelblattteil 24 durch Spritzguss reduziert die Ansammlung von Schmutz an der Laufschaufel 10. Dies verringert die Notwendigkeit von häufigen Wasserwäschen. Der Werkstoff für den Kunststoffschaufelblattteil 24 ist von Natur aus korrosionsbeständig. Zusätzlich können Zusatzstoffe, wie beispielsweise PTFE, dem Schaufelblattteil 24 zugegeben werden, um die Abstoßung des angesammelten Schmutzes an dem Schaufelblattteil weiter zu verstärken.
  • Durch Spritzgießen der Spitze 28 des Kunststoffschaufelblattteils 24 können die Spalte bzw. Spielräume in Bezug auf andere Turbinenkomponenten enger gehalten werden. In dem Fall, dass der Kunststoff an einer anderen Turbinenkomponente anstreift, ist dies ein unkritischer Zustand und beeinträchtigt die strukturellen Komponenten der Laufschaufel 10 oder der Turbine nicht. Mit dem Verbundschaufelblatt 20 können Verdichterspalte ohne die Notwendigkeit abreibbarer Flächen oder das Einbringen von mit dem Anstreifen verträglichen Beschichtungen zur Verbesserung der Leistung enger gehalten werden.
  • Die technischen Vorteile sind zahlreich. Das Verbundschaufelblatt 20 schafft die Möglichkeit, hinsichtlich einer Beschädigung tolerantere und optimierte Schaufelblattteile 24 und einen strukturell optimierten Kern 22 zu schaffen. Zusätzlich führt die Möglichkeit, die aerodynamische Geometrie des Schaufelblattteils 24 zu optimieren, zu einem verbesserten Leistungsverhalten der Gasturbine. Eine Reduktion von Ablagerungen an dem Schaufelblattteil 24 des Verdichters reduziert das Maß der Beeinträchtigung des Leistungsverhaltens. Es gibt auch erhebliche Möglichkeiten, Herstellungskosten zu reduzieren.
  • Das Verbundschaufelblatt 20 der Laufschaufel 10 ergibt somit eine optimale aerodynamische Form mit dem spritzgegossenen Kunststoffschaufelblattteil 24 und die gewünschten strukturellen Eigenschaften mit dem Kern 22. Der Kunststoff des Schaufelblattteils 24 kann ein beliebiger geeigneter Kunststoff sein. Der Kunststoff ist ausgewählt, um in der Lage zu sein, der Auslegungsbetriebstemperatur der speziellen Stufe der Turbine standzuhalten, in der er auswahlgemäß arbeiten soll. Beispielsweise arbeitet die erste Stufe eines Gasturbinenverdichters unter Umgebungslufttemperaturen und bei verhältnismäßig kleinen Drücken im Vergleich zu weiteren, nachfolgenden Stufen des Verdichters.
  • Die Laufschaufel 10 kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hergestellt sein. Die Laufschaufel 10 ist mit dem Verbundschaufelblatt 20 hergestellt, indem zuerst der Metallkern 22 durch Druck- bzw. Spritzguss, ein Modellausschmelzverfahren oder Schmieden bzw. Pressen gebildet wird. Der Kern 22 kann ferner aus einem Keramikwerkstoff hergestellt sein, der zu der Endform gegossen wird. Der Kern 22 ist in seiner endgültigen Konfiguration mit dem Fuß 26 und dem Schwalbenschwanzabschnitt 42 ausgebildet.
  • Der Kern 22 wird anschließend in einer Form 120 (4) einer (nicht veranschaulichten) Spritzgussvorrichtung gelagert. Das Formteil 120 der Spritzgussvorrichtung weist eine gewünschte Gestalt einer Hälfte des Schaufelblattes, das in dem Formteil gebildet wird, mit einem Aufmaß für das Schrumpfen und den Verzug auf. Der Kern 22 wird innerhalb der Form in einer vorbestimmten Stellung gehaltert, wie dies in 5 veranschaulicht ist. Positionierzapfen 140 in der Form 120 unterstützen die richtige Positionierung des Kerns 22 in einer vorbestimmten Stellung in Bezug auf die Schaufelblattgestalt. Eine Entlüftung 122 erstreckt sich von dem Innenraum der Form zu der Außenseite. Der Fuß 26 kann außerhalb der Form 120 angeordnet sein und eine Oberfläche aufweisen, die an der Form anliegt, um den Kern 22 in axialer Richtung relativ zu der Form zu positionieren.
  • Es ist eine zweite Form 126 (6) vorgesehen. Das zweite Formteil 126 der Spritzgussvorrichtung weist eine gewünschte Gestalt einer weiteren Hälfte des Schaufelblattes, das in dem Formteil gebildet wird, mit einem Ausmaß für das Schrumpfen und den Verzug auf. Eine Entlüftung 122 erstreckt sich von der Innenseite der zweiten Form 126 zu der Außenseite. Die zweite Form 126 wird bewegt, um mit der Form 120 verbunden zu werden und den Kern 22 einzuschließen. Es ist eine Leitung 124 vorgesehen, um einen aufgeschmolzenen Werkstoff in den durch die Formen 120, 126 erzeugten Hohlraum einzuleiten.
  • Anschließend wird der Schaufelblattteil 24 durch Spritzguss derart gebildet, dass er wenigstens einen Teil des Kerns 22 umhüllt. Der Schaufelblattteil 24 wird aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Das Kunststoffmaterial wird in der Spritzgussvorrichtung aufgeschmolzen. Der geschmolzene Kunststoff wird durch die Leitung 124 in die Formen 120, 126 gedrückt. Der Kunststoff kühlt anschließend ab und härtet aus, um die gewünschte Gestalt zu bilden, die durch den Hohlraum der Formen 120, 126 rund um den Kern 22 geformt wird.
  • Der Kern 22 weist mehrere Lücken oder Öffnungen 82 auf, die in dem Kern ausgebildet sind. Während des Spritzgussprozesses werden die Öffnungen 82 in dem Kern 22 mit dem geschmolzenen Kunststoffmaterial des Schaufelblattteils 24 gefüllt. Dies hält den Schaufelblattteil 24 an einer Stelle relativ zu dem Kern 22.
  • In der gesamten Beschreibung werden spezielle Ausdrücke verwendet. Die speziellen Ausdrücke sind nur für anschauliche und beschreibende Zwecke und nicht für den Zweck einer Beschränkung vorgesehen. Die Erfindung ist anhand wenigstens einer Ausführungsform beschrieben worden. Die Erfindung soll nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt werden. Modifikationen und andere Ausführungsformen sollen in dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sein.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundschaufelblattes enthält den Schritt der Bereitstellung eines Kerns 22, der aus einem Metall oder einem Keramikwerkstoff hergestellt ist. Es wird ein Schaufelblattabschnitt 24 aus Kunststoff angeformt, der wenigstens einen Teil des Kerns 22 umhüllt.
  • 10
    Laufschaufel
    20
    Verbundschaufelblatt
    22
    Kern
    24
    Schaufelblattteil, -abschnitt
    26
    Spitze
    40
    Spitze
    45
    Schwalbenschanzabschnitt
    44
    Vorderkante
    46
    Hinterkante
    62
    Druckseitige Fläche
    64
    Saugseitige Fläche
    82
    Mehrere Öffnungen
    84
    Abschnitt
    100
    Spitzenabschnitt
    102
    Vorderkante
    104
    Hinterkante
    120
    Spritzgussform
    122
    Entlüftung
    124
    Leitung
    126
    Zweite Form
    140
    Positionierzapfen

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundschaufelblattes, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellung eines Kerns (22), der aus einem Metall oder Keramikwerkstoff hergestellt ist; und Formen eines Kunststoffschaufelblattteils (24), so dass er wenigstens einen Teil des Kerns umhüllt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt der Schaffung wenigstens einer Öffnung (82) in dem Kern (22) enthält, und wobei der Formungsschritt ein Füllen der wenigstens einen Öffnung mit dem Kunststoffmaterial des Schaufelblattteils (24) enthält, um den Schaufelblattteil an einer Stelle in Bezug auf den Kern zu halten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kern (22) mit einer Vorderkante (102) versehen ist und der Formungsschritt ein Spritzgießen des Schaufelblattteils (24) aufweist, um die Vorderkante des Kerns einzuhüllen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Formungsschritt ein Spritzgießen des Schaufelblattteils (24) aufweist, um den Kern (22) vollständig einzuhüllen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Spritzgussschritt den Schritt der Schaffung einer endgültigen Gestalt und Beschaffenheit des Schaufelblattteils (24) enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schaffungsschritt ein Schaffen eines Metallkerns (22) durch einen Prozess auf weist, der aus Spritzguss, Modellausschmelzverfahren und/oder Schmieden ausgewählt ist.
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