DE102016123772A1

DE102016123772A1 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Komponenten mit inneren Durchgängen unter Verwendung eines ummantelten Kerns

Info

Publication number: DE102016123772A1
Application number: DE102016123772.8A
Authority: DE
Inventors: Stephen Francis Rutkowski
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2017-06-22
Also published as: JP2017109244A; US10150158B2; CN107030260A; CN107030260B; US20170173680A1; JP6862162B2

Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung einer Komponente mit einem darin definiert inneren Durchgang enthält ein Positionieren eines ummantelten Kerns in Bezug auf eine Gießform. Der ummantelte Kern enthält eine hohle Struktur, die aus einem ersten Material ausgebildet ist, und einen inneren Kern, der aus einem Innenkernmaterial ausgebildet ist, das innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist. Das Verfahren enthält ferner ein Einführen eines Komponentenmaterials in einem geschmolzenen Zustand in einen Hohlraum der Gießform hinein, so dass das Komponentenmaterial in dem geschmolzenen Zustand das erste Material von einem Abschnitt des ummantelten Kerns innerhalb des Hohlraums wenigstens teilweise absorbiert. Das Verfahren enthält ferner ein Abkühlen des Komponentenmaterials in dem Hohlraum, um die Komponente zu bilden, und Entfernen des Innenkernmaterials aus der Komponente, um den inneren Durchgang zu bilden.

Description

HINTERGRUND
Das Gebiet der Offenbarung betrifft im Allgemeinen Komponenten mit einem darin definierten inneren Durchgang und insbesondere die Erzeugung solcher Komponenten unter Verwendung eines ummantelten Kerns.
Einige Komponenten erfordern, dass darin ein innerer Durchgang definiert ist, um beispielsweise eine beabsichtigte Funktion zu erfüllen. Zum Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, sind einige Komponenten, wie z.B. Heißgaspfadkomponenten von Gasturbinen, hohen Temperaturen ausgesetzt. Wenigstens einige solche Komponenten weisen darin definierte innere Durchgänge auf, um eine Strömung eines Kühlfluids derart aufzunehmen, dass die Komponenten besser den hohen Temperaturen widerstehen können. Als weiteres Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, sind einige Komponenten an einer Verbindungsstelle mit einer weiteren Komponente einer Reibung ausgesetzt. Wenigstens einige solche Komponenten weisen darin definierte innere Durchgänge auf, um zur Unterstützung einer Reduzierung der Reibung eine Strömung eines Schmiermittels aufzunehmen.
Wenigstens einige bekannte Komponenten mit einem darin definierten inneren Durchgang werden in einer Gießform erzeugt, wobei sich ein Kern aus einem keramischen Material innerhalb des Gießformhohlraums an einem Ort erstreckt, der für den inneren Durchgang ausgewählt wurde. Nachdem eine geschmolzene Metalllegierung in den Gießformhohlraum um den keramischen Kern herum eingeführt und abgekühlt wird, um die Komponente zu bilden, wird der keramische Kern entfernt, z.B. durch ein chemisches Auslaugen, um den inneren Durchgang zu bilden. Wenigstens einige bekannte keramische Kerne sind jedoch zerbrechlich, was zur Folge hat, dass Kerne schwierig und teuer herzustellen und ohne Beschädigung zu handhaben sind. Außerdem werden einige Gießformen, die zur Bildung solcher Komponenten verwendet werden, durch Feinguss gebildet, und wenigstens einigen bekannten keramischen Kernen fehlt es an ausreichender Festigkeit, um zuverlässig einem Einspritzen von Material, wie z.B. aber nicht darauf beschränkt, Wachs, der zur Bildung eines Musters für den Feingussprozess verwendet wird, standzuhalten.
Alternativ oder zusätzlich dazu werden wenigstens einige bekannte Komponenten mit einem darin definierten inneren Durchgang ursprünglich ohne den inneren Durchgang erzeugt, und der innere Durchgang wird in einem darauffolgenden Prozess gebildet. Zum Beispiel werden wenigstens einige bekannte innere Durchgänge durch Bohren des Durchgangs in der Komponente, z.B., aber nicht darauf beschränkt, unter Verwendung eines elektrochemischen Bohrprozesses gebildet. Wenigstens einige solche Bohrprozessesind jedoch relativ zeitaufwändig und teuer. Darüber hinaus können wenigstens einige solche Bohrprozesse eine Krümmung des inneren Durchgangs, die für bestimmte Komponentenkonstruktionen erforderlich ist, nicht erzeugen.
KURZE BESCHREIBUNG
In einem Aspekt ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Komponente mit einem darin definierten inneren Durchgang geschaffen. Das Verfahren enthält ein Anordnen eines ummantelten Kerns bezüglich einer Gießform. Der ummantelte Kern enthält eine hohle Struktur, die aus einem ersten Material geformt ist, und einen inneren Kern, der aus einem Innenkernmaterial gebildet ist, welches innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist. Das Verfahren enthält ferner ein Einführen eines Komponentenmaterials in einem geschmolzenen Zustand in einen Hohlraum der Gießform hinein, so dass das Komponentenmaterial in dem geschmolzenen Zustand wenigstens teilweise das erste Material von einem Abschnitt des ummantelten Kerns innerhalb des Hohlraums absorbiert. Das Verfahren enthält ferner ein Abkühlen des Komponentenmaterials in dem Hohlraum, um die Komponente zu bilden, und Entfernen des Innenkernmaterials aus der Komponente, um den inneren Durchgang zu bilden.
Das zuvor erwähnte Verfahren kann ferner ein Befestigen des ummantelten Kerns bezüglich der Gießform aufweisen, so dass der ummantelte Kern während des Einführen und des Abkühlens des Komponentenmaterials bezüglich der Gießform fixiert bleibt.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Entfernen des Innenkernmaterials aus der Komponente ein Entfernen des Innenkernmaterials aus der Komponente, ohne das Komponentenmaterial zu beeinträchtigen, aufweisen.
Einige Ausführungsformen jedes vorstehend erwähnten Verfahrens können ferner ein Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial aufweisen, um den ummantelten Kern zu bilden.
Außerdem können die Ausführungsformen des zuvor erwähnten Verfahrens vor dem Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial ferner ein Vorformen der hohlen Struktur aufweisen, damit diese der ausgewählten nichtlinearen Form des inneren Durchgangs entspricht.
Insbesondere kann die Komponente eine von einer Rotorlaufschaufel und einer Statorleitschaufel enthalten, wobei das Vorformen der hohlen Struktur ein Vorformen der hohlen Struktur aufweisen kann, damit diese der nichtlinearen Form des inneren Durchgangs entspricht, die zu einer axialen Verwindung der Komponente komplementär ist.
In einigen Ausführungsformen jedes vorstehend erwähnten Verfahrens, kann eine Außenfläche des inneren Kerns wenigstens ein ausgespartes Merkmal aufweisen, wobei das Verfahren ferner das Formen des inneren Durchgangs mit wenigstens einem Durchgangswandmerkmal aufweisen kann, das zu der Form des wenigstens einen ausgesparten Merkmals komplementär ist.
Die zuletzt erwähnten Ausführungsformen des Verfahrens können ferner ein Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, um den ummantelten Kern zu bilden, und, vor dem Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, ein Vorformen der hohlen Struktur aufweisen, um die Form des wenigstens einen ausgesparten Merkmals zu definieren.
Außerdem kann das Vorformen der hohlen Struktur das Crimpen der hohlen Struktur aufweisen, um wenigstens eine Einkerbung zu bilden.
Die zuletzt erwähnten Ausführungsformen des Verfahrens können ferner ein Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, um den ummantelten Kern zu bilden, und, nach dem Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, ein Manipulieren des ummantelten Kerns aufweisen, um die Form des wenigstens einen ausgesparten Merkmals zu definieren.
Außerdem kann das Manipulieren des ummantelten Kerns ein Einformen wenigstens einer Aussparung in dem inneren Kern aufweisen.
Weiter zusätzlich kann das Einformen der wenigstens einen Aussparung in dem inneren Kern ein Einformen länglicher Aussparungen in gegenüberliegenden Längsseiten der Außenfläche aufweisen.
In dem Verfahren jeder vorstehend erwähnten Art kann der ummantelte Kern einen Spitzenabschnitt und einen Wurzelabschnitt enthalten, und das Verfahren kann ferner ein Formen der Gießform durch ein Feingussverfahren aufweisen, wobei wenigstens einer von dem Spitzenabschnitt und dem Wurzelabschnitt während des Feingussverfahrens in der Gießform untergebracht sein kann.
In einem weiteren Aspekt ist eine Gießformanordnung zur Verwendung beim Formen einer Komponente mit einem darin definierten inneren Durchgang geschaffen. Die Komponente wird aus einem Komponentenmaterial gebildet. Die Gießformanordnung enthält eine Gießform, die darin einen Gießformhohlraum definiert. Die Gießformanordnung enthält ferner einen ummantelten Kern, der bezüglich der Gießform angeordnet ist. Der ummantelte Kern enthält eine hohle Struktur, die aus einem ersten Material ausgebildet ist, und einen inneren Kern, der aus einem Innenkernmaterial ausgebildet ist, das innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist. Das erste Material ist in einem geschmolzenen Zustand wenigstens teilweise durch das Komponentenmaterial absorbierbar. Ein Abschnitt des ummantelten Kerns ist innerhalb des Gießformhohlraums derart angeordnet, dass der innere Kern des Abschnitts eine Position des inneren Durchgangs innerhalb der Komponente definiert.
In der vorstehend erwähnten Gießformanordnung kann die hohle Struktur den inneren Kern wesentlich strukturell verstärken.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Innenkernmaterial von dem Komponentenmaterial entfernbar sein, ohne das Komponentenmaterial wesentlich zu beeinträchtigen.
Weiter zusätzlich oder als eine weitere Alternative dazu kann eine Form der hohlen Struktur einer ausgewählten nichtlinearen Form des inneren Durchgangs entsprechen.
In einigen Ausführungsformen jeder vorstehend erwähnten Gießformanordnung kann eine Außenfläche des inneren Kerns wenigstens ein ausgespartes Merkmal aufweisen, das zu der Form wenigstens eines Durchgangswandmerkmals des inneren Durchgangs komplementär ist.
In den zuletzt erwähnten Ausführungsformen der Gießformanordnung kann die hohle Struktur wenigstens eine Einkerbung aufweisen, wobei jede diese wenigstens eine Einkerbung wenigstens ein entsprechendes von dem wenigstens einen ausgesparten Merkmal definieren kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die hohle Struktur wenigstens eine Öffnung in der Nähe des wenigstens einen ausgesparten Merkmals aufweisen.
In der Gießformanordnung jeder vorstehend erwähnten Art kann das Komponentenmaterial eine Legierung sein, und das erste Material kann wenigstens ein Bestandteilmaterial der Legierung aufweisen.
ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Rotationsmaschine;
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaften Komponente zur Verwendung mit der in 1 gezeigten Rotationsmaschine;
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaften Gießformanordnung zur Herstellung der in 2 gezeigten Komponente, wobei die Gießformanordnung einen ummantelten Kern enthält, der bezüglich einer Gießform angeordnet ist;
4 ist ein schematischer Querschnitt eines beispielhaften ummantelten Kerns zur Verwendung mit der in 3 gezeigten Gießformanordnung, geschnitten entlang der in 3 gezeigten Linien 4-4;
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer weiteren beispielhaften Komponente zur Verwendung mit der in 1 gezeigten Rotationsmaschine, wobei die Komponente einen inneren Durchgang enthält, der mehrere Durchgangswandmerkmale aufweist;
6 ist eine schematische perspektivische weggeschnittene Ansicht eines weiteren beispielhaften ummantelten Kerns zur Verwendung mit der in 3 gezeigten Gießformanordnung, um die Komponente mit Durchgangswandmerkmalen zu bilden, wie sie in 5 gezeigt sind;
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer noch weiteren beispielhaften Komponente zur Verwendung mit der in 1 gezeigten Rotationsmaschine, wobei die Komponente einen inneren Durchgang aufweist, der eine weitere mehrere Durchgangswandmerkmale aufweist;
8 ist eine schematische perspektivische weggeschnittene Ansicht eines noch weiteren beispielhaften ummantelten Kerns zur Verwendung mit der in 3 gezeigten Gießformanordnung, um die Komponente mit Durchgangswandmerkmalen zu bilden, wie sie in 7 gezeigt sind;
9 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer weiteren beispielhaften Komponente zur Verwendung mit der in 1 gezeigten Rotationsmaschine, wobei die Komponente einen inneren Durchgang enthält, der einen konturierten Querschnitt aufweist;
10 ist eine schematische perspektivische weggeschnittene Ansicht eines weiteren beispielhaften ummantelten Kerns zur Verwendung mit der in 3 gezeigten Gießformanordnung, um die Komponente zu bilden, die den in 9 gezeigten inneren Durchgang aufweist;
11 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Erzeugung einer Komponente mit einem darin definierten inneren Durchgang, wie z.B. eine beliebigen der in den 2, 5, 7 und 9 gezeigten Komponenten; und
12 ist eine Fortsetzung des Flussdiagramms aus 11.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen, wird auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, die mit folgender Bedeutung definiert werden sollen.
Die Einzahlformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ schließen Pluralbezeichnungen ein, sofern der Zusammenhang nicht klar etwas anderes aussagt.
„Wahlweise" oder „optional“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der Umstand auftreten kann oder auch nicht, und dass die Beschreibung Fälle einschließt, in welchen das Ereignis auftritt, und Fälle, in welchen es nicht auftritt.
Eine annähernde Ausdrucksweise, wie sie hierin über die gesamte Beschreibung und Ansprüche hinweg eingesetzt wird, kann verwendet werden, um eine quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässigerweise abweichen könnte, ohne eine Änderung der grundlegenden Funktion hervorzurufen, mit der sie in Beziehung steht. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen oder mehrere Begriffe, wie „etwa“, „ungefähr“ und „im Wesentlichen“, modifiziert ist, nicht unbedingt auf den spezifizierten genauen Wert beschränkt. In wenigstens einigen Fällen kann die annähernde Sprache der Genauigkeit eines Instrumentes zum Messen des Wertes entsprechen. Hier und in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen können Bereichseinschränkungen identifiziert werden. Solche Bereiche können kombiniert und/oder gegeneinander ausgetauscht werden und umfassen alle darin enthaltenen Unterbereiche, wenn nicht der Kontext oder die Sprache etwas anderes aussagt.
Die hierin beschriebenen beispielhaften Komponenten und Verfahren überwinden wenigstens einige der Nachteile, die mit bekannten Anordnungen und Verfahren zur Erzeugung einer Komponente mit einem darin definierten inneren Durchgang zusammenhängen. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen stellen einen ummantelten Kern bereit, der in Bezug auf eine Gießform positioniert ist. Der ummantelte Kern enthält (i) eine hohle Struktur, die aus einem ersten Material gebildet ist, und (ii) einen inneren Kern, der aus einem Innenkernmaterial gebildet ist, das innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist. Der innere Kern erstreckt sich innerhalb des Gießformhohlraums, um eine Position des inneren Durchgangs innerhalb der in der Gießform zu erzeugenden Komponente zu definieren. Das erste Material verstärkt den inneren Kern strukturell und ist ausgewählt, um von einem Komponentenmaterial, das in den Gießformhohlraum eingeführt ist, um die Komponente zu bilden, im Wesentlichen absorbierbar zu sein. In bestimmten Ausführungsformen ermöglicht die hohle Struktur ferner ein Formen einer Außenfläche des inneren Kerns, um komplementäre Durchgangswandmerkmale in dem innerer Durchgang zu bilden, während gleichzeitig mit dem Formen der Außenfläche des inneren Kerns zusammenhängende Zerbrechlichkeitsprobleme reduziert oder eliminiert werden.
1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Rotationsmaschine 10, die Komponenten aufweist, für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Rotationsmaschine 10 eine Gasturbine, die einen Einlassabschnitt 12, einen Verdichterabschnitt 14, der stromabwärts von dem Einlassabschnitt 12 gekoppelt ist, einen Brennkammerabschnitt 16, der stromabwärts von dem Verdichterabschnitt 14 gekoppelt ist, einen Turbinenabschnitt 18, der stromabwärts von dem Brennkammerabschnitt 16 gekoppelt ist, und einen Auslassabschnitt 20 enthält, der stromabwärts von dem Turbinenabschnitt 18 gekoppelt ist. Ein im Wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 36 umschließt wenigstens teilweise einen oder mehrere von dem Einlassabschnitt 12, dem Verdichterabschnitt 14, dem Brennkammerabschnitt 16, dem Turbinenabschnitt 18 und dem Auslassabschnitt 20. In alternativen Ausführungsformen ist die Rotationsmaschine 10 eine beliebige Rotationsmaschine, für die Komponenten, die mit inneren Durchgängen, wie sie hierin beschrieben sind, ausgebildet sind, geeignet sind. Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zum Zwecke einer Veranschaulichung in dem Kontext einer Rotationsmaschine beschrieben sind, sollte es darüber hinaus verständlich sein, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen in jedem Kontext anwendbar sind, der eine Komponente verwendet, welche mit einem darin definierten inneren Durchgang geeignet ausgebildet ist.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Turbinenabschnitt 18 mit dem Verdichterabschnitt 14 über eine Rotorwelle 22 gekoppelt. Es sollt beachtet werden, dass, wie er hierin verwendet wird, der Begriff „koppeln“ nicht auf eine direkte mechanische, elektrische und/oder Kommunikationsverbindung zwischen Komponenten beschränkt ist, sondern auch eine indirekte mechanische, elektrische, und/oder Kommunikationsverbindung zwischen mehreren Komponenten umfassen kann.
Während eines Betriebs der Gasturbine 10 leitet der Einlassabschnitt 12 Luft in Richtung des Verdichterabschnitts 14. Der Verdichterabschnitt 14 komprimiert die Luft auf einen höheren Druck und eine höhere Temperatur. Insbesondere vermittelt die Rotorwelle 22 wenigstens einer Umfangsreihe von Verdichterlaufschaufeln 40, die innerhalb des Verdichterabschnitts 14 mit der Rotorwelle 22 gekoppelt sind, Rotationsenergie. In der beispielhaften Ausführungsform steht jeder Reihe von Verdichterlaufschaufeln 40 eine Umfangsreihe von Verdichterstatorleitschaufeln 42 voran, die sich von dem Gehäuse 36 aus, das den Luftstrom zu den Verdichterlaufschaufeln 40 lenkt, radial nach innen erstrecken. Die Rotationsenergie der Verdichterlaufschaufeln 40 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft. Der Verdichterabschnitt 14 stößt die verdichtete Luft in Richtung des Brennkammerabschnitts 16 aus.
In dem Brennkammerabschnitt 16 wird die verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt und gezündet, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die in Richtung des Turbinenabschnitts 18 geleitet werden. Insbesondere enthält der Brennkammerabschnitt 16 wenigstens eine Brennkammer 24, in der ein Brennstoff, beispielsweise Erdgas und/oder Heizöl, in den Luftstrom eingespritzt wird und das Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, um Verbrennungsgase hoher Temperatur zu erzeugen, die in Richtung des Turbinenabschnitts 18 geleitet werden.
Der Turbinenabschnitt 18 wandelt die thermische Energie von dem Verbrennungsgasstrom in mechanische Rotationsenergie um. Insbesondere verleihen die Verbrennungsgase wenigstens einer Umfangsreihe von Rotorlaufschaufeln 70, die mit der Rotorwelle 22 innerhalb des Turbinenabschnitts 18 gekoppelt sind, Rotationsenergie. In der beispielhaften Ausführungsform geht jeder Reihe von Rotorlaufschaufeln 70 eine Umfangsreihe von Turbinenstatorleitschaufeln 72 voraus, die sich von dem Gehäuse 36 aus, das die Verbrennungsgase zu den Rotorlaufschaufeln 70 leitet, radial nach innen gerichtet erstrecken. Die Rotorwelle 22 kann mit einer (nicht gezeigten) Last, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, einem elektrischen Generator und/oder einer mechanischen Antriebsanwendung, gekoppelt sein. Die ausgestoßenen Verbrennungsgase strömen stromabwärts von dem Turbinenabschnitt 18 in den Auslassabschnitt 20 hinein. Komponenten der Rotationsmaschine 10 werden als Komponenten 80 bezeichnet. Die Komponenten 80 in der Nähe eines Pfads der Verbrennungsgase sind während eines Betriebs der Rotationsmaschine 10 heißen Temperaturen ausgesetzt. Zusätzlich oder alternativ enthalten die Komponenten 80 eine beliebige Komponente, die mit einem darin definierten inneren Durchgang geeignet ausgebildet ist.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaften Komponente 80, die zur Verwendung mit der (in 1 gezeigten) Rotationsmaschine 10 veranschaulicht ist. Die Komponente 80 enthält wenigstens einen darin definierten inneren Durchgang 82. Zum Beispiel wird während des Betriebs einer Rotationsmaschine 10 ein Kühlfluid dem inneren Durchgang 82 zugeführt, um das Halten der Komponente 80 unterhalb einer Temperatur der heißen Verbrennungsgase zu unterstützen. Obwohl lediglich ein innerer Durchgang 82 dargestellt ist, sollte es verständlich sein, dass die Komponente 80 eine beliebige geeignete Anzahl von inneren Durchgängen 82 enthält, die, wie hierin beschrieben, gebildet sind.
Die Komponente 80 wird aus einem Komponentenmaterial 78 gebildet. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Komponentenmaterial 78 eine geeignete nickelbasierte Superlegierung. In alternativen Ausführungsformen ist das Komponentenmaterial 78 wenigstens eine von einer kobaltbasierten Superlegierung, einer eisenbasierten Legierung und einer titanbasierten Legierung. In anderen alternativen Ausführungsformen ist das Komponentenmaterial 78 ein beliebiges geeignetes Material, das der Komponente 80 ermöglicht, wie hierin beschrieben, gebildet zu sein.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Komponente 80 entweder eine Laufschaufel 70 oder eine Leitschaufel 72. In alternativen Ausführungsformen ist die Komponente 80 eine weitere geeignete Komponente einer Rotationsmaschine 10, die, wie hierin beschrieben, mit einem inneren Durchgang gebildet werden kann. In noch weiteren Ausführungsformen ist die Komponente 80 eine beliebige Komponente für eine beliebige geeignete Anwendung, die, wie hierin beschrieben, mit einem darin definierten inneren Durchgang geeignet gebildet ist.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält die Laufschaufel 70 oder alternativ die Leitschaufel 72 eine Druckseite 74 und eine gegenüber liegende Saugseite 76. Jede von der Druckseite 74 und der Saugseite 76 erstreckt sich von einer Vorderkante 84 zu einer gegenüberliegenden Hinterkante 86. Außerdem erstreckt sich die Laufschaufel 70 oder alternativ die Leitschaufel 72 von einem Wurzelende 88 zu einem gegenüberliegenden Spitzenende 90, wodurch eine Laufschaufellänge 96 definiert ist. In alternativen Ausführungsformen weist die Laufschaufel 70 oder alternativ die Leitschaufel 72 einen beliebigen geeigneten Aufbau auf, der, wie hierin beschrieben, mit einem inneren Durchgang gebildet werden kann.
In bestimmten Ausführungsformen beträgt die Laufschaufellänge 96 wenigstens ungefähr 25,4 Zentimeter (cm) (10 Zoll). Darüber hinaus beträgt in einigen Ausführungsformen die Laufschaufellänge 96 wenigstens ungefähr 50,8 cm (20 Zoll). In bestimmten Ausführungsformen liegt die Laufschaufellänge 96 in einem Bereich von ungefähr 61 cm (24 Zoll) bis ungefähr 101,6 cm (40 Zoll). In alternativen Ausführungsformen beträgt die Laufschaufellänge 96 weniger als ungefähr 25,4 cm (10 Zoll). Zum Beispiel liegt in einigen Ausführungsformen die Laufschaufellänge 96 in einem Bereich von ungefähr 2,54 cm (1 Zoll) bis ungefähr 25,4 cm (10 Zoll). In anderen alternativen Ausführungsformen ist die Laufschaufellänge 96 größer als ungefähr 101,6 cm (40 Zoll).
In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der innere Durchgang 82 von dem Wurzelende 88 bis zu dem Spitzenende 90. In alternativen Ausführungsformen erstreckt sich der innere Durchgang 82 innerhalb der Komponente 80 auf eine beliebige geeignete Weise und in einem geeigneten Ausmaß, der es dem inneren Durchgang 82 ermöglicht, wie hierin beschrieben, gebildet zu sein. In bestimmten Ausführungsformen ist der innere Durchgang 82 nicht geradlinig. Die Komponente 80 wird z.B. mit einer vordefinierten Verwindung entlang einer Achse 89 gebildet, die zwischen dem Wurzelende 88 und dem Spitzenende 90 definiert ist, und der innere Durchgang 82 weist eine gekrümmte Form auf, die zu der axialen Verwindung komplementär ist. In einigen Ausführungsformen ist der innere Durchgang 82 in einer im Wesentlichen konstanten Entfernung 94 von der Druckseite 74 entlang einer Länge des inneren Durchgangs 82 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich dazu verjüngt sich eine Sehne der Komponente 80 zwischen dem Wurzelende 88 und dem Spitzenende 90, und der innere Durchgang 82 erstreckt sich nicht geradlinig komplementär zu der Verjüngung, so dass der innere Durchgang 82 in einer im Wesentlichen konstanten Entfernung 92 von der Hinterkante 86 entlang der Längserstreckung des inneren Durchgangs 82 positioniert ist. In alternativen Ausführungsformen weist der innere Durchgang 82 eine nicht geradlinige Form auf, die zu einer beliebigen geeigneten Kontur der Komponente 80 komplementär ist. In anderen alternativen Ausführungsformen ist der innere Durchgang 82 nicht geradlinig und ist anders als zu einer Kontur der Komponente 80 komplementär. In einigen Ausführungsformen ermöglicht der innere Durchgang 82, der eine nicht geradlinige Form aufweist, ein vorausgewähltes Kühlkriterium für die Komponente 80 zu erfüllen. In alternativen Ausführungsformen erstreckt sich der innere Durchgang 82 geradlinig.
In einigen Ausführungsformen weist der innere Durchgang 82 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. In alternativen Ausführungsformen weist der innere Durchgang 82 einen im Wesentlichen eiförmigen Querschnitt auf. In anderen alternativen Ausführungsformen weist der innere Durchgang 82 einen beliebigen geeignet geformten Querschnitt auf, der es dem inneren Durchgang 82 ermöglicht, wie hierin beschrieben, gebildet zu sein. Darüber hinaus ist in bestimmten Ausführungsformen die Form des Querschnitts des inneren Durchgangs 82 im Wesentlichen konstant entlang einer Länge des inneren Durchgangs 82. In alternativen Ausführungsformen variiert die Form des Querschnitts des inneren Durchgangs 82 entlang einer Länge des inneren Durchgangs 82 auf eine beliebige geeignete Weise, die es dem inneren Durchgang 82 ermöglicht, wie hierin beschrieben gebildet zu sein.
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Gießformanordnung 301 zur Herstellung der (in 2 gezeigten) Komponente 80. Die Gießformanordnung 301 enthält einen ummantelten Kern 310, der bezüglich einer Gießform 300 positioniert ist. 4 ist ein schematischer Querschnitt eines ummantelten Kerns 310, geschnitten entlang der in 3 gezeigten Linien 4-4. Bezugnehmend auf 2–4 definiert eine Innenwand 302 der Gießform 300 einen Gießformhohlraum 304. Die Innenwand 302 definiert eine Form, die einer Außenform der Komponente 80 entspricht, so dass das Komponentenmaterial 78 in einem geschmolzenen Zustand in den Gießformhohlraum 304 eingeführt und abgekühlt werden kann, um die Komponente 80 zu bilden. Es ist daran zu erinnern, dass, obwohl die Komponente 80 in der beispielhaften Ausführungsform eine Laufschaufel 70 oder alternativ eine Leitschaufel 72 ist, in alternativen Ausführungsformen die Komponente 80 eine beliebige Komponente ist, die, wie hierin beschrieben, mit einem darin definierten inneren Durchgang geeignet erzeugbar ist.
Der ummantelte Kern 310 wird bezüglich der Gießform 300 derart positioniert, dass sich ein Abschnitt 315 des ummantelten Kerns 310 innerhalb des Gießformhohlraums 304 erstreckt. Der ummantelte Kern 310 enthält eine hohle Struktur 320, die aus einem ersten Material 322 gebildet ist, und einen inneren Kern 324, der innerhalb der hohlen Struktur 320 angeordnet und aus einem Innenkernmaterial gebildet 326 ist. Der innere Kern 324 ist gestaltet, um eine Gestalt des inneren Durchgangs 82 zu definieren, und der innere Kern 324 des Abschnitts 315 des ummantelten Kerns 310, der innerhalb des Gießformhohlraums 304 positioniert ist, definiert eine Position des inneren Durchgangs 82 innerhalb der Komponente 80.
Die hohle Struktur 320 ist gestaltet, um den inneren Kern 324 entlang einer Länge des inneren Kerns 324 im Wesentlichen zu umschließen. In bestimmten Ausführungsformen definiert die hohle Struktur 320 eine im Wesentlichen rohrförmige Gestalt. Zum Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, ist die hohle Struktur 320 ursprünglich aus einem im Wesentlichen geraden Metallrohr erzeugt, das geeignet zu einer nichtlinearen Gestalt, wie z.B. einer gekrümmten oder gewinkelten Gestalt, manipuliert wird, wie es notwendig ist, um eine ausgewählte nichtlineare Form des inneren Kerns 324 und somit des inneren Durchgangs 82 zu definieren. In alternativen Ausführungsformen definiert die hohle Struktur 320 eine beliebige geeignete Gestalt, die es dem inneren Kern 324 ermöglicht, eine Gestalt des inneren Durchgangs 82, wie hierin beschrieben, zu definieren.
In der beispielhaften Ausführungsform weist die hohle Struktur 320 eine Wanddicke 328, die geringer als eine charakteristische Weite 330 des inneren Kerns 324 ist. Die charakteristische Weite 330 ist herein als der Durchmesser eines Kreises mit demselben Querschnittsbereich wie der innere Kern 324 definiert. In alternativen Ausführungsformen weist die hohle Struktur 320 eine Wanddicke 328 auf, die anders als geringer als die charakteristische Weite 330 ist. Eine Form eines Querschnitts des inneren Kerns 324 ist in der in 3 und 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsform kreisförmig. Alternativ entspricht die Form des Querschnitts des inneren Kerns 324 einer beliebigen geeigneten Form des Querschnitts des inneren Durchgangs 82, die dem inneren Durchgang 82 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren.
Die Gießform 300 ist aus einem Gießformmaterial 306 erzeugt. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Gießformmaterial 306 ein feuerfestes Keramikmaterial, das ausgewählt ist, um einer Umgebung mit hoher Temperatur zu widerstehen, die mit dem Schmelzzustand des Komponentenmaterials 78, das zur Bildung der Komponente 80 verwendet wird, einhergeht. In alternativen Ausführungsformen ist das Gießformmaterial 306 ein beliebiges geeignetes Material, dass es der Komponente 80 ermöglicht, wie hierin beschrieben gebildet zu sein. Darüber hinaus wird in der beispielhaften Ausführungsform die Gießform 300 durch einen geeigneten Feingussprozess gebildet. Zum Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, wird ein geeignetes Mustermaterial, wie z.B. Wachs, in eine geeignete Mustermatrize eingespritzt, um ein (nicht gezeigtes) Muster der Komponente 80 zu bilden, wobei das Muster wiederholt in eine Aufschlämmung des Gießformmaterials 306 eingetaucht wird, die aushärten gelassen wird, um eine Schale aus dem Gießformmaterial 306 zu erzeugen, und die Schale wird entwachst und gebrannt, um die Gießform 300 zu bilden. In alternativen Ausführungsformen wird die Gießform 300 durch ein beliebiges geeignetes Verfahren gebildet, das es der Gießform 300 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren.
In bestimmten Ausführungsformen wird der ummantelte Kern 310 relativ zu der Gießform 300 derart gesichert, dass der ummantelte Kern 310 während eines Vorgangs zur Erzeugung der Komponente 80 bezüglich der Gießform 300 fixiert bleibt. Zum Beispiel wird der ummantelte Kern 310 derart befestigt, dass sich die Position des ummantelten Kerns 310 während der Einleitung des geschmolzenen Komponentenmaterials 78 in den Gießformhohlraum 304, der den ummantelten Kern 310 umgibt, nicht verschiebt. In einigen Ausführungsformen ist der ummantelte Kern 310 direkt mit der Gießform 300 gekoppelt. Zum Beispiel ist in der beispielhaften Ausführungsform ein Spitzenabschnitt 312 des ummantelten Kerns 310 in einem Spitzenabschnitt 314 der Gießform 300 starr eingeschlossen. Zusätzlich oder alternativ dazu ist ein Wurzelabschnitt 316 des ummantelten Kerns 310 in einem Wurzelabschnitt 318 der Gießform 300 gegenüber dem Spitzenabschnitt 314 starr eingeschlossen. Zum Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, wird die Gießform 300, wie vorstehend beschrieben, durch Feinguss erzeugt, und der ummantelte Kern 310 wird mit der geeigneten Mustermatrize derart sicher gekoppelt, dass sich der Spitzenabschnitt 312 und der Wurzelabschnitt 316 aus der Mustermatrize heraus erstrecken, während sich der Abschnitt 315 innerhalb eines Hohlraums der Matrize erstreckt. Das Mustermaterial wird in die Matrize um den ummantelten Kern 310 herum derart eingeführt, dass sich der Abschnitt 315 innerhalb des Musters erstreckt. Der Feinguss veranlasst die Gießform 300 den Spitzenabschnitt 312 und/oder den Wurzelabschnitt 316 einzuschließen. Zusätzlich oder alternativ dazu wird der ummantelte Kern 310 relativ zu der Gießform 300 auf eine beliebige andere geeignete Weise gesichert, die es ermöglicht, dass während eines Prozesses zur Erzeugung der Komponente 80 die Position des ummantelten Kerns 310 bezüglich der Gießform 300 fixiert bleibt.
Das erste Material 322 ist ausgewählt, um durch das geschmolzene Komponentenmaterial 78 wenigstens teilweise absorbierbar zu sein. In bestimmten Ausführungsformen ist das Komponentenmaterial 78 eine Legierung, und das erste Material 322 ist wenigstens ein Bestandteilmaterial der Legierung. Zum Beispiel ist in der beispielhaften Ausführungsform das Komponentenmaterial 78 eine nickelbasierte Superlegierung, und das erste Material 322 ist im Wesentlichen Nickel, so dass das erste Material 322 durch das Komponentenmaterial 78 im Wesentlichen absorbierbar ist, wenn das Komponentenmaterial 78 in dem geschmolzenen Zustand in den Gießformhohlraum 304 eingeleitet wird. In alternativen Ausführungsformen ist das Komponentenmaterial 78 eine beliebige geeignete Legierung, und das erste Material 322 ist wenigstens ein Material, das durch die geschmolzene Legierung wenigstens teilweise absorbierbar ist. Das Komponentenmaterial 78 ist z.B. eine kobaltbasierte Superlegierung, und das erste Material 322 ist im Wesentlichen Kobalt. Als weiteres Beispiel ist das Komponentenmaterial 78 eine eisenbasierte Legierung, und das erste Material 322 ist im Wesentlichen Eisen. Als ein weiteres Beispiel ist das Komponentenmaterial 78 eine titanbasierte Legierung, und das erste Material 322 ist im Wesentlichen Titan.
In bestimmten Ausführungsformen ist die Wanddicke 328 derart ausreichend dünn, dass das erste Material 322 des Abschnitts 315 des ummantelten Kerns 310, d.h. der Abschnitt, der sich innerhalb des Gießformhohlraums 304 erstreckt, durch das Komponentenmaterial 78 im Wesentlichen absorbiert wird, wenn das Komponentenmaterial 78 in dem geschmolzenen Zustand in den Gießformhohlraum 304 eingeführt wird. Zum Beispiel wird in einigen solchen Ausführungsformen das erste Material 322 im Wesentlichen durch das Komponentenmaterial 78 derart absorbiert, dass, nachdem das Komponentenmaterial 78 abgekühlt ist, keine diskrete Grenze die hohle Struktur 320 von dem Komponentenmaterial 78 abgrenzt. Darüber hinaus wird in einigen solchen Ausführungsformen das erste Material 322 im Wesentlichen derart absorbiert, dass, nachdem das Komponentenmaterial 78 abgekühlt ist, das erste Material 322 innerhalb des Komponentenmaterials 78 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt ist. Zum Beispiel ist eine Konzentration des ersten Materials 322 in der Nähe des inneren Kerns 324 nicht erkennbar höher als eine Konzentration des ersten Materials 322 an anderen Stellen innerhalb der Komponente 80. Zum Beispiel und ohne Einschränkung ist das erste Material 322 Nickel, und das Komponentenmaterial 78 ist eine nickelbasierte Superlegierung, und nachdem das Komponentenmaterial 78 abgekühlt ist, verbleibt in der Nähe des inneren Kerns 324 keine erkennbar höhere Nickelkonzentration, was zu einer Verteilung des Nickels führt, die in der gesamten nickelbasierten Superlegierung der gebildeten Komponente 80 im Wesentlichen gleichmäßig ist.
In alternativen Ausführungsformen ist die Wanddicke 328 derart ausgewählt, dass das erste Material 322 anders, als im Wesentlichen durch das Komponentenmaterial 78 absorbiert, ist. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen, nachdem das Komponentenmaterial 78 abgekühlt ist, das erste Material 322 anders, als innerhalb des Komponentenmaterials 78 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Zum Beispiel ist eine Konzentration des ersten Materials 322 in der Nähe des inneren Kerns 324 erkennbar höher als eine Konzentration des ersten Materials 322 an anderen Stellen innerhalb der Komponente 80. In einigen solchen Ausführungsformen wird das erste Material 322 durch das Komponentenmaterial 78 derart teilweise absorbiert, dass, nachdem das Komponentenmaterial 78 abgekühlt ist, eine diskrete Grenze die hohle Struktur 320 von dem Komponentenmaterial 78 abgrenzt. Darüber hinaus wird in einigen solchen Ausführungsformen das erste Material 322 durch das Komponentenmaterial 78 derart teilweise absorbiert, dass, nachdem das Komponentenmaterial 78 abgekühlt ist, wenigstens ein Abschnitt der hohlen Struktur 320 in der Nähe des inneren Kerns 324 intakt bleibt.
In der beispielhaften Ausführungsform ist das Innenkernmaterial 326 ein feuerfestes Keramikmaterial, das ausgewählt ist, um einer Umgebung hoher Temperatur zu widerstehen, die mit dem Schmelzzustand des Komponentenmaterials 78 einhergeht, das zur Bildung der Komponente 80 verwendet wird. Zum Beispiel, aber ohne Einschränkung, enthält das Innenkernmaterial 326 wenigstens eines von Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Mullit. Darüber hinaus ist in der beispielhaften Ausführungsform das Innenkernmaterial 326 von der Komponente 80 selektiv entfernbar, um den inneren Durchgang 82 zu bilden. Zum Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, ist das Innenkernmaterial 326 von der Komponente 80 durch einen geeigneten Prozess, der das Komponentenmaterial 78 nicht wesentlich beeinträchtig, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, einen geeigneten chemischen Auslaugprozess, entfernbar. In bestimmten Ausführungsformen ist das Innenkernmaterial 326 basierend auf einer Kompatibilität mit und/oder einer Entfernbarkeit von dem Komponentenmaterial 78 ausgewählt. In alternativen Ausführungsformen ist das Innenkernmaterial 326 ein beliebiges geeignetes Material, das es der Komponente 80 ermöglicht, wie hierin beschrieben gebildet zu sein.
In einigen Ausführungsformen wird der ummantelte Kern 310 durch Auffüllen der hohlen Struktur 320 mit dem Innenkernmaterial 326 gebildet. Zum Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, wird das Innenkernmaterial 326 als eine Aufschlämmung in die hohle Struktur 320 eingeführt, und das Innenkernmaterial 326 wird innerhalb der hohlen Struktur 320 getrocknet, um den ummantelten Kern 310 zu bilden. Darüber hinaus verstärkt in bestimmten Ausführungsformen die hohle Struktur 320 den inneren Kern 324 wesentlich strukturell und reduziert somit potentielle Probleme, die in einigen Ausführungsformen mit der Herstellung, Handhabung und Verwendung eines nicht verstärkten inneren Kerns 324 zur Bildung der Komponente 80 verbunden sein würden. Zum Beispiel ist in bestimmten Ausführungsformen der innere Kern 324 ein Objekt aus relativ sprödem Keramikmaterial, das einem relativ hohen Risiko für Bruch, Rissbildung und/oder eine andere Beschädigung ausgesetzt ist. Somit stellen in einigen solchen Ausführungsformen die Erzeugung und der Transport des ummantelten Kerns 310 eine viel geringere Beschädigungsgefahr für den inneren Kern 324, verglichen mit der Verwendung eines nicht ummantelten inneren Kerns 324, dar. In ähnlicher Weise stellt in einigen solchen Ausführungsformen die Erzeugung eines geeigneten Musters um den ummantelten Kern 310 herum, das für den Feinguss der Gießform 300 verwendet wird, wie z.B. durch Einspritzen eines Wachsmustermaterials in eine Mustermatrize um den ummantelten Kern 310 herum, eine viel geringere Beschädigungsgefahr für den inneren Kern 324, verglichen mit der Verwendung eines nicht ummantelten inneren Kerns 324, dar. Somit stellt in bestimmten Ausführungsformen die Verwendung des ummantelten Kerns 310 ein viel niedrigeres Risiko eines Fehlschlags, eine akzeptable Komponente 80 mit einem darin definierten inneren Durchgang 82 herzustellen, verglichen mit denselben Schritten, wenn diese unter Verwendung eines nicht ummantelten inneren Kerns 324 anstatt eines ummantelten Kerns 310 durchgeführt werden, dar. Somit unterstützt der ummantelte Kern 310 das Erhalten von Vorteilen, die mit der Positionierung des inneren Kerns 324 bezüglich der Gießform 300, um einen inneren Durchgang 82 zu definieren, verbunden sind, während gleichzeitig die mit dem inneren Kern 324 zusammenhängen Zerbrechlichkeitsprobleme reduziert oder eliminiert werden.
Zum Beispiel liegt in bestimmten Ausführungsformen, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, in Ausführungsformen, in denen die Komponente 80 eine Laufschaufel 70 ist, die charakteristische Weite 330 des inneren Kerns 324 innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,050 cm (0,020 Zoll) bis ungefähr 1,016 cm (0,400 Zoll), und die Wanddicke 328 der hohlen Struktur 320 ist ausgewählt, um innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,013 cm (0,005 Zoll) bis ungefähr 0,254 cm (0,100 Zoll) zu liegen. Insbesondere liegt in einigen solchen Ausführungsformen die charakteristische Weite 330 innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,102 cm (0,040 Zoll) bis ungefähr 0,508 cm (0,200 Zoll), und die Wanddicke 328 ist ausgewählt, um innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,013 cm (0,005 Zoll) bis ungefähr 0,038 cm (0,015 Zoll) zu liegen. Als weiteres Beispiel ist in einigen Ausführungsformen, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt in Ausführungsformen, in denen die Komponente 80 eine stationäre Komponente, wie z.B., aber nicht drauf beschränkt, eine Leitschaufel 72, ist, die charakteristische Weite 330 des inneren Kerns 324 größer als ungefähr 1,016 cm (0,400 Zoll), und/oder die Wanddicke 328 ist ausgewählt, um größer als ungefähr 0,254 cm (0,100 Zoll) zu sein. In alternativen Ausführungsformen ist die charakteristische Weite 330 ein beliebiger geeigneter Wert, der dem resultierenden inneren Durchgang 82 ermöglicht, seine beabsichtigte Funktion zu erfüllen, und die Wanddicke 328 ist ausgewählt, um ein beliebiger geeigneter Wert zu sein, der dem ummantelten Kern 310 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren.
Darüber hinaus wird in bestimmten Ausführungsformen, vor der Einführung des Innenkernmaterials 326 innerhalb der hohlen Struktur 320, um den ummantelten Kern 310 zu bilden, die hohle Struktur 320 vorgeformt, um einer ausgewählten nichtlinearen Form des inneren Durchgangs 82 zu entsprechen. Zum Beispiel ist das erste Material 322 ein metallisches Material, das vor dem Füllen mit dem Innenkernmaterial 326 relativ leicht formbar ist, wodurch ein Bedarf, den inneren Kern 324 gesondert zu einer nichtlineare Form zu formen und/oder maschinell herzustellen, somit reduziert oder eliminiert wird. Darüber hinaus ermöglicht in einigen solchen Ausführungsformen die strukturelle Verstärkung, die durch die hohle Struktur 320 geschaffen wird, eine darauffolgende Formgestaltung und Handhabung des inneren Kerns 324 in einer nichtlinearen Form, die bei einem nicht ummantelten inneren Kern 324 schwierig zu formen und zu behandeln wäre. Somit erleichtert der ummantelte Kern 310 die Bildung des inneren Durchgangs 82 mit einer gekrümmten und/oder anderweitig nichtlinearen bzw. nicht geradlinigen Form mit erhöhter Komplexität und/oder bei verkürzter Zeit und verringerten Kosten. In bestimmten Ausführungsformen wird die hohle Struktur 320 vorgeformt, um der nichtlinearen Form des inneren Durchgangs 82, die zu einer Kontur der Komponente 80 komplementär ist, zu entsprechen. Zum Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, ist die Komponente 80 eine von einer Laufschaufel 70 und einer Leitschaufel 72, und die hohle Struktur 320 ist zu einer Form vorgeformt, die zu wenigstens einer von einer axialen Verwindung und einer Verjüngung der Komponente 80, wie vorstehend beschrieben, komplementär ist.
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer weiteren beispielhaften Komponente 80, die den inneren Durchgang 82 mit mehreren Durchgangswandmerkmalen 98 enthält. Zum Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, sind die Durchgangswandmerkmale 98 Turbulatoren, die eine Wärmeübertragungsfähigkeit eines Kühlfluids verbessern, das während eines Betriebs der Rotationsmaschine 10 dem inneren Durchgang 82 zugeführt wird. 6 ist eine schematische perspektivische weggeschnittene Ansicht eines weiteren beispielhaften ummantelten Kerns 310 zur Verwendung in der Gießformanordnung 301, um die Komponente 80 mit den Durchgangswandmerkmalen 98, wie sie in 5 gezeigt sind, zu formen. Insbesondere ist ein Abschnitt der hohlen Struktur 320 in der Ansicht der 6 ausgeschnitten, um Merkmale des inneren Kerns 324 darzustellen.
Bezugnehmend auf 5 und 6 ist der innere Durchgang 82 durch eine Innenwand 100 der Komponente 80 definiert, und die Durchgangswandmerkmale 98 erstrecken sich von der Innenwand 100 radial nach innen, im Wesentlichen in Richtung einer Mitte des inneren Durchgangs 82. Wie vorstehend beschrieben, definiert die Form des inneren Kerns 324 die Form des inneren Durchgangs 82. In bestimmten Ausführungsformen enthält eine Außenfläche 332 des inneren Kerns 324 wenigstens ein ausgespartes Merkmal 334, das eine Form aufweist, die zu einer Form von wenigstens einem Durchgangswandmerkmal 98 komplementär ist. In bestimmten Ausführungsformen definieren somit die Außenfläche 332 und ausgesparte Merkmale 334 des inneren Kerns 324 eine Form der Innenwand 100 und der Durchgangswandmerkmale 98 des inneren Durchgangs 82.
Zum Beispiel enthalten in bestimmten Ausführungsformen die ausgesparten Merkmale 334 mehrere Nuten 350, die in der Außenfläche 332 definiert sind, so dass, wenn das geschmolzene Komponentenmaterial 78 in den den ummantelten Kern 310 umgebenden Gießformhohlraum 304 eingeleitet wird und das erste Material 322 in das geschmolzene Komponentenmaterial 78 absorbiert wird, das geschmolzene Komponentenmaterial 78 die mehreren Nuten 350 füllt. Abgekühltes Komponentenmaterial 78 innerhalb der Nuten 350 bildet die mehreren Durchgangswandmerkmale 98, nachdem der innere Kern 324 z.B., aber nicht darauf beschränkt, durch Verwendung eines chemischen Auslaugprozesses entfernt wird. Zum Beispiel ist jede Nut 350 mit einer Nuttiefe 336 und einer Nutbreite 338 definiert, und jedes zugehörige Durchgangswandmerkmal 98 wird mit einer Merkmalshöhe 102, die im Wesentlichen mit der Nuttiefe 336 gleich ist, und einer Merkmalsbreite 104, die im Wesentlichen mit einer Nutbreite 338 gleich ist, gebildet.
In bestimmten Ausführungsformen wird die hohle Struktur 320 vorgeformt, um eine ausgewählte Form der Außenfläche 332 und der ausgesparten Merkmale 334 des inneren Kerns 324 und somit eine ausgewählte Form der Durchgangswandmerkmale 98 vor dem Füllen der hohlen Struktur 320 mit dem Innenkernmaterial 326 zu definieren. Zum Beispiel wird die hohle Struktur 320 an mehreren Stellen gecrimpt, um mehrere Einkerbungen 340 zu definieren, und jede Einkerbung 340 definiert ein zugehöriges ausgespartes Merkmal 334, wenn die hohle Struktur 320 mit dem Innenkernmaterial 326 ausgefüllt wird. Zum Beispiel definiert eine Tiefe 342 jeder Einkerbung 340 in Zusammenwirken mit der Wanddicke 328 die Tiefe 336 der zugehörigen Nut 350.
Das Formen der hohlen Struktur 320, um die ausgewählte Form der Außenfläche 332 des inneren Kerns 324 vor dem Ausfüllen der hohlen Struktur 320 zu definieren, reduziert in einigen Ausführungsformen potentielle Probleme, die mit der Formung der Außenfläche 332 verbunden sind, nachdem der innere Kern 324 geformt wurde. Zum Beispiel ist das Innenkernmaterial 326 relativ sprödes Keramikmaterial, so dass eine unmittelbare maschinelle Bearbeitung oder ein anderweitiges unmittelbares Manipulieren der Außenfläche 332 zur Bildung der ausgesparten Merkmale 334 ein relativ hohes Risiko von Brüchen, Rissen und/oder einer anderweitigen Beschädigung des inneren Kerns 324 darstellen würde. Somit erleichtert der ummantelte Kern 310 die Formgestaltung des inneren Kerns 324 derart, dass die Durchgangswandmerkmale 98 mit dem inneren Durchgang 82 in einem Stück gebildet werden, während gleichzeitig mit einem inneren Kern 324 einhergehende Zerbrechlichkeitsprobleme reduziert oder eliminiert werden.
In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich jedes ausgesparte Merkmal 334 längs des Umfangs um den inneren Kern 324 herum, so dass sich jedes zugehörige Durchgangswandmerkmal 98 in Umfangsrichtung um einen Umfangs des inneren Durchgangs 82 herum erstreckt. In alternativen Ausführungsformen weist jedes ausgesparte Merkmal 334 eine Form auf, die ausgewählt ist, um eine beliebige geeignete Form für jedes zugehörige Durchgangswandmerkmal 98 zu bilden.
7 ist eine schematische perspektivische weggeschnittene Ansicht eines Abschnitts einer weiteren beispielhaften Komponente 80, die einen inneren Durchgang 82 mit weiteren mehreren Durchgangswandmerkmalen 98 enthält. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren beispielhaften ummantelten Kerns 310 zur Verwendung mit der Gießformanordnung 301, um die Komponente 80 mit Durchgangswandmerkmalen 98 zu bilden, wie sie in 7 gezeigt sind. In der dargestellten Ausführungsform ist jedes ausgesparte Merkmal 334 eine Aussparung 352, die sich durch weniger als den vollständigen Umfangs des inneren Kerns 324 erstreckt, so dass sich jedes zugehörige Durchgangswandmerkmal 98 um weniger als den vollständigen Umfang des inneren Durchgangs 82 erstreckt.
In bestimmten Ausführungsformen wird der ummantelte Kern 310 manipuliert, um eine ausgewählte Form der Außenfläche 332 und der ausgesparten Merkmale 334 des inneren Kerns 324 zu definieren und somit um eine ausgewählte Form der Durchgangswandmerkmale 98 nach dem Formen des inneren Kerns 324 innerhalb des ummantelten Kerns 310 zu definieren. Zum Beispiel wird der ummantelte Kern 310 ursprünglich ohne die ausgesparten Merkmale 334 erzeugt und dann an mehreren Stellen manipuliert, um die Aussparungen 352 in dem inneren Kern 324 zu bilden, indem ein beliebiger geeigneter Prozess, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, ein maschineller Bearbeitungsvorgang, verwendet wird. In einigen solchen Ausführungsformen wird ein Abschnitt der hohlen Struktur 320 in der Nähe wenigstens eines ausgesparten Merkmals 334 entfernt, wodurch eine Öffnung 348 in der hohlen Struktur 320 erzeugt wird, um einen Zugang zu der Außenfläche 332 des inneren Kerns 324 für eine maschinelle Bearbeitung zu ermöglichen. Zum Beispiel werden in der beispielhaften Ausführungsform Abschnitte der hohlen Struktur 320 in der Nähe der Aussparungen 352 in einem Prozess zur maschinellen Herstellung der Aussparungen 352 in der Außenfläche 332 maschinell entfernt.
In einigen Ausführungsformen reduziert das Manipulieren des ummantelten Kerns 310, um nach dem Formen des inneren Kerns 324 innerhalb des ummantelten Kerns 310 die ausgewählte Form der Außenfläche 332 des inneren Kerns 324 zu definieren, potentielle Probleme, die mit dem Füllen der hohlen Struktur 320, die (in 6 gezeigte) vorgeformte Einkerbungen 340 aufweist, mit dem Innenkernmaterial 326 verbunden sind, wie z.B. das Sicherstellen, dass das Innenkernmaterial 326 adäquat um die Form jeder Einkerbung 340 herum ausfüllt. Außerdem wird in einigen solchen Ausführungsformen eine Form der ausgesparten Merkmale 334 ausgewählt, um die vorstehend beschriebenen potentiellen Probleme, die mit der maschinellen Bearbeitung des Innenkernmaterial 326 einhergehen, zu reduzieren. Zum Beispiel reduziert das maschinelle Herstellen von Aussparungen 352, die sich nur teilweise um den Umfang des inneren Kerns 324 herum erstrecken, ein Risiko von Brüchen, Rissen und/oder anderen Schäden an dem inneren Kern 324. Zusätzlich oder alternativ dazu verstärkt in einigen solchen Ausführungsformen die hohle Struktur 320 eine strukturelle Integrität des inneren Kerns 324 während der maschinellen Bearbeitungsvorgänge an dem ummantelten Kern 310, wodurch ein Risiko von Brüchen, Rissen und/oder anderen Schäden an dem inneren Kern 324 weiter reduziert wird. Somit erleichtert der ummantelte Kern 310 erneut die Formung des inneren Kerns 324 derart, dass die Durchgangswandmerkmale 98 in einem Stück mit dem inneren Durchgang 82 gebildet werden, während gleichzeitig mit einem innerem Kern 324 einhergehende Zerbrechlichkeitsprobleme reduziert oder eliminiert werden.
Obwohl bezugnehmend auf die 5–8 die dargestellten Ausführungsformen ausgesparte Merkmale 334, die in der Außenfläche 332 definiert sind, lediglich als Nuten 350 und Aussparungen 352 zeigen, um eine Form der Durchgangswandmerkmale 98 zu definieren, werden in alternativen Ausführungsformen andere Formen von ausgesparten Merkmalen 334 verwendet, um eine Form der Außenfläche 332 zu definieren. Zum Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, erstreckt sich in bestimmten (nicht gezeigten) Ausführungsformen wenigstens ein ausgespartes Merkmal 334 wenigstens teilweise in Längsrichtung und/oder schräg entlang des inneren Kerns 324. In einem weiteren Beispiel, aber nicht im Wege einer Einschränkung, ist in einigen (nicht gezeigten) Ausführungsformen wenigstens ein ausgespartes Merkmal 334 ein Grübchen, das in der Außenfläche 332 definiert ist, um ein zugehöriges Durchgangswandmerkmal 98 mit einer Bolzenform zu definieren. In alternativen Ausführungsformen wird eine beliebige geeignete Form der Außenfläche 332 verwendet, um eine entsprechende Form der Durchgangswandmerkmale 98 zu definieren, die dem inneren Durchgang 82 ermöglicht, seinem beabsichtigten Zweck entsprechend zu funktionieren. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass, obwohl die dargestellten Ausführungsformen jeweils eine Ausführungsform des inneren Kerns 324 mit einem ausgesparten Merkmal 334 von im Wesentlichen identischer, sich wiederholender Gestalt zeigen, der innere Kern 324 eine beliebige geeignete Kombination von unterschiedlich gestalteten ausgesparten Merkmalen 334 aufweist, die dem innerer Kern 324 ermöglichen, wie hierin beschrieben zu funktionieren.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5–8 ist, obwohl die dargestellten Ausführungsformen einen inneren Kern 324 zeigen, der geformt ist, um den inneren Durchgang 82 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt zu definieren, in alternativen Ausführungsformen der innere Kern 324 geformt, um einen inneren Durchgang 82 mit einem beliebigen geeignet gestalteten Querschnitt zu definieren, der es dem inneren Durchgang 82 ermöglicht, seinem beabsichtigten Zweck entsprechend zu funktionieren. Insbesondere, aber nicht im Wege einer Einschränkung, erleichtert der ummantelte Kern 310 das Formen der Komponente 80 mit einem inneren Durchgang 82, der konturierte Querschnittsformen aufweist, die mit einer Geometrie der Komponente 80 übereinstimmen. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass, obwohl die dargestellten Ausführungsformen jeweils eine Ausführungsform des inneren Kerns 324 zeigen, wie sie eine im Wesentlichen konstante Form des Querschnitts entlang ihrer Länge aufweist, der innere Kern 324 eine beliebige geeignete Abweichung in der Form des Querschnitts entlang seiner Länge aufweist, die es dem inneren Kern 324 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren.
Zum Beispiel ist 9 eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer weiteren beispielhaften Komponente 80, die einen inneren Durchgang 82 mit einem konturierten Querschnitt enthält. 10 ist eine schematische perspektivische weggeschnittene Ansicht eines weiteren beispielhaften ummantelten Kerns 310 zur Verwendung mit einer Gießformanordnung 301, um die Komponente 80 mit dem inneren Durchgang 82 zu bilden, wie sie in 9 gezeigt ist. Insbesondere ist ein Abschnitt der hohlen Struktur 320 in der Ansicht der 10 weggeschnitten, um Merkmale des inneren Kerns 324 darzustellen.
Bezugnehmend auf 9 und 10 ist in der beispielhaften Ausführungsform die Komponente 80 eine von einer Laufschaufel 70 und einer Leitschaufel 72, und der innere Durchgang 82 ist in der Komponente 80 in der Nähe der Hinterkante 86 definiert. Konkreter ist der innere Durchgang 82 durch die Innenwand 100 der Komponente 80 definiert, um einen konturierten Querschnittsumfang aufzuweisen, der einer verjüngten Geometrie der Hinterkante 86 entspricht. Durchgangswandmerkmale 98 sind entlang gegenüberliegender länglicher Ränder 110 des inneren Durchgangs 82 definiert, um als Turbulatoren zu funktionieren, und erstrecken sich von der Innenwand 100 nach innen gerichtet in Richtung einer Mitte des inneren Durchgangs 82. Obwohl die Durchgangswandmerkmale 98 als ein sich wiederholendes Muster von langgestreckten Rippen dargestellt sind, die jeweils quer zu einer axialen Richtung des inneren Durchgangs 82 verlaufen, sollte es verständlich sein, dass in alternativen Ausführungsformen die Durchgangswandmerkmale 98 eine beliebige geeignete Form, Ausrichtung und/oder ein beliebiges geeignetes Muster aufweisen, die den inneren Durchgang 82 ermöglichen, seinem beabsichtigten Zweck entsprechend zu funktionieren.
Wie vorstehend erläutert, definieren die Form der Außenfläche 332 und die ausgesparten Merkmale 334 des inneren Kerns 324 die Form der Innenwand 100 und der Durchgangswandmerkmale 98 des inneren Durchgangs 82. Konkreter weist der innere Kern 324 einen länglichen, verjüngten Querschnitt auf, der dem konturierten Querschnitt des inneren Durchgangs 82 entspricht. In den beispielhaften Ausführungsformen sind die ausgesparten Merkmale 334 als längliche Aussparungen 354 in gegenüberliegenden Längsseiten 346 der Außenfläche 332 des inneren Kerns definiert, und sie weisen eine Form auf, die zu einer Form der Durchgangswandmerkmale 98, wie vorstehend beschrieben, komplementär ist. In bestimmten Ausführungsformen wird die hohle Struktur 320 vor der Einleitung des Innenkernmaterials 326 in die hohle Struktur 320 vorgeformt, um die ausgewählte Form der Außenfläche 332 des inneren Kerns 324 zu definieren und somit um die ausgewählte Form der Durchgangswandmerkmale 98 zu definieren. Zum Beispiel wird die hohle Struktur 320 an mehreren Stellen gecrimpt bzw. gequetscht, um mehrere Einkerbungen 340 zu definieren, und jede Einkerbung 340 bildet eine zugehörige Aussparung 354, wenn die hohle Struktur 320 mit dem Innenkernmaterial 326 ausgefüllt wird.
In alternativen Ausführungsformen weist die Komponente 80 eine beliebige geeignete Geometrie auf, und der innere Kern 324 ist geformt, um den inneren Durchgang 82 mit beliebiger geeigneter Form, die der Geometrie der Komponente 80 geeignet entspricht, zu bilden.
Ein beispielhaftes Verfahren 1100 zur Erzeugung einer Komponente, wie z.B. der Komponente 80, mit einem darin definierten inneren Durchgang, wie z.B. dem inneren Durchgang 82, ist in einem Flussdiagramm in den 11 und 12 dargestellt. Indem auch auf die 1–10 Bezug genommen wird, enthält das beispielhafte Verfahren 1100 ein Positionieren 1102 eines ummantelten Kerns, wie z.B. des ummantelten Kerns 310, bezüglich einer Gießform, wie z.B. der Gießform 300. Der ummantelte Kern enthält eine hohle Struktur, wie z.B. die hohle Struktur 320, die aus einem ersten Material, wie z.B. dem ersten Material 322, ausgebildet ist. Der ummantelte Kern enthält ferner einen inneren Kern, wie z.B. den inneren Kern 324, der aus einem Innenkernmaterial, wie z.B. dem Innenkernmaterial 326, ausgebildet ist, das innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist.
Das Verfahren 1100 enthält ferner ein Einleiten 1104 eines Komponentenmaterials, wie z.B. des Komponentenmaterials 78, in einem geschmolzenen Zustand in einen Hohlraum der Gießform, wie z.B. den Gießformhohlraum 304, hinein, so dass das Komponentenmaterial in dem geschmolzenen Zustand das erste Material von einem Abschnitt des ummantelten Kerns, wie z.B. dem Abschnitt 315, innerhalb des Hohlraums wenigstens teilweise absorbiert. Das Verfahren 1100 enthält ferner ein Abkühlen 1106 des Komponentenmaterials in dem Hohlraum, um die Komponente zu bilden, und Entfernen 1108 des Innenkernmaterials aus der Komponente, um den inneren Durchgang zu bilden.
In bestimmten Ausführungsformen enthält das Verfahren 1100 ferner ein Sichern 1110 des ummantelten Kerns an der Gießform, so dass der ummantelte Kern während der Schritte des Einleitens 1104 und des Abkühlens 1106 des Komponentenmaterials bezüglich der Gießform fixiert bleibt.
In einigen Ausführungsformen enthält der Schritt des Entfernens 1108 des Innenkernmaterials aus der Komponente ein Entfernen 1112 des Innenkernmaterials aus der Komponente, ohne das Komponentenmaterial zu beeinträchtigen.
In bestimmten Ausführungsformen enthält das Verfahren 1100 ferner ein Füllen 1114 der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, um den ummantelten Kern zu bilden. In einigen solchen Ausführungsformen enthält das Verfahren 1100 ferner vor dem Schritt des Füllens 1114 der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial ein Vorformen 1116 der hohlen Struktur, damit diese der ausgewählten nichtlinearen Form des inneren Durchgangs entspricht. Darüber hinaus enthält die Komponente in einigen solchen Ausführungsformen entweder eine Laufschaufel oder eine Leitschaufel, wie z.B. die Laufschaufel 70 oder die Leitschaufel 72, und der Schritt des Vorformens 1116 der hohlen Struktur weist ferner ein Vorformen 1118 der hohlen Struktur auf, damit diese der nichtlinearen Form des inneren Durchgangs entspricht, die zu einer axialen Verwindung der Komponente komplementär ist.
In einigen Ausführungsformen weist eine Außenfläche des inneren Kerns, wie z.B. die Außenfläche 332, wenigstens ein ausgespartes Merkmal, wie z.B. das ausgesparte Merkmal 334 auf, und das Verfahren 1100 enthält ferner ein Formen 1120 des inneren Durchgangs mit wenigstens einem Durchgangswandmerkmal, wie z.B. dem Durchgangswandmerkmal 98, das zu der Form des wenigstens einen ausgesparten Merkmals komplementär ist. In einigen solchen Ausführungsformen enthält das Verfahren 1100 ferner, vor dem Schritt des Füllens 1114 der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, ein Vorformen 1122 der hohlen Struktur, um die Form des wenigstens einen ausgesparten Merkmals zu definieren. Darüber hinaus weist in einigen solchen Ausführungsformen der Schritt des Vorformens 1122 der hohlen Struktur ein Crimpen 1124 der hohlen Struktur, um wenigstens eine Einkerbung, wie z.B. die Einkerbung 340, zu bilden. Alternativ oder zusätzlich dazu enthält in einigen solchen Ausführungsformen das Verfahren 1100 ferner, nach dem Schritt des Füllens 1114 der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, ein Manipulieren 1126 des ummantelten Kerns, um die Form des wenigstens einen ausgesparten Merkmals zu definieren. In einigen solchen Ausführungsformen enthält der Schritt des Manipulierens 1126 des ummantelten Kerns ein Bilden 1128 wenigstens einer Aussparung, wie z.B. der Aussparung 352, in dem inneren Kern. Darüber hinaus enthält in einigen solchen Ausführungsformen der Schritt des Bildens 1128 der wenigstens einen Aussparung in dem inneren Kern ein Bilden 1130 länglicher Aussparungen, wie z.B. der länglichen Aussparungen 354, in gegenüberliegenden Längsseiten, wie z.B. den Längsseiten 346, der Außenfläche.
In bestimmten Ausführungsformen enthält das Verfahren 1100 ferner ein Formen 1132 der Gießform durch ein Feingussverfahren, wobei wenigstens einer von einem Spitzenabschnitt und einem Wurzelabschnitt des ummantelten Kerns, wie z.B. der Spitzenabschnitt 312 und/oder der Wurzelabschnitt 316, während des Feingussprozesses in der Gießform eingeschlossen wird/werden.
Der vorstehend beschriebene ummantelte Kern bietet ein kosteneffizientes Verfahren zur strukturellen Verstärkung des Kerns, der zur Erzeugung von Komponenten mit darin definierten inneren Durchgängen, insbesondere, aber nicht darauf beschränkt, inneren Durchgängen, die nichtlineare und/oder komplexe Formen aufweisen, verwendet wird, und reduziert oder eliminiert somit die mit dem Kern einhergehenden Zerbrechlichkeitsprobleme. Insbesondere enthält der ummantelte Kern den inneren Kern, der innerhalb des Gießformhohlraums angeordnet ist, um die Position des inneren Durchgangs innerhalb der Komponente zu definieren, und er enthält auch die hohle Struktur, innerhalb derer der innere Kern angeordnet ist. Die hohle Struktur schafft eine strukturelle Verstärkung für den inneren Kern, wodurch sie eine zuverlässige Handhabung und Verwendung der Kerne ermöglicht, die beispielsweise, aber ohne Einschränkung, länger, schwerer, dünner und/oder komplexer als herkömmliche Kerne zum Formen von Komponenten mit einem darin definierten inneren Durchgang sind. Ferner wird die hohle Struktur speziell aus einem Material gebildet, das durch das geschmolzene Komponentenmaterial, das in den Gießformhohlraum eingeleitet wird, um die Komponente zu bilden, wenigstens teilweise absorbierbar ist. Somit beeinträchtigt die Verwendung der hohlen Struktur nicht die strukturellen oder Leistungseigenschaften der Komponente, und sie beeinträchtigt nicht die spätere Entfernung des Innenkernmaterials aus der Komponente, um einen inneren Durchgang zu bilden.
Außerdem bietet der hierin beschriebene ummantelte Kern ein kosteneffizientes und hochgenaues Verfahren, um ein beliebiges aus einer Vielfalt von Durchgangswandmerkmalen an den Wänden, die den inneren Durchgang definieren, integral, in einem Stück zu formen. Insbesondere erleichtert die Fähigkeit, die hohle Struktur vorzuformen, um die Außenfläche des inneren Kerns zu definieren, das Anfügen von beispielsweise Turbulatoren definierenden Merkmalen an die Außenfläche, ohne den innerer Kern maschinell zu bearbeiten, womit ein Risiko von Rissen oder Beschädigungen des Kerns vermieden wird. Zusätzlich oder alternativ dazu schafft die hohle Struktur eine strukturelle Verstärkung, die ein Begrenzen von Rissen und anderer Beschädigung an dem Kern unterstützt, für Anwendungen, in denen Merkmale an der Außenfläche des inneren Kerns, die die Durchgangswandmerkmale definieren, direkt in die Außenfläche des inneren Kerns maschinell eingearbeitet werden.
Eine beispielhafte technische Wirkung der hierin beschriebenen Verfahren, Systeme und Vorrichtungen enthält wenigstens eines von: (a) Reduzieren oder Eliminieren von Zerbrechlichkeitsproblemen, die mit dem Formen, der Handhabung, dem Transport und/oder der Lagerung des Kerns, der zum Formen einer Komponente mit einem darin definierten inneren Durchgang verwendet wird, einhergehen; (b) Ermöglichen der Verwendung von längeren, schwereren, dünneren und/oder komplexeren Kernen im Vergleich zu herkömmlichen Kernen für das Formen innerer Durchgänge für Komponenten; und (c) Reduzieren oder Eliminieren von Zerbrechlichkeitsproblemen, die mit der Hinzunahme von Merkmalen an der Außenfläche des Kerns einhergehen, die die Durchgangswandmerkmale in der Komponente komplementär definieren.
Beispielhafte Ausführungsformen von ummantelten Kernen sind vorstehend im Detail beschrieben. Die ummantelten Kerne und die Verfahren und Systeme, die solche ummantelten Kerne verwenden, sind nicht auf die hierin beschriebenen spezielle Ausführungsformen beschränkt, so dass vielmehr Komponenten von Systemen und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten verwendet werden können. Zum Beispiel können die beispielhaften Ausführungsformen in Verbindung mit vielen anderen Anwendungen, die derzeit konfiguriert werden, um Kerne innerhalb von Gießformanordnungen zu verwenden, implementiert und verwendet werden.
Obwohl bestimmte Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung in einigen Zeichnungen dargestellt sein können und in anderen nicht, ist dies nur der Einfachheit wegen. Entsprechend den Prinzipien der Offenbarung kann jedes Merkmal aus einer Zeichnung in Kombination mit jedem beliebigen Merkmal irgendeiner anderen Zeichnung in Bezug genommen und/oder beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Offenbarung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.

Ein Verfahren zur Erzeugung einer Komponente mit einem darin definiert inneren Durchgang enthält ein Positionieren eines ummantelten Kerns in Bezug auf eine Gießform. Der ummantelte Kern enthält eine hohle Struktur, die aus einem ersten Material ausgebildet ist, und einen inneren Kern, der aus einem Innenkernmaterial ausgebildet ist, das innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist. Das Verfahren enthält ferner ein Einführen eines Komponentenmaterials in einem geschmolzenen Zustand in einen Hohlraum der Gießform hinein, so dass das Komponentenmaterial in dem geschmolzenen Zustand das erste Material von einem Abschnitt des ummantelten Kerns innerhalb des Hohlraums wenigstens teilweise absorbiert. Das Verfahren enthält ferner ein Abkühlen des Komponentenmaterials in dem Hohlraum, um die Komponente zu bilden, und Entfernen des Innenkernmaterials aus der Komponente, um den inneren Durchgang zu bilden. TEILELISTE:

Rotationsmaschine	10
Einlassabschnitt	12
Verdichterabschnitt	14
Brennkammerabschnitt	16
Turbinenabschnitt	18
Auslassabschnitt	20
Rotorwelle	22
wenigstens eine Brennkammer	24
Gehäuse	36
Verdichterlaufschaufeln	40
Verdichterleitschaufeln	42
Laufschaufel	70
Turbinenleitschaufeln	72
Druckseite	74
Saugseite	76
Komponentenmaterial	78
Komponente	80
innerer Durchgang	82
Vorderkante	84
Hinterkante	86
Wurzelende	88
Achse der Laufschaufel	89
Spitzenende	90
Entfernung	92
im Wesentlichen konstante Entfernung	94
Laufschaufellänge	96
Durchgangswandmerkmal	98
Innenwand	100
Merkmalshöhe	102
Merkmalsbreite	104
Längliche Ränder	110
Gießform	300
Gießformanordnung	301
Innenwand	302
Gießformhohlraum	304
Gießformmaterial	306
ummantelter Kern	310
Spitzenabschnitt	312
Abschnitt	315
Wurzelabschnitt	316
hohle Struktur	320
erstes Material	322
innerer Kern	324
Innenkernmaterial	326
Wanddicke	328
charakteristische Weite	330
Außenfläche	332
ausgesparte Merkmale	334
Nuttiefe	336
Nutbreite	338
Einkerbungen	340
Tiefe	342
Längsseiten	346
Öffnung	348
Nut	350
Aussparung	352
längliche Aussparung	354

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Komponente mit einem darin definierten inneren Durchgang, wobei das Verfahren aufweist: Positionieren eines ummantelten Kerns bezüglich einer Gießform, wobei der ummantelte Kern enthält: eine hohle Struktur, die aus einem ersten Material ausgebildet ist; und einen inneren Kern, der aus einem Innenkernmaterial ausgebildet ist, das innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist; Einführen eines Komponentenmaterials in einem geschmolzenen Zustand in einen Hohlraum der Gießform, so dass das Komponentenmaterial in dem geschmolzenen Zustand das erste Material von einem Abschnitt des ummantelten Kerns innerhalb des Hohlraums wenigstens teilweise absorbiert; Abkühlen des Komponentenmaterials in dem Hohlraum, um die Komponente zu bilden; und Entfernen des Innenkernmaterials aus der Komponente, um den inneren Durchgang zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner ein Sichern des ummantelten Kerns bezüglich der Gießform aufweist, so dass der ummantelte Kern während des Einführens und des Abkühlens des Komponentenmaterials relativ zu der Gießform fixiert bleibt; und/oder wobei das Entfernen des Innenkernmaterials aus der Komponente ein Entfernen des Innenkernmaterials aus der Komponente, ohne das Komponentenmaterial zu beeinträchtigen, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner ein Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial aufweist, um den ummantelten Kern zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 3, das ferner vor dem Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial ein Vorformen der hohlen Struktur aufweist, damit diese einer ausgewählten nichtlinearen Form des inneren Durchgangs entspricht; und/oder wobei die Komponente entweder eine Laufschaufel oder eine Leitschaufel enthält, wobei das Vorformen der hohlen Struktur ein Vorformen der hohlen Struktur aufweist, damit diese der nichtlinearen Form des inneren Durchgangs entspricht, die zu einer axialen Verwindung der Komponente komplementär ist.
Verfahren gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Außenfläche des inneren Kerns wenigstens ein ausgespartes Merkmal aufweist, wobei das Verfahren ferner ein Formen des inneren Durchgangs mit wenigstens einem Durchgangswandmerkmal, das zu der Form des wenigstens einen ausgesparten Merkmals komplementär ist, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, das ferner aufweist: Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, um den ummantelten Kern zu formen; und vor dem Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, Vorformen der hohlen Struktur, um die Form des wenigstens einen ausgesparten Merkmals zu definieren; wobei das Vorformen der hohlen Struktur vorzugsweise ein Crimpen der hohlen Struktur aufweist, um wenigstens eine Einkerbung zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, das ferner aufweist: Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, um den ummantelten Kern zu bilden; und nach dem Füllen der hohlen Struktur mit dem Innenkernmaterial, Manipulieren des ummantelten Kerns, um die Form des wenigstens einen ausgesparten Merkmals zu definieren; wobei das Manipulieren des ummantelten Kerns ein Bilden wenigstens einer Aussparung in dem inneren Kern aufweist; wobei das Bilden der wenigstens einen Aussparung in dem inneren Kern ein Bilden länglicher Aussparungen in gegenüberliegenden Längsseiten der Außenfläche aufweisen kann.
Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei der ummantelte Kern einen Spitzenabschnitt und einen Wurzelabschnitt enthält, wobei das Verfahren ferner ein Formen der Gießform durch einen Feingussprozess aufweist, wobei wenigstens einer von dem Spitzenabschnitt und dem Wurzelabschnitt während des Feingussprozesses in der Gießform eingeschlossen wird.
Gießformanordnung zur Verwendung bei der Erzeugung einer Komponente, die einen darin definierten inneren Durchgang aufweist, wobei die Komponente aus einem Komponentenmaterial gebildet wird, wobei die Gießformanordnung aufweist: eine Gießform, die einen Gießformhohlraum darin definiert; und einen ummantelten Kern, der in Bezug auf die Gießform positioniert ist, wobei der ummantelte Kern aufweist: eine hohle Struktur, die aus einem ersten Material ausgebildet ist; und einen inneren Kern, der aus einem Innenkernmaterial ausgebildet ist, das innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist, wobei: das erste Material wenigstens teilweise durch das Komponentenmaterial in einem geschmolzenen Zustand absorbierbar ist und ein Abschnitt des ummantelten Kerns innerhalb des Gießformhohlraums derart angeordnet ist, dass der innere Kern des Abschnitts des ummantelten Kerns eine Position des inneren Durchgangs innerhalb der Komponente definiert.
Gießformanordnung gemäß Anspruch 9, wobei die hohle Struktur den inneren Kern wesentlich strukturell verstärkt; und/oder wobei eine Form der hohlen Struktur einer ausgewählten nichtlinearen Form des inneren Durchgangs entspricht.
Gießformanordnung gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei eine Außenfläche des inneren Kerns wenigstens ein ausgespartes Merkmal aufweist, das zu einer Form wenigstens eines Durchgangswandmerkmals des inneren Durchgangs komplementär ist.
Gießformanordnung gemäß Anspruch 11, wobei die hohle Struktur wenigstens eine Einkerbung aufweist, wobei die wenigstens eine Einkerbung ein entsprechendes einzelnes des wenigstens einen ausgesparten Merkmals definiert; und/oder wobei die hohle Struktur wenigstens eine Öffnung in der Nähe des wenigstens einen ausgesparten Merkmals aufweist.
Gießformanordnung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 9–12, wobei das Komponentenmaterial eine Legierung ist und das erste Material wenigstens ein Bestandteilmaterial der Legierung aufweist.