DE102011084153A1

DE102011084153A1 - Sicherungsvorrichtung zur Sicherung, insbesondere axialen Sicherung, eines Schaufelelements und Verfahren zum Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen der Sicherungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011084153A1
Application number: DE102011084153A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hess; Erwin Bayer; Steffen Schlothauer; Markus Schlemmer; Steven Piorun
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-08
Also published as: DE102011084153B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherungsvorrichtung zur Sicherung eines Schaufelelements in einer Nut einer Laufscheibe, insbesondere einer Laufscheibe eines Verdichters oder einer Turbine, wobei die Sicherungsvorrichtung ein erstes und zweites Sicherungselement aufweist, die zwischen der Nut und dem Schaufelfuß einführbar und miteinander verrastbar oder formschlüssig verbindbar ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherungsvorrichtung zur Sicherung, insbesondere axialen Sicherung, eine Schaufelelements und ein Verfahren zum Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen der Sicherungsvorrichtung. Die Sicherungsvorrichtung wird dabei insbesondere bei Laufschaufeln einer Turbine oder eines Verdichters eine Flugzeugtriebwerks oder einer stationären Gasturbine eingesetzt.
Aus der DE 1 551 202 ist eine lösbare Sicherung für Laufschaufeln einer Strömungsmaschine bekannt. Eine Läuferscheibe, die Teil der Strömungsmaschine ist, weist dabei Axialnuten auf, in welche jeweils ein schwalbenschwanzförmiger Laufschaufelfuß einer Laufschaufel eingeschoben wird. Um jeden Laufschaufelfuß in seiner Axialnut so festzulegen, dass er sich darin nicht axial bewegen kann, ist ein Sicherungsblech vorgesehen. Das Sicherungsblech besteht dabei aus zwei selbständigen Teilen. Jeder Teil weist an seinen Enden Haltelappen auf, die sich an den beiden Stirnflächen des Schaufelfußes anlegen.
Ein solches Sicherungsblech hat jedoch den Nachteil, dass die Haltelappen entsprechend umgebogen werden müssen, um befestigt zu werden, wobei die Haltelappen dabei abbrechen oder Risse in den Haltelappen entstehen können.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Sicherungsvorrichtung zur Sicherung, insbesondere axialen Sicherung, eines Schaufelelements bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung wird nun eine Sicherungsvorrichtung für ein Schaufelelement, insbesondere ein Laufschaufelelement einer Turbine oder eines Verdichters eines Flugzeugtriebwerks oder einer stationären Gasturbine, bereitgestellt.
Es wird eine Sicherungsvorrichtung zur Sicherung eines Schaufelelements in einer Nut einer Laufscheibe, insbesondere einer Laufscheibe eines Verdichters oder einer Turbine, bereitgestellt, wobei die Sicherungsvorrichtung ein erstes und zweites Sicherungselement aufweist, die zwischen der Nut und dem Schaufelfuß einführbar und miteinander verrastbar oder miteinander formschlüssig verbindbar ausgebildet sind.
Die Sicherungsvorrichtung hat den Vorteil, dass sie leicht montiert werden kann, da die Sicherungselemente von gegenüberliegenden Seiten in die Nut unter den Schaufelfuß eingeführt und anschließend miteinander leicht verrastet oder formschlüssig miteinander verbunden werden können. Dabei ist ein Umbiegen von Haltelappen, wie im Stand der Technik zum Befestigen nicht mehr notwendig.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis/Idee besteht darin, eine Sicherungsvorrichtung zur Sicherung eines Schaufelelements bereitzustellen, bei welcher die Sicherungsvorrichtung montiert werden kann, ohne dass Haltelappen hierfür umgebogen werden müssen mittels einer Biegeeinrichtung. In einer bevorzugten Ausführungsform werden bei der Sicherungsvorrichtung gebogene Abschnitte mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt, so dass solche Abschnitte nicht wie bisher durch ein maschinelles Umbiegen hergestellt werden müssen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das erste Sicherungselement einen ersten Abschnitt mit mehreren Vertiefungen und einen von dem ersten Abschnitt abgewinkelten zweiten Abschnitt zur seitlichen Abstützung des Schaufelfußes auf. Der erste Abschnitt mit seinen Vertiefungen lässt sich sehr einfach und kostengünstig durch ein generatives Fertigungsverfahren herstellen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das zweite Sicherungselement einen ersten Abschnitt mit mehreren zu den Vertiefungen des ersten Sicherungselements korrespondierenden Vorsprüngen auf, zur Aufnahme der Vorsprünge in den Vertiefungen in zusammengesteckten Zustand. Das zweite Sicherungselement weist außerdem einen von dem ersten Abschnitt abgewinkelten zweiten Abschnitt zur seitlichen Abstützung des Schaufelfußes auf. Durch Zusammenstecken der Sicherungselemente mit ihren ersten Abschnitten können diese sehr leicht montiert werden. Dazu werden die Sicherungselemente von gegenüberliegenden Seiten mit ihren ersten Abschnitten in die Nut eingeführt und zusammengesteckt. Die beiden zweiten Abschnitte der Sicherungselemente liegen wiederum an der Laufscheibe an und sichern so das Schaufelelement vor einem ungewollten Herausschieben aus der Nut.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das erste Sicherungselement an einem vorderen Ende einen Schlitz mit wenigstens einer seitlichen Öffnung auf, zur Aufnahme und Einrasten eines ersten Abschnitts des zweiten Sicherungselements. Das erste Sicherungselement weist außerdem einen von dem ersten Abschnitt abgewinkelten zweiten Abschnitt auf. Der Schlitz mit der wenigstens einen Öffnung erlaubt ein Einführen und Einrasten eines entsprechenden Gegenstücks des zweiten Sicherungselements. Das zweite Sicherungselement weist hierbei wenigstens einen Rastabschnitt, insbesondere Hakenabschnitt auf, zum Einrasten in der zugeordneten Öffnung des Schlitzes. Die Sicherungselemente mit dem Schlitz und dem Rastabschnitt können mittels eines generativen Fertigungsverfahrens einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schlitz wenigstens einen Führungsabschnitt auf zum Führen des Rastabschnitts zu der Öffnung des Schlitzes. Der Führungsabschnitt hat den Vorteil, dass beispielsweise im Fall von zwei Rastabschnitten diese in jeweils entgegengesetzte Richtungen zu den zugeordneten Öffnungen des Schlitzes geleitet werden können.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der jeweils zweite Abschnitt des ersten Sicherungselements und/oder der zweite Abschnitt des zweiten Sicherungselements federnd ausgebildet. In eingebautem Zustand drückten die Sicherungselemente von beiden Seiten mit ihren zweiten Abschnitt gegen den Schaufelfuß bzw. die Laufscheibe.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist jeweils der erste Abschnitt des ersten Sicherungselements und/oder der erste Abschnitt des zweiten Sicherungselements federnd ausgebildet. Dadurch kann bei montierter Sicherungsvorrichtung diese den Schaufelfuß von unten nach außen gegen die Laufscheibe drücken.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der erste Abschnitt des ersten Sicherungselements eine Aufnahme zum Aufnehmen des ersten Abschnitts des zweiten Sicherungselements auf. Die Aufnahme ist beispielsweise derart ausgebildet, dass der erste Abschnitt des ersten Sicherungselements in zusammengestecktem Zustand mit dem ersten Abschnitt des zweiten Sicherungselements eine übergangslose oder im Wesentlichen übergangslose Verbindung bildet. Dies hat den Vorteil, dass die Sicherungsvorrichtung nicht mit einem sondern beiden Sicherungselementen beispielsweise an der Unterseite des Schaufelfußes anliegen und beispielsweise eine Federkraft der beiden ersten Abschnitte der Sicherungselemente übertragen kann.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist zwischen dem Ende des ersten Abschnitts des ersten Sicherungselements und dem Ende des ersten Abschnitts des zweiten Sicherungselements ein vorbestimmter oder definierter Spalt vorgesehen. Der Spalt kann dabei zum Toleranzausgleich vorgesehen werden.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenschnittansicht eines Schaufelelementes, welches an einer Laufscheibe mittels einer Sicherungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gesichert ist;
2 eine Vorderansicht des in der Laufscheibe gesicherten Schaufelelements und der Sicherungsvorrichtung gemäß 1;
3 eine Draufsicht auf die Sicherungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in zusammengebautem Zustand;
4 eine Seitenschnittansicht der Sicherungsvorrichtung gemäß 3;
5 eine Seitenansicht einer Sicherungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in zusammengebautem Zustand;
6 eine Draufsicht auf die Sicherungsvorrichtung gemäß 5 in einer teilweise geschnittenen Darstellung; und
7 ein Ablaufdiagramm zum Herstellen einer Sicherungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine stark vereinfachte Schnittansicht der Befestigung eines Schaufelelements 1 an einer Lauf- oder Radscheibe, mittels einer Sicherungsvorrichtung 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Bisher werden Laufschaufeln mit Sicherungsblechen gesichert, die zunächst eingelegt und dann auf einer Seite umgebogen werden. Die andere Seite des Sicherungsblechs ist dabei bereits vorgebogen. Als Alternative hierzu werden außerdem Drahtsicherungen und Nietsicherungen eingesetzt, die nach dem gleichen, nicht dynamischen Prinzip funktionieren, wie das zuvor beschriebene Sicherungsblech.
Das Sicherungsblech hat jedoch den Nachteil, dass es bei der Montage maschinell gebogen werden muss. Bei bestimmten, häufig notwendigen, Bauteilgeometrien brechen die Bleche jedoch während der Montage oder es entstehen Risse.
Gemäß der Erfindung wird nun eine Sicherungsvorrichtung 2 bereitgestellt, welche z.B. als Dichtblech, und ohne die mechanische Verformung in dem bisherigen Umfang montiert werden kann. Die Sicherungsvorrichtung 2 weist hierzu zwei Sicherungselemente 3, 4 auf, die mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sind und mit geringer mechanischer Verformung gefügt werden können.
Wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt ist, wird das Schaufelelement 1 mit seinem Schaufelfuß 5 in einer zugeordneten Nut 6 einer Scheibe 7, z.B. einer Lauf- oder Radscheibe, angeordnet und mittels der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung 1 gesichert. Üblicherweise bildet der Schaufelfuß 5 mit der Nut 6 eine Schwalbenschwanzverbindung 8, wie beispielhaft in 1 und nachfolgender 2 gezeigt ist. Der Schaufelfuß 5 wird durch die Schwalbenschwanzverbindung 8 in radialer Richtung durch die Laufscheibe 7 gehalten und durch die Sicherungsvorrichtung zusätzlich in axialer Richtung gesichert.
Die Sicherungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung weist ein erstes Sicherungselement 3 und ein zweites Sicherungselement 4 auf, welche jeweils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sind. Das erste Sicherungselement 4 weist dabei einen ersten Abschnitt 9 mit mehreren Vertiefungen 10, sowie einen von dem ersten Abschnitt 9 abgewinkelten zweiten Abschnitt 11 zur seitlichen Abstützung des Schaufelfußes auf. Der zweite Abschnitt 11 ist dabei derart ausgebildet und abgewinkelt, dass er zur seitlichen Abstützung des Schaufelfußes an dem Schaufelfuß und/oder der Laufscheibe anleigt und vorzugsweise eine Andruckkraft auf den Schaufelfuß und/oder die Laufscheibe ausübt. Das zweite Sicherungselement 4 weist einen ersten Abschnitt 12 auf mit mehreren Vorsprüngen 13, z.B. Zähnen oder Widerhaken, welche mit den Vertiefungen 10 des ersten Sicherungselements 3 korrespondieren und in verbautem Zustand in den Vertiefungen 10 des ersten Sicherungselements 3 aufgenommen sind. Die Verzahnung bestehend aus den kleinen Haken oder Widerhaken kann mit geringem Kraftaufwand einmalig zusammengefügt werden kann. Des Weiteren weist das zweite Sicherungselement 4 einen von dem ersten Abschnitt 12 abgewinkelten zweiten Abschnitt 14 auf.
Wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt ist, wird das erste Sicherungselement 3 von einer Seite in die Nut 6 unter den Schaufelfuß 5 geschoben und das zweite Sicherungselement 4 von der anderen Seite in die Nut 6 und unter den Schaufelfuß 5. Dabei werden das erste und zweite Sicherungselement 3, 4 miteinander verbunden, indem die Vorsprünge 13 des zweiten Sicherungselements 4 in den korrespondierenden Vertiefungen 10 des ersten Sicherungselements 3 aufgenommen werden.
Die beiden ersten und zweiten Sicherungselemente 3, 4 sind vorzugsweise federnd ausgebildet. Die beiden ersten Abschnitte 9, 12 des ersten und zweiten Sicherungselements 3, 4 bilden in einem zusammengebauten Zustand eine Feder, welche mit einer Kraft F_R den Schaufelfuß 5 gegen die Laufscheibe 7 nach außen drückt. Des Weiteren sind die beiden zweiten Abschnitte 11, 14 des ersten und zweiten Sicherungselements 3, 4 ebenfalls vorzugsweise federnd ausgebildet und drücken mit einer Kraft F jeweils z.B. gegen den die Laufscheibe 7.
Durch die Sicherungsvorrichtung 2 wird das Schaufelelement 1 mit seinem Schaufelfuß 5 in der Nut 6, z.B. einer Axialnut, der Laufscheibe 7 in axialer Richtung gesichert.
In 2 ist ein Ausschnitt der Laufscheibe 7 und des mittels der Sicherungsvorrichtung 2 in der Laufscheibe 7 gesicherten Schaufelelements 1 gemäß 1 gezeigt. Wie zuvor mit Bezug auf 1 beschrieben, weist die Laufscheibe 7 über den Umfang verteilt mehrere Nuten 6, z.B. Axialnuten auf, in welche die Schaufelfüße 5 der Schaufelelemente 1 einführbar sind. Die Axialnut 6 in dem Ausführungsbeispiel in 2 und der Schaufelfuß 5 sind derart gestaltet, dass sie eine Schwalbenschanzverbindung 8 bilden. Hierbei ist die Axialnut 6 beispielsweise mit einer entsprechenden Hinterschneidung ausgebildet, welche den Schaufelfuß 5 in radialer Richtung sichert. Das erste und zweite Sicherungselement 3, 4 der Sicherungsvorrichtung 2, welche mit einer gestrichelten Linie in 2 angedeutet ist, werden von jeweils gegenüberliegenden Seiten in die Axialnut 6 unter den Schaufelfuß 5 geschoben und miteinander in Eingriff gebracht.
Des Weiteren ist in 3 eine Draufsicht der zusammengebauten Sicherungsvorrichtung 2 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Wie zuvor beschrieben weist die Sicherungsvorrichtung 2 ein erstes und zweites Sicherungselement 3, 4 auf. Das erste Sicherungselement 3 weist dabei den ersten Abschnitt 9 auf, in welchem mehrere Vertiefungen 10 ausgebildet sind, wie mit einer gestrichelten Linie in 3 angedeutet ist, zum Aufnehmen der entsprechenden Vorsprünge 13 des ersten Abschnitts 12 des zweiten Sicherungselements 4. Wie in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 10 auf beiden Seiten geschlossen ausgebildet, so dass die Vorsprünge 13 nicht ungewollt aus den Vertiefungen seitlich herausrutschen können. Grundsätzlich können die Vertiefungen 10 jedoch auch an einer oder beiden Seiten offen ausgebildet sein (nicht dargestellt).
Des Weiteren weisen das erste und zweite Sicherungselement 3, 4 jeweils einen von dem ersten Abschnitt 9, 12 abgewinkelten zweiten Abschnitt 11, 14 auf. Der zweite Abschnitt 11, 14 des ersten bzw. zweiten Sicherungselements 3, 4 kann dabei, wie zuvor beschrieben, zusätzlich federnd ausgebildet sein. Entsprechend kann auch der erste Abschnitt 12 des ersten und zweiten Sicherungselements 3, 4 federnd ausgebildet sein. Die Sicherungsvorrichtung 2 wirkt dabei in eingebautem Zustand als Feder mit welcher der Schaufelfuß 5 nach außen gegen die Laufscheibe 7 gedrückt wird.
In 4 ist eine Seitenansicht der Sicherungsvorrichtung 2 gemäß 3 in einer geschnittenen Darstellung gezeigt. Das erste Sicherungselement 3 weist dabei den ersten Abschnitt 11 auf mit einer Aufnahme 15, beispielsweise in Form einer Vertiefung, zur Aufnahme des ersten Abschnitts 12 des zweiten Sicherungselements 4. In der Aufnahme 15 sind des Weiteren mehrere Vertiefungen 10 vorgesehen zum Aufnehmen der dazu korrespondierender Vorsprünge 13 des ersten Abschnitts 12 des zweiten Sicherungselements 4. Die Vorsprünge 13 sind dabei beispielsweise in Form von Zähnen oder Widerhaken ausgebildet, die wiederum in die entsprechend geformten Vertiefungen 10 des ersten Sicherungselements 3 eingreifen oder einhaken, wie in dem Ausführungsbeispiel in 4 illustriert ist.
Wie in dem zusammengebauten Zustand der beiden Sicherungselemente 3, 4 in 4 gezeigt ist, werden die Vorsprünge 13 des zweiten Sicherungselements 4 in den entsprechenden Vertiefungen 10 des ersten Sicherungselements 3 aufgenommen. Des Weiteren wird das zweite Sicherungselement 4 mit seinem ersten Abschnitt 12 dabei in der Aufnahme 15 des ersten Abschnitts 11 des ersten Sicherungselements 3 derart aufgenommen, dass das erste und das zweite Sicherungselement 3, 4 beispielsweise ohne Übergang miteinander verbindbar sind, wie in 4 angedeutet ist. Der zweite Abschnitt 11, 14 des jeweiligen Sicherungselements 3, 4 ist jeweils von dem ersten Abschnitt 9, 12 des Sicherungselements 3, 4 abgewinkelt ausgebildet. Der zweite Abschnitt 11, 14 ist hierbei z.B. federnd ausgebildet, so dass, wenn er durch den Schaufelfuß 5 beim Einbau auseinandergedrückt wird zurückfedern und so die Sicherungsvorrichtung 2 an den Schaufelfuß 5 und/oder der Laufscheibe 7 angedrückt werden kann. Wie zuvor beschrieben, wird die Sicherungsvorrichtung 2 gemäß der Erfindung mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt. Wie zuvor beschrieben, sind auch die ersten Abschnitte 9, 11 des ersten und zweiten Sicherungselements 3, 4 zusätzlich z.B. federnd ausgebildet, so dass sie in eingebautem Zustand als Feder wirken, welch den Schaufelfuß 5 des Schaufelelements 1 nach außen gegen die Laufscheibe 7 andrückt.
Im Allgemeinen gehören zu generativen Fertigungsverfahren beispielsweise das sog. Rapid Manufacturing und das sog. Rapid Prototyping. Bei der generativen Fertigung werden Bauteile insbesondere schichtweise durch Materialauftrag aufgebaut. Bei den entsprechenden Verfahren, die z.B. als Laser Cusing, Selective Laser Melting (SLM), Lasersintern, Selective Laser Sintering (SLS), Elektronenstrahlsintern, Electron Beam Melting (EBM), oder 3D-Printing usw. bekannt sind, wird der hinzuzufügende oder aufzutragende Werkstoff in Pulverform verarbeitet. Das Pulver wird hierbei insbesondere schichtweise auf eine Grundplatte oder einen Träger aufgetragen. Anschließend wird die Pulverschicht in einem Bauteilbereich zum Ausbilden des Bauteils mittels einer Energiestrahlung verfestigt, wie z.B. eines Laserstrahls und/oder Elektronenstrahls. Anschließend wird über dieser Pulverschicht die nächste Pulverschicht aufgetragen und mittels Energiestrahlung wiederum selektiv verfestigt. Auf diese Weise kann Schicht für Schicht das Bauteil aufgebaut werden. Die Verfestigung der jeweiligen Pulverschicht erfolgt dabei üblicherweise auf Basis von Geometriedaten, z.B. CAD-Daten, des herzustellenden Bauteils. Der Bereich der Pulverschicht kann beispielsweise abgescannt und der Bauteilbereich der Pulverschicht mittels Energiestrahlung verfestigt werden. Durch Einwirken der Energiestrahlung wird das Pulver in diesem Bereich gesintert oder aufgeschmolzen. Zudem kann die Verfestigung des Pulvers mittels Energiestrahlung ohne Abschirmung oder abgeschirmt z.B. in einer Schutzgas- oder Edelgasatmosphäre, oder im Vakuum, erfolgen.
Bei der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung 2 kann als Pulver beispielsweise ein Pulver aus einem Metall oder einer Metallergierung eingesetzt werden oder aus einem anderen geeigneten Material oder Materialkombination. Das Pulver wird, wie zuvor beschrieben, schichtweise auf einen Träger aufgebracht und in einem Bauteilbereich der Pulverschicht mittels Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle, wie z.B. einem Laser oder einer Elektronenstrahlquelle, verfestigt. Der Bauteilbereich umfasst dabei den Bereich des ersten Sicherungselements 3 bzw. zweiten Sicherungselements 4 der Sicherungsvorrichtung 2. Das erste Sicherungselement 3 wird dabei unabhängig von dem zweiten Sicherungselement 4 hergestellt. Später werden beide Sicherungselemente 3, 4 zusammen montiert zum Sichern eines Schaufelelements 1. Beide Sicherungselemente 3, 4 bilden hierbei gemeinsam die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung 2. Nachdem die Pulverschicht in ihrem Bauteilbereich mittels Energiestrahlung aufgeschmolzen und verfestigt wurde, wird die nächste Pulverschicht darüber aufgetragen und der Bauteilbereich dieser Pulverschicht mittels Energiestrahlung aufgeschmolzen und verfestigt. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das fertige Bauteil hergestellt ist, d. h. das erste bzw. zweite Sicherungselement 3, 4. Nach dem Entfernen des nicht verfestigten Pulvers kann das Sicherungselement 3 bzw. 4 sofort verwendet werden oder auch bei Bedarf noch nachbearbeitet oder nachbehandelt werden.
In 5 ist eine Seitenansicht der Sicherungsvorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Sicherungsvorrichtung 2 weist dabei ebenfalls ein erstes Sicherungselement 3 und ein zweites Sicherungselement 4 auf, welche mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, wie zuvor mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, hergesellt sind.
Das erste Sicherungselement 3 weist einen ersten Abschnitt 9 mit einem Schlitz 16 am vorderen Ende zum Aufnehmen eines ersten Abschnitts 11 des zweiten Sicherungselements 4 auf. Der Schlitz 16 ist in nachfolgender 6 in einer geschnittenen Darstellung gezeigt. Wie in dem Ausführungsbeispiel in 5 illustriert ist, kann der Schlitz 16 beispielsweise eine zusätzliche Öffnung 17 auf einer oder beiden Seiten des Sicherungselements 3, 4 aufweisen.
Des Weiteren weist das erste Sicherungselement 3 einen zu dem ersten Abschnitt 9 abgewinkelten zweiten Abschnitt 11 auf. Der zweite Abschnitt 11 ist dabei beispielsweise federnd ausgebildet.
Das zweite Sicherungselement 4 weist einen ersten Abschnitt 12 auf, welcher wenigstens einen oder wie in dem Ausführungsbeispiel in 5 gezeigt ist, zwei Rastelemente 18 aufweist, die jeweils einen seitlichen Hakenabschnitt 19 aufweisen, zum Einführen und Einhaken oder Einrasten in den Schlitz 16 des ersten Sicherungselements 3. Die Rastelemente 18 mit ihren seitlichen Hakenabschnitten 19 wie in 5 und nachfolgender 6 illustriert ist, werden dabei in den Schlitz 16 eingeführt und in der jeweiligen seitlichen Öffnung 17 des Schlitzes 16 eingehakt oder eingerastet.
Der Knick des Hakenabschnitts 19 zur Seite bzw. in Richtung der Öffnung 17 bewirkt eine zusätzliche Versteifung und sorgt dafür, dass der erste Abschnitt 12 des zweiten Seitenelements 4 nicht in der dritten Raumrichtung gelöst werden kann.
Das zweite Sicherungselement 4 weist ebenfalls einen von dem ersten Abschnitt 12 abgewinkelten zweiten Abschnitt 14 auf. Der zweite Abschnitt 14 kann ebenfalls federnd ausgebildet sein.
In 6 ist eine Draufsicht der Sicherungsvorrichtung 2 gemäß 5 gezeigt, in einer teilweise geschnittenen Darstellung. Dabei ist das zweite Seitenelement 4 mit seinem ersten Abschnitt 12 und dessen beiden Rastelementen 18 und ihren Hakenabschnitten 19 in den vorderen Schlitz 16 des ersten Abschnitts 9 des ersten Sicherungselements 3 eingeführt. Beim Zusammenfügen des ersten und zweiten Sicherungselements 3, 4 werden die Rastelemente 18 elastisch nach innen gebogen und spreizen sich anschließend in eingebautem Zustand, d. h. wenn die Hakenabschnitte 19 in den Öffnungen 17 eingerastet oder eingehakt sind. Dabei können die Rastelemente 18 in eingebautem Zustand zusätzlich vorgespannt sein und gegen die Innenwand 23 des ersten Sicherungselements 3 drücken (nicht dargestellt). Die Rastelemente 18 des zweiten Sicherungselements 4 sind mit ihren Hakenabschnitten 19 in den beiden seitlichen Öffnungen 17 des Schlitzes 16 eingehakt oder eingerastet, wie in 6 gezeigt ist. Die Hakenabschnitte 19 können hierbei derart ausgebildet sein, dass sie mit ihrer Spitze 21 z.B. senkrecht zu einer Längsachse 22 des zweiten Seitenelements 4 ausgerichtet sind (Winkel α = 90° nicht dargestellt) oder in einem Winkel α > 90° (nicht dargestellt) oder vorzugsweise in einem Winkel α < 90°, wie in 6 angedeutet ist. In letzterem Fall bilden die Hakenabschnitte 19 eine schräge Verzahnung mit dem Sicherungselement 3. Durch die Hakenabschnitte 19, deren Spitzen 21 einen Winkel α < 90° zu der Längsachse 22 des zweiten Seitenelements 4 bilden, kann eine Vorspannung für die Hakenabschnitte 19 in eingebautem Zustand erzeugt werden.
Durch die Vorspannung der Rastelemente 18, durch welche die Rastelemente 18 in eingebautem Zustand gegen die Innenwand 23 des ersten Sicherungselements 3 gedrückt werden (nicht dargestellt), und/oder durch die schräge Verzahnung der Hakenabschnitte 19, wie in 6 gezeigt ist, kann einem ungewollten Lösen des zweiten Sicherungselements 4 von dem ersten Sicherungselement 3 zusätzlich entgegengewirkt werden. Des Weiteren können die Hakenabschnitte 19 derart ausgebildet sein, dass sie mit ihren Spitzen 21 aus den Öffnungen 17 der Schlitze 16 in eingebautem Zustand herausragen. Dadurch kann das Einrasten der Hakenabschnitte 19 von außen überprüft werden, insbesondere wenn die Spitzen 21 der Hakenabschnitte 19 einen Winkel α < 90° aufweisen, da die Spitzen 21 der Hakenabschnitte 19 aus dem Gegenstück, d. h. dem ersten Sicherungselement 3, herausragen. Ebenso können die Hakenabschnitte 19 auch derart ausgebildet sein, dass deren Spitzen nicht aus dem Schlitz 16 bzw. dessen Öffnungen 17 herausragen.
Die beiden Sicherungselemente 3, 4 können dabei mit ihren ersten Abschnitten 9, 12 in montiertem Zustand aneinander anliegen (nicht dargestellt), vorzugsweise ohne Übergang, oder es kann ein Spalt 20 zwischen den beiden ersten Abschnitten 9, 12 vorgesehen sein. Der Spalt 20 kann hierbei zum Toleranzausgleich vorgesehen werden. Ein solcher Spalt kann optional auch zwischen den beiden Enden der ersten Abschnitte 9, 12 des ersten und zweiten Sicherungselements 3, 4 gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen werden, wie zuvor mit Bezug auf die 1–4 beschrieben wurde. In den 1–4 ist ein Ausführungsbeispiel ohne einen Spalt gezeigt. Es kann jedoch ein Spalt vorgesehen werden.
Wie insbesondere zuvor in 5 gezeigt ist, werden die beiden Sicherungselemente 3, 4 von gegenüberliegenden Seiten in eine Axialnut einer Laufscheibe unter einen Schaufelfuß 5 eines Schaufelelements 1 eingeschoben. Der Schaufelfuß 5 ist dabei mit einer gepunkteten Linie in 5 angedeutet. Dabei wird das zweite Sicherungselement 4 mit seinen beiden Rastelementen 18 und deren Hakenabschnitte 19 in den vorderen Schlitz 16 des ersten Sicherungselements 3 eingeschoben und eingerastet, zum Montieren der Sicherungsvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dabei können die beiden ersten Abschnitte 9, 12 der beiden Sicherungselemente 3, 4 optional zusätzlich federnd ausgebildet sein derart, dass sie in zusammengebauten Zustand den Schaufelfuß 5 gegen die Laufscheibe 7 bzw. deren Nut 6 nach außen drücken. Das erste und zweite Sicherungselement 3, 4 wird elastisch gegen die Schaufel und deren Schaufelfuß 5 und die Laufscheibe 7 gepresst in eingebautem Zustand.
In 7 ist ein Beispiel für ein Ablaufdiagramm zum Herstellen einer Sicherungsvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform gezeigt.
In einem ersten Schritt S1 wird mittels des generativen Fertigungsverfahrens das erste Sicherungselement aufgebaut. Dabei wird eine mittels einer Energiestrahlung verfestigbare Pulverschicht auf einen Träger oder eine Grundplatte aufgebracht. Anschließend wird ein Bauteilbereich der Pulverschicht mittels der Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle, wie z.B. einem Laser oder einer Elektronenstrahleinrichtung, aufgeschmolzen und verfestigt. Der Bauteilbereich umfasst dabei das erste Sicherungselement. Anschließend wird die nächste Pulverschicht über der zuvor selektiv verfestigten Pulverschicht aufgebracht und in ihrem Bauteilbereich mittels der Energiestrahlung aufgeschmolzen und verfestigt. Der Schritt wird solange wiederholt bis das fertige Bauteil, d. h. das erste Sicherungselement, aus den Bauteilbereichen aufgebaut ist. Anschließend wird in einem Schritt S2 das nicht verfestigte Pulver entfernt und das Sicherungselement kann verwendet oder bei Bedarf nachbearbeitet werden.
Das zweite Sicherungselement wird wie das erste Sicherungselement hergestellt und daher nicht extra beschrieben. Die Erfindung ist auf den genannten Verfahrensablauf gemäß 7 nicht beschränkt. Wie zuvor mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, sind eine Vielzahl von generativen Fertigungsverfahren zur Herstellung der Sicherungselemente der Sicherungsvorrichtung geeignet.
Als Schaufelelement kann mittels der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung, wie sie zuvor mit Bezug auf die 1 bis 7 beschrieben wurde, beispielsweise eine Laufschaufel eines Verdichters oder einer Turbine eines Flugzeugtriebwerks oder einer stationären Gasturbine gesichert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.
Bezugszeichenliste

1: Schaufelelement
2: Sicherungsvorrichtung
3: erstes Sicherungselement
4: zweites Sicherungselement
5: Schaufelfuß
6: Nut
7: Scheibe (Lauf- oder Radscheibe)
8: Schwalbenschwanzverbindung
9: erster Abschnitt (erstes Sicherungselement)
10: Vertiefung (erstes Sicherungselement)
11: zweiter Abschnitt (erstes Sicherungselement)
12: erster Abschnitt (zweites Sicherungselement)
13: Vorsprung (zweites Sicherungselement)
14: zweiter Abschnitt (zweites Sicherungselement)
15: Aufnahme
16: Schlitz
17: Öffnung
18: Rastelement
19: Hakenabschnitt
20: Spalt
21: Spitze (Hakenabschnitt)
22: Längsachse (zweites Sicherungselement)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1551202 [0002]

Claims

Sicherungsvorrichtung (2) zur Sicherung eines Schaufelelements (1) in einer Nut (6) einer Laufscheibe, insbesondere einer Laufscheibe eines Verdichters oder einer Turbine, wobei die Sicherungsvorrichtung (2) ein erstes und zweites Sicherungselement (3, 4) aufweist, die zwischen der Nut (6) und dem Schaufelfuß (5) einführbar und miteinander verrastbar oder formschlüssig verbindbar ausgebildet sind.
Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sicherungselement (3) einen ersten Abschnitt (9) mit mehreren Vertiefungen (10) und einen von dem ersten Abschnitt (9) abgewinkelten zweiten Abschnitt (11) aufweist.
Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sicherungselement (4) einen ersten Abschnitt (12) mit mehreren zu den Vertiefungen (10) des ersten Sicherungselements (3) korrespondierenden Vorsprüngen (13) aufweist, und wobei das zweite Sicherungselement (4) einen von dem ersten Abschnitt (12) abgewinkelten zweiten Abschnitt (14) zur seitlichen Abstützung des Schaufelfußes aufweist.
Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sicherungselement (3) an einem vorderen Ende einen Schlitz (16) aufweist mit wenigstens einer seitlichen Öffnung (17) zur Aufnahme eines ersten Abschnitts (12) des zweiten Sicherungselements (4) und wobei das erste Sicherungselement (1) einen von dem ersten Abschnitt (12) abgewinkelten zweiten Abschnitt (14) zur seitlichen Abstützung des Schaufelfußes aufweist.
Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sicherungselement (4) wenigstens ein Rastelement (18) zum Einrasten in der zugeordneten Öffnung (17) des Schlitzes (16) aufweist.
Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (18) einen Hakenabschnitt (19) aufweist zum Einhaken oder Einrasten in der zugeordneten Öffnung (17) des Schlitzes (16), wobei eine Spitze (21) des Hakenabschnitts (19) einen Winkel (α) ≤ 90° zu einer Längsachse (22) des zweiten Sicherungselements (4) aufweist und wobei die Rastelemente (18) vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass sie in eingebautem Zustand vorgespannt sind und gegen eine Innenwand (23) des ersten Sicherungselements (3) drücken.
Sicherungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils zweite Abschnitt (11) des ersten Sicherungselements (3) und/oder der zweite Abschnitt (14) des zweiten Sicherungselements (4) federnd ausgebildet ist.
Sicherungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (9) des ersten Sicherungselements (3) und/oder der erste Abschnitt (12) des zweiten Sicherungselements (4) federnd ausgebildet ist.
Sicherungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (9) des ersten Sicherungselements (3) eine Aufnahme (15) zum Aufnehmen des ersten Abschnitts (12) des zweiten Sicherungselements (4) aufweist, wobei die Aufnahme (15) vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass der erste Abschnitt (9) des ersten Sicherungselements (3) in zusammengestecktem Zustand mit dem ersten Abschnitt (12) des zweiten Sicherungselements (4) auf der Oberseite und/oder Unterseite eine übergangslose oder im Wesentlichen übergangslose Verbindung bildet.
Sicherungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Ende des ersten Abschnitts (9) des ersten Sicherungselements (3) und einem Ende des ersten Abschnitts (12) des zweiten Sicherungselements (4) ein vorbestimmter Spalt (20) vorgesehen ist.
Sicherungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsvorrichtung (2) und deren erstes und zweites Sicherungselement (3, 4) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sind.
Flugzeugtriebwerk mit einem Schaufelelement (1) und einer Laufscheibe (7) mit einer Nut (6), wobei das Schaufelelement (1) in der Nut (6) mittels einer Sicherungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gesichert ist.
Gasturbine mit einem Schaufelelement (1) und einer Laufscheibe (7) mit einer Nut (6), wobei das Schaufelelement (1) in der Nut (6) mittels einer Sicherungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 gesichert ist.
Verfahren zum Ausbilden, Reparieren oder Austauschen einer Sicherungsvorrichtung (2) zur Sicherung eines Schaufelelements (1) in einer Nut (6) einer Laufscheibe, insbesondere einer Laufscheibe eines Verdichters oder einer Turbine, wobei die Sicherungsvorrichtung (2) ein erstes und zweites Sicherungselement (3, 4) aufweist, die zwischen der Nut (6) und dem Schaufelfuß (5) einführbar und zusammensteckbar ausgebildet sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Auftragen einer mittels Energiestrahlung verfestigbaren Pulverschicht auf einen Träger; Verfestigen der Pulverschicht mittels Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle in einem Bauteilbereich der Pulverschicht, wobei der Bauteilbereich die Sicherungsvorrichtung umfasst; Verfahren des Trägers um eine Schichtdicke und Auftragen einer nächsten Pulverschicht; Verfestigen der Pulverschicht mittels Energiestrahlung der Energiestrahlungsquelle in dem Bauteilbereich der Pulverschicht und wiederholen der Schritte bis die fertige Sicherungsvorrichtung aus den verfestigten Bauteilbereichen aufgebaut ist.