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HINTERGRUND
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Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein ein Formen von Komponenten mittels Gießen und spezieller eine Anordnung und ein Verfahren zum unmittelbaren Eingießen von Perforationen in eine Komponente.
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Zumindest einige metallische Komponenten werden zumindest teilweise durch Gießen geformt. Einige Gießverfahren erleichtern die Herstellung von nahezu vollständig gestalteten Komponenten, wobei die Komponente im Wesentlichen in einem Schritt während des Gießvorgangs ausgebildet und materialabtragend endbearbeitet wird, um die Komponente zu vervollständigen. Beispielsweise, jedoch nicht zur Beschränkung, sind manche Komponenten, z.B. Heißgaspfadkomponenten von Gasturbinen, hohen Temperaturen ausgesetzt. Zumindest einige derartige Komponenten haben komplizierte Formen und Umrisse, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, Oberflächenmerkmale zur Förderung einer Kühlung und Strukturen, um ein Mischen von Fluidströmen zu fördern.
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Zumindest einige derartige bekannte Komponenten werden in einer Gussform geformt, die einen Hohlraum aufweist, der die äußere Gestalt der Komponente definiert. Eine schmelzflüssige Metalllegierung wird in den Hohlraum der Gussform und in einigen Verfahren um einen Keramikkern herum eingeführt und gekühlt, um die Komponente zu bilden. Allerdings hängt eine Fähigkeit, um eine komplizierte nahezu vollständig gestaltete Komponente hervorzubringen, von einer Fähigkeit ab, die Schablone genau zu definieren, die zur Erzeugung der Gießform verwendet wird. Zumindest einige bekannte Schablonen sind bruchempfindlich, mit der Folge, dass die Herstellung von Schablonen und/oder Kernen schwierig und teuer ist, und dass sie sich nur schwer ohne Schäden während der Gießformherstellung und des Gießverfahrens handhaben lassen.
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Alternativ oder zusätzlich werden wenigstens einige bekannte Komponenten durch Bohren und/oder eine sonstige materialabtragende Bearbeitung der Komponente geformt, um, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, unter Verwendung eines elektrochemischen materialabtragenden Verfahrens die endgültige Gestalt zu erhalten. Allerdings sind zumindest manche derartige materialabtragende Verfahren verhältnismäßig zeitraubend und kostspielig. Außerdem sind zumindest manche derartige materialabtragende Verfahren nicht in der Lage eine Außenwand zu erzeugen, die die Eigenschaften, Gestalt und/oder Umrisse aufweist, die für gewisse Komponentenentwürfe erforderlich sind.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem Aspekt ist ein Verfahren zum Formen einer Komponente geschaffen. Das Verfahren umfasst ein Verbinden einer Gruppe von Behältern mit einem Formkern. Jeder Behälter in der Gruppe enthält eine Menge eines nicht ausgehärteten Formmaterials. Das Verfahren umfasst ferner ein Bilden einer Schicht aus einem flüchtigen Material auf dem Formkern, so dass die Gruppe von Behältern innerhalb der Schicht aus dem flüchtigen Material eingekapselt wird, und ein Bilden einer Schicht aus nicht ausgehärtetem Formmaterial auf der Schicht aus flüchtigem Material, so dass eine nicht ausgehärtete Formbaugruppe gebildet wird. Die nicht ausgehärtete Formbaugruppe wird bis zu einer Temperatur erwärmt, die das nicht ausgehärtete Formmaterial in jedem Behälter und der Schicht verfestigt, so dass eine Gruppe von Stiften und eine Schicht aus dem verfestigten Formmaterial gebildet wird, und wird bis zu der Temperatur erwärmt, die die Schicht aus dem flüchtigen Material zwischen dem Formkern und der Schicht aus dem verfestigten Formmaterial entfernt, so dass dazwischen ein Formhohlraum definiert wird, der die Gruppe von Stiften enthält.
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Weiter kann das Verfahren beispielsweise wenigstens eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
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Einige Ausführungsformen des oben erwähnten Verfahrens können ferner ein Einführen einer Menge von Komponentenmaterial in einem Fluidzustand in den Formhohlraum umfassen.
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Einige Ausführungsformen eines beliebigen oben erwähnten Verfahrens können ferner umfassen: Kühlen des Komponentenmaterials, um die Komponente zu formen; und Entfernen der Komponente zwischen dem Formkern und der Schicht aus dem verfestigten Formmaterial, wobei die Komponente mehrere Kühlungslöcher aufweisen kann, die an Stellen definiert werden, die durch die Gruppe der Stifte freigegeben werden.
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Einige Ausführungsformen eines beliebigen oben erwähnten Verfahrens können ferner ein mechanisches Endbearbeiten der mehreren Kühlungslöcher umfassen.
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In einigen Ausführungsformen eines beliebigen oben erwähnten Verfahrens kann die Gruppe von Behältern aus einem ersten Material hergestellt werden, wobei das Einführen einer Menge von Komponentenmaterial ein Einführen der Menge von Komponentenmaterial bei einer Temperatur beinhalten kann, bei der das erste Material in das Komponentenmaterial absorbiert wird.
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In einigen Ausführungsformen eines beliebigen oben erwähnten Verfahrens kann die Gruppe von Behältern anhand eines zweiten Materials hergestellt werden, wobei das Erwärmen der nicht ausgehärteten Formbaugruppe ein Erwärmen der nicht ausgehärteten Formbaugruppe bis zu der Temperatur beinhalten kann, die das zweite Material zwischen dem Formkern und der Schicht aus dem verfestigten Formmaterial entfernt.
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In einigen Ausführungsformen eines beliebigen oben erwähnten Verfahrens kann die Gruppe von Behältern mit einer Schicht eines ersten Materials beschichtet werden, das sich von dem zweiten Material unterscheidet, wobei das Erwärmen der nicht ausgehärteten Formbaugruppe weiterhin ein Erwärmen der nicht ausgehärteten Formbaugruppe bis zu der Temperatur umfassen kann, die das zweite Material entfernt und die Schicht des ersten Materials um die Gruppe von Stiften aufrecht erhält.
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In einigen Ausführungsformen eines beliebigen oben erwähnten Verfahrens kann das Bilden einer Schicht aus flüchtigem Material ein Bilden der Schicht aus flüchtigem Material mit einer Dicke beinhalten, so dass die Gruppe von Behältern mit der Schicht aus nicht ausgehärtetem Formmaterial verbunden wird.
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Einige Ausführungsformen eines beliebigen oben erwähnten Verfahrens können ferner ein Bilden der Gruppe von Behältern zumindest teilweise unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens umfassen.
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In einigen Ausführungsformen eines beliebigen oben erwähnten Verfahrens kann das Verbinden der Gruppe von Behältern ein Anordnen der Gruppe von Behältern um den Formkern in mehr als einer Dimension umfassen.
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In einem weiteren Aspekt wird eine Formbaugruppe geschaffen. Die Formbaugruppe enthält einen Formkern, eine Gruppe von Behältern, die mit dem Formkern verbunden werden. Jeder Behälter in der Gruppe enthält eine Menge von nicht ausgehärtetem Formmaterial. Eine Schicht aus flüchtigem Material wird auf dem Formkern geformt, so dass die Gruppe von Behältern innerhalb der Schicht aus flüchtigem Material eingekapselt werden, und eine Schicht aus nicht ausgehärtetem Formmaterial wird auf der Schicht aus flüchtigem Material geformt.
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Weiter kann die Formbaugruppe beispielsweise wenigstens eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
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In einigen Ausführungsformen der oben erwähnten Formbaugruppe kann die Gruppe mehrere Abstandselemente enthalten, die sich zwischen den Behältern in der Gruppe erstrecken, so dass die Behälter untereinander verbunden sind.
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In einigen Ausführungsformen einer beliebigen oben erwähnten Formbaugruppe können die Behälter in der Gruppe in einer vorbestimmten Anordnung auf dem Formkern angeordnet werden.
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In einigen Ausführungsformen einer beliebigen oben erwähnten Formbaugruppe kann wenigstens ein Behälter in der Gruppe gestaltet werden, um sich linear zwischen dem Formkern und der Schicht aus nicht ausgehärtetem Formmaterial zu erstrecken.
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In einigen Ausführungsformen einer beliebigen oben erwähnten Formbaugruppe kann wenigstens ein Behälter in der Gruppe gestaltet werden, um sich nicht linear zwischen dem Formkern und der Schicht aus nicht ausgehärtetem Formmaterial zu erstrecken.
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In einigen Ausführungsformen einer beliebigen oben erwähnten Formbaugruppe kann jeder Behälter in der Gruppe eine offene Oberseite aufweisen.
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In einigen Ausführungsformen einer beliebigen oben erwähnten Formbaugruppe kann jeder Behälter in der Gruppe eine geschlossene Oberseite aufweisen.
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In einigen Ausführungsformen einer beliebigen oben erwähnten Formbaugruppe kann die Gruppe von Behältern anhand eines metallischen Materials hergestellt werden, das dafür ausgelegt ist, in ein Komponentenmaterial absorbiert zu werden, wenn es in die Formbaugruppe eingeführt wird.
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In einigen Ausführungsformen einer beliebigen oben erwähnten Formbaugruppe kann die Gruppe von Behältern anhand eines Polymermaterials hergestellt werden, das für ein Entfernen aus der Formbaugruppe ausgelegt ist, wenn es bis zu einer Temperatur erwärmt wird.
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In einigen Ausführungsformen einer beliebigen oben erwähnten Formbaugruppe kann jeder Behälter in der Gruppe mit einem metallischen Material beschichtet werden.
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Figurenliste
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Diese und weitere Ausstattungsmerkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Beschreibung werden nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen übereinstimmende Teile durchgängig mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, wobei:
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Turbine zeigt;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Turbinenschaufel zeigt, die in der in 1 gezeigten Gasturbine genutzt werden kann;
- 3 eine beispielhafte Folge von Verfahrensschritten zum Formen einer Komponente in einer beispielhaften Formbaugruppe veranschaulicht;
- 4 eine beispielhafte Folge von Verfahrensschritten zum Formen einer Komponente in einer abgewandelten Formbaugruppe veranschaulicht; und
- 5 eine beispielhafte Folge von Verfahrensschritten zum Formen einer Komponente in einer weiteren abgewandelten Formbaugruppe veranschaulicht.
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Soweit nicht anders lautend angegeben, sollen die hier dargebotenen Zeichnungen Merkmale von Ausführungsformen der Beschreibung veranschaulichen. Es wird angenommen, dass sich diese Merkmale in vielfältigen Systemen anwenden lassen, die eine oder mehrere Ausführungsformen der Beschreibung umfassen. Als solche beinhalten die Zeichnungen nicht unbedingt sämtlichen herkömmlichen Merkmale, die, wie dem Fachmann bekannt, für die Praxis der hier beschriebenen Ausführungsformen erforderlich sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen wird auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, deren Bedeutungen wie folgt definiert werden.
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Die Singularformen der unbestimmten und bestimmten Artikel schließen auch die Pluralformen ein, es sei denn, der Zusammenhang setzt ausdrücklich Anderslautendes voraus.
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„Optional“ bedeutet, dass der anschließend beschriebene Vorgang oder Zustand auftreten kann, oder auch nicht, und dass die Beschreibung sowohl Fälle einschließt, in denen der Vorgang stattfindet, als auch solche, in denen er nicht stattfindet.
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Eine annähernde Ausdrucksweise, wie sie hier über die gesamte Beschreibung und Ansprüche hinweg eingesetzt wird, kann verwendet werden, um eine quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässig abweichen könnte, ohne eine Änderung der grundlegenden Funktion hervorzurufen, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen oder mehrere Begriffe wie „etwa“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den spezifizierten Wert zu beschränken. In zumindest einigen Ausprägungen kann die annähernde Sprache der Genauigkeit eines zum Erfassen des Werts verwendeten Instruments entsprechen. Im Vorliegenden sowie über die gesamte Beschreibung und die Ansprüche hinweg können Bereichsbeschränkungen kombiniert und/oder ausgetauscht werden.
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Solche Bereiche sind bestimmt und schließen sämtliche Unterbereiche ein, die darin enthalten sind, sofern aus dem Zusammenhang nicht etwas anderes hervorgeht.
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Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung betreffen eine Anordnung und ein Verfahren zum unmittelbaren Eingießen von Perforationen in eine Komponente. Spezieller enthält die Anordnung eine Gruppe von Behältern, wobei jeder Behälter in der Gruppe darin nicht ausgehärtetes Formmaterial aufnimmt. Die Gruppe wird mit einem keramischen Formkern verbunden, in eine Schicht aus flüchtigem Material eingekapselt, und eine Schicht aus nicht ausgehärtetem Formmaterial wird über der Schicht aus flüchtigem Material gebildet. Bei Erwärmung werden das flüchtige Material und das Material, das verwendet ist, um die Gruppe von Behältern zu bilden, zwischen dem keramischen Formkern und der Schicht aus nicht ausgehärtetem Formmaterial entfernt. Zusätzlich verfestigt sich das nicht ausgehärtete Formmaterial, so dass ein Formhohlraum zum Aufnehmen von Komponentenmaterial in einem Fluidzustand zwischen dem keramischen Formkern und der Schicht aus dem nun verfestigten Formmaterial definiert wird. Das nicht ausgehärtete Formmaterial in den Behältern verfestigt sich ebenso, so dass eine Gruppe von Stiften zwischen dem keramischen Formkern und der Schicht aus dem verfestigten Formmaterial gebildet wird. Als solche ermöglicht die Gruppe von Stiften, wenn das Komponentenmaterial in den Formhohlraum eingeführt ist, ein Bilden von Perforationen in der gegossenen Komponente. Somit werden die Perforationen in der gegossenen Komponente in einer raschen, effizienten und kostengünstigen Weise geformt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Turbine 10, die eine Fananordnung 12, eine Niederdruck- oder Booster-Vedichteranordnung 14, eine Hochdruckverdichteranordnung 16 und eine Brennkammeranordnung 18 enthält. Die Fananordnung 12, die Booster-Vedichteranordnung 14, die Hochdruckverdichteranordnung 16 und die Brennkammeranordnung 18 sind strömungsmäßig verbunden. Die Turbine 10 enthält ferner eine Hochdruckturbinenanordnung 20, die mit der Brennkammeranordnung 18 und einer Niederdruckturbinenanordnung 22 strömungsmäßig verbunden ist. Die Turbine 10 hat einen Einlass 24 und einen Auslass 26. Die Turbine 10 weist ferner eine Mittellinie 28 auf, um die die Fananordnung 12, die Booster-Vedichteranordnung 14, die Hochdruckverdichteranordnung 16 und die Turbinenanordnungen 20 und 22 rotieren.
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Im Betrieb wird Luft, die durch den Einlass 24 in die Turbine 10 eintritt, durch die Fananordnung 12 hindurch in Richtung der Booster-Vedichteranordnung 14 kanalisiert. Verdichtete Luft wird von der Booster-Vedichteranordnung 14 in Richtung der Hochdruckturbinenanordnung 16 ausgestoßen. Hochverdichtete Luft wird von der Hochdruckverdichteranordnung 16 in Richtung der Brennkanneranordnung 18 kanalisiert und mit Brennstoff vermischt, und das Gemisch wird in der Brennkammeranordnung 18 verbrannt. Heißes Verbrennungsgas, das durch die Brennkammeranordnung 18 erzeugt wird, wird in Richtung der Turbinenanordnungen 20 und 22 kanalisiert. Das Verbrennungsgas wird anschließend von der Turbine 10 über den Auslass 26 ins Freie entlassen.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Turbinenschaufel 30, die in der (in 1 gezeigten) Turbine 10 genutzt werden kann. In der Ausführungsform weist die Turbinenschaufel 30 einen Fußabschnitt 32 und einen Schaufelblattabschnitt 34 auf, der sich von dem Fußabschnitt 32 aus erstreckt. Der Schaufelblattabschnitt 34 weist eine Seitenwand 36 und mehrere Kühlungslöcher 38 auf, die darin ausgebildet sind. Die Seitenwand 36 definiert ferner einen inneren Strömungskanal 40, der sich durch sie hindurch erstreckt. In einer Ausführungsform wird die Turbinenschaufel 30, wie nachfolgend im Einzelnen erörtert, in einem Feingussherstellungsverfahren hergestellt. Während die Formbaugruppe und das hier beschriebene Verfahren in Zusammenhang mit der Turbinenschaufel 30 beschrieben ist, können sie darüber hinaus genutzt werden, um eine beliebige Komponente zu formen, in der Perforationen oder Kühlungslöcher definiert sind.
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3 veranschaulicht eine beispielhafte Folge von Verfahrensschritten zum Formen einer Komponente in einer beispielhaften Formbaugruppe 100. In der Ausführungsform enthält die Formbaugruppe 100 einen Formkern 102, eine Gruppe 104 von Behältern 106, die mit dem Formkern 102 verbunden werden, eine Schicht 108 aus flüchtigem Material, das auf dem Formkern 102 geformt werden, und eine Schicht 110 aus nicht ausgehärtetem Formmaterial, das auf der Schicht 108 aus flüchtigem Material gebildet wird. Die Schicht 108 aus flüchtigem Material wird so geformt, dass die Gruppe 104 der Behälter 106 innerhalb der Schicht 108 aus flüchtigem Material eingekapselt wird. Zusätzlich weist die Schicht 108 aus flüchtigem Material eine Dicke T auf, so dass wenigstens ein Abschnitt der Gruppe 104 freigelegt ist, um mit der Schicht 110 aus nicht ausgehärtetem Formmaterial verbunden zu werden.
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In einer Ausführungsform werden der Formkern 102 und das nicht ausgehärtete Formmaterial anhand desselben Materials geformt, das ein beliebiges Material ist, das es der Formbaugruppe 100 ermöglicht, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. Ein beispielhaftes Material, das verwendet wird, um den Formkern 102 und das nicht ausgehärtete Formmaterial zu bilden, beinhaltet, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, ein Keramikmaterial. Als solche werden der Formkern 102 und das nicht ausgehärtete Formmaterial, wenn sie bis zu einer vorbestimmten Härtungstemperatur erwärmt werden 116, wie nachfolgend im Einzelnen erläutert, fusioniert, so dass eine verfestigte Formbaugruppe 118 gebildet wird.
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Zusätzlich ist das flüchtige Material ein beliebiges Material, das es der Formbaugruppe 100 ermöglicht, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. Ein beispielhaftes flüchtiges Material beinhaltet, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, ein Wachsmaterial. In der Ausführungsform weist das Wachsmaterial eine Verdampfungstemperatur auf, die niedriger ist als die vorbestimmte Härtungstemperatur des Keramikmaterials, das genutzt wird, um den Formkern 102 und das nicht ausgehärtete Formmaterial zu bilden. Als solche wird die Schicht 108 aus flüchtigem Material, wie nachfolgend im Einzelnen erläutert, zwischen dem Formkern 102 und der Schicht 110 aus nicht ausgehärtetem Formmaterial entfernt, wenn die Formbaugruppe 100 bis zu der vorbestimmten Härtungstemperatur erwärmt wird, so dass dadurch innerhalb der verfestigten Formbaugruppe 118 ein Formhohlraum 112 definiert wird.
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In der Ausführungsform enthält die Gruppe 104 mehrere Behälter 106 und mehrere Abstandselemente 114, die sich zwischen den Behältern 106 in der Gruppe 104 erstrecken, so dass die Behälter 106 untereinander verbunden werden. Außerdem werden die mehreren Abstandselemente 114 in einer oder mehreren Dimensionen ausgerichtet, um die Behälter 106 in einer vorbestimmten Anordnung auf dem Formkern 102 anzuordnen. Beispielsweise ist der Formkern 102 in einer Ausführungsform ein konturiertes Objekt, und die Gruppe 104 von Behältern 106 wird um den Formkern 102 in mehr als einer Dimension ausgebreitet. Somit lässt sich die Gruppe 104 rasch und einfach auf dem Formkern 102 positionieren, wenn die Formbaugruppe 100 gebildet wird. Alternativ werden Abstandselemente 114 von der Gruppe 104 weggelassen, und die Behälter 106 lassen sich einzeln auf dem Formkern 102 positionieren, wenn die Formbaugruppe 100 gebildet wird.
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Die Gruppe 104, einschließlich der Behälter 106 und der Abstandselemente 114, wird anhand eines beliebigen Materials und in einem beliebigen Herstellungsprozess hergestellt, der der Formbaugruppe 100 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. In einer Ausführungsform ist die Gruppe 104 zumindest teilweise in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt. Beispielhafte Materialien, die zur Herstellung der Gruppe 104 verwendet werden, beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, metallisches Material, Polymermaterial und eine Kombination davon. Das metallische Material weist eine Verdampfungstemperatur auf, die höher ist als die vorbestimmte Härtungstemperatur des Keramikmaterials, das genutzt wird, um den Formkern 102 und das nicht ausgehärtete Formmaterial zu bilden. Als solche bleibt die Gruppe 104, wie nachfolgend im Einzelnen erläutert, innerhalb des Formhohlraums 112 positioniert, während das darin enthaltene nicht ausgehärtete Formmaterial erwärmt wird und sich verfestigt, und das metallische Material ist dafür ausgelegt, in ein metallisches Komponentenmaterial absorbiert zu werden, wenn es in den Formhohlraum 112 der verfestigten Formbaugruppe 118 eingeführt wird.
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Zusätzlich weist das Polymermaterial eine Verdampfungstemperatur auf, die niedriger ist als die vorbestimmte Härtungstemperatur des Keramikmaterials. Als solche wird die Gruppe 104, wie nachfolgend im Einzelnen erläutert, aus dem Formhohlraum 112 gleichzeitig entfernt, während das darin enthaltene nicht ausgehärtete Formmaterial erwärmt wird und sich verfestigt. Wenn die Behälter 106 anhand der Kombination eines metallischen Materials und eines Polymermaterials gebildet werden, werden sie anhand des Polymermaterials geformt, wobei ein (nicht gezeigter) Innenraum der Behälter 106 mit dem metallischen Material beschichtet wird. Beispielsweise werden die Behälter 106 in einigen Ausführungsformen in einem Elektroplattierungs- oder in einem stromlosen Plattierungsverfahren beschichtet. Somit wird die Gestalt des nicht ausgehärteten Formmaterials innerhalb der Behälter 106 durch das metallische Material aufrecht erhalten, während das Polymermaterial aus dem Formhohlraum 112 entfernt wird.
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Wie oben beschrieben, wird die Formbaugruppe 100 erwärmt 116, um eine Verfestigung des nicht ausgehärteten Formmaterials zu fördern, das in den Behältern 106 und der Schicht 110 aus dem nicht ausgehärteten Formmaterial enthalten ist, so dass dadurch die verfestigte Formbaugruppe 118 gebildet wird. Weiter fördert ein Erwärmen 116 der Formbaugruppe 100 ein Verdampfen der Schicht 108 aus flüchtigem Material, so dass es aus der verfestigten Formbaugruppe 118 entfernt wird. Als solche wird die verfestigte Formbaugruppe 118 anhand einer einheitlichen Struktur gebildet, die den Formkern 102, eine Schicht 120 aus einem verfestigten Formmaterial und eine Gruppe von Stiften 122 aufweist, die sich dazwischen erstrecken. In einer Ausführungsform sind die Behälter 106 in der Gruppe 104 gestaltet, um sich linear zwischen dem Formkern und der Schicht 120 aus dem verfestigten Formmaterial zu erstrecken, so dass in der Komponente, die gebildet wird (d. h. in der Turbinenschaufel 30) Perforationen mit einer linearen Ausrichtung geformt werden. Außerdem weisen die Behälter 106 in der Gruppe 104 in der Ausführungsform eine offene Oberseite auf, so dass das nicht ausgehärtete Formmaterial in den Behältern 106 und der Schicht 110 fusioniert werden, wenn sie erwärmt werden 116.
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Außerdem ermöglicht das Entfernen der Schicht 108 aus flüchtigem Material aus der verfestigten Formbaugruppe 118 ein Definieren des Formhohlraums 112 zwischen dem Formkern 102 und der Schicht 120 aus dem verfestigten Formmaterial. Anschließend wird ein metallisches Komponentenmaterial 124 in einem Fluidzustand in den Formhohlraum 112 der verfestigten Formbaugruppe 118 eingeführt 126. Dem metallischen Komponentenmaterial 124 wird gestattet, innerhalb der verfestigten Formbaugruppe 118 abzukühlen und zu erstarren, so dass eine gegossene Komponente gebildet wird, wie beispielsweise die Turbinenschaufel 30. Im Zusammenhang mit der Turbinenschaufel 30 entspricht der Formkern 102 als solcher dem (in 2 gezeigten) inneren Strömungskanal 40, und die Stifte 122 entsprechen den (in 2 gezeigten) Kühlungslöchern 38. Spezieller weist die Komponente, die anhand des metallischen Komponentenmaterials 124 ausgebildet ist, nachdem sie von der verfestigten Formbaugruppe 118 entfernt ist, die Kühlungslöcher 38 auf, die an Stellen definiert sind, die von der Gruppe der Stifte 122 freigemacht werden.
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4 veranschaulicht eine beispielhafte Folge von Verfahrensschritten zum Formen einer Komponente in einer abgewandelten Formbaugruppe 128. In der Ausführungsform weisen die Behälter 106 in der Gruppe 104 eine geschlossene Oberseite auf, so dass bei dem Erwärmen 116 zwischen dem nicht ausgehärteten Formmaterial in den Behältern 106 und der Schicht 110 ein Spalt 130 definiert wird. Als solche weist die verfestigte Formbaugruppe 132 einen Formhohlraum 134 auf, der den Raum, der von der Schicht 108 aus flüchtigem Material freigemacht wird, und den Spalt 130 einschließt. Das metallische Komponentenmaterial 124 wird anschließend in den Formhohlraum 112 der verfestigten Formbaugruppe 132 eingeführt 126, und es wird dem metallischen Komponentenmaterial 124 gestattet abzukühlen und zu erstarren. Nachdem die Komponente, die anhand des metallischen Komponentenmaterials 124 ausgebildet ist, von der verfestigten Formbaugruppe 132 entfernt ist, weist sie eine (nicht gezeigte) Abdeckung aus Komponentenmaterial auf, die die (in 2 gezeigten) Kühlungslöcher 38 versperrt. Die Komponente wird anschließend mechanisch endbearbeitet, um ein Definieren der Perforationen darin zu ermöglichen. In einer Ausführungsform wird die Formbaugruppe 128 genutzt, um selektiv ein Kühllöchermuster in der Komponente zu definieren. Beispielsweise werden auf der Grundlage eines gewünschten Kühllöchermusters einige Abdeckungen mechanisch endbearbeitet und andere bleiben unbehandelt. Ein mechanisches Endbearbeiten beinhaltet, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, ein Bohren und ein elektrochemisches Bearbeiten.
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5 veranschaulicht eine beispielhafte Folge von Verfahrensschritten zum Formen einer Komponente in einer abgewandelten Formbaugruppe 136. In der Ausführungsform werden Behälter 138 in der Gruppe 104 gestaltet, um sich nicht linear zwischen dem Formkern und der Schicht 120 aus dem verfestigten Formmaterial zu erstrecken, so dass in der Komponente, die gebildet wird (d. h. in der Turbinenschaufel 30), Perforationen mit einer nicht linearen Ausrichtung geformt werden. Spezieller weisen die Behälter 106 eine beliebige Gestalt auf, die der Formbaugruppe 136 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. Somit werden die Kühlungslöcher 38 in der Turbinenschaufel 30 (beide in 2 gezeigt), die den Behältern 138 entsprechen, mit einer beliebigen Strömungsgeometrie geformt, die der Turbinenschaufel 30 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
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Die hier beschriebenen Anordnungen und Verfahren erleichtern die Bildung von metallischen Gusskomponenten oder Objekten, die eine Gruppe von darin definierten Perforationen oder Kühlungslöchern aufweisen. Anstelle eines Gießens des Objekt und eines anschließenden Formens der Kühlungslöcher darin, enthalten die hier beschriebenen Formbaugruppen eine Gruppe von Stiften im Inneren eines Gussformhohlraums der Anordnungen. Spezieller wird die Gruppe von Stiften durch ein Aushärten eines Keramikmaterials in einer Gruppe von Behältern in situ gebildet. Ein Komponentenmaterial wird anschließend in den Formhohlraum eingeführt und die Kühlungslöcher werden in der gegossenen Komponente an Stellen geformt, die durch die Gruppe von Stiften freigegeben werden. Somit werden Komponenten, bei denen im Inneren Perforationen oder Kühlungslöcher definiert sind, in einer raschen, effizienten und kostengünstigen Weise hergestellt.
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Ein beispielhafter technischer Effekt der hier beschriebenen Anordnungen und Verfahren beinhaltet wenigstens: (a) Formen einer Formbaugruppe, die ein Formen von Komponenten mit eingegossenen Perforationen oder Kühlungslöchern ermöglicht; (b) Formen von Perforationen oder Kühlungslöchern mit komplexen Geometrien im Inneren von gegossenen Komponenten; und (c) Verringern der Zeit und des Aufwands für das Formen von Perforationen oder Kühlungslöchern in einer gegossenen Komponente.
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Im Vorliegenden sind Ausführungsformen von Feingussanordnungen und Verfahren dargelegt. Die Anordnungen und Verfahren sind nicht auf die hierin unterbreiteten speziellen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können Teile von Systemen und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von hier beschriebenen weiteren Komponenten und/oder Schritten genutzt werden. Beispielsweise kann die Anordnung der hier beschriebenen Komponenten auch in Verbindung mit anderen Verarbeitungsverfahren verwendet werden und ist nicht auf die Verwendung lediglich in Verbindung mit der Herstellung von Turbinenkomponenten, wie hier beschrieben, beschränkt. Vielmehr kann die Ausführungsform in Verbindung mit vielen Anwendungen verwirklicht und genutzt werden, bei denen das Formen von gegossenen Komponenten mit Perforationen oder Kühlungslöchern gewünscht ist.
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Obwohl spezielle Ausstattungsmerkmale vielfältiger Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung in einigen Zeichnungen gezeigt sein können und in anderen nicht, dient dies lediglich der vereinfachten Darstellung. Gemäß den Grundzügen von Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung, kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Verbindung mit jedem Merkmal jeder beliebigen der übrigen Zeichnungen in Bezug genommen und/oder beansprucht werden.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung offenzulegen, die die beste Ausführungsart beinhalten, und außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung in die Praxis umzusetzen, einschließlich beliebige Vorrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der hier beschriebenen Ausführungsformen ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
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Eine Formbaugruppe 128, 136 weist einen Formkern 102 und eine Gruppe 104 von Behältern 106 auf, die mit dem Formkern 102 verbunden werden. Jeder Behälter 106 in der Gruppe 104 enthält eine Menge von nicht ausgehärtetem Formmaterial. Eine Schicht 108 aus flüchtigem Material wird auf dem Formkern 102 geformt, so dass die Gruppe 104 der Behälter 106 innerhalb der Schicht 108 aus flüchtigem Material eingekapselt wird, und eine Schicht 110 aus nicht ausgehärtetem Formmaterial auf der Schicht 108 aus flüchtigem Material geformt wird.
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Bezugszeichenliste
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| Turbine |
10 |
| Fananordnung |
12 |
| Booster-Vedichteranordnung |
14 |
| Druckverdichteranordnung |
16 |
| Brennkammeranordnung |
18 |
| Turbinenanordnungen |
20 |
| Druckturbinenanordnung |
22 |
| Einlass |
24 |
| Auslass |
26 |
| Mittellinie |
28 |
| Turbinenschaufel |
30 |
| Fußabschnitt |
32 |
| Schaufelblattabschnitt |
34 |
| Seitenwand |
36 |
| Kühlungslöcher |
38 |
| Innerer Strömungskanal |
40 |
| Formbaugruppe |
100 |
| Formkern |
102 |
| Gruppe |
104 |
| Behälter |
106 |
| Schicht |
108 |
| Schicht |
110 |
| Formhohlraum |
112 |
| Abstandselemente |
114 |
| Verfestigte Formbaugruppe |
118 |
| Schicht |
120 |
| Stifte |
122 |
| Metallisches Komponentenmaterial |
124 |
| Formbaugruppe |
128 |
| Spalt |
130 |
| Verfestigte Formbaugruppe |
132 |
| Formhohlraum |
134 |
| Formbaugruppe |
136 |
| Behälter |
138 |
