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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein Turbomaschinen. Insbesondere betrifft
die Erfindung die Herstellung eines Schaufelblattes einer Turbomaschine mit
Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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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:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Schaufelblattes aus Verbundwerkstoff
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, mit einer inneren Komponente, die durch Strichlinien
dargestellt ist;
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2 eine
Explosionsansicht des in 1 veranschaulichten Verbundschaufelblattes;
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3 eine
Querschnittsansicht des Verbundschaufelblattes nach 1,
die in etwa entlang der Linie 3-3 in 1 geschnitten
ist;
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4 eine
Perspektivansicht eines Spritzgussformteils gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung;
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5 eine
Perspektivansicht eines weiteren Spritzgussformteils mit dem darin
aufgenommenen Verbundschaufelblatt; und
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6 eine
Perspektivansicht der in den 4 und 5 veranschaulichten
Formteile, wie sie das Verbundschaufelblatt umgreifen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einer Anwendung des Verbundschaufelblattes 20 für eine Verdichterlaufschaufel
einer Gasturbine enthält
der Fuß 26 gewöhnlich einen
Schwalbenschwanzabschnitt 42 (1–2)
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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