DE102017200333A1 - Method for closing an elongated passage opening of a workpiece - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer länglich ausgebildeten Durchgangsöffnung (5) eines Werkstücks, die eine Werkstückaußenseite mit einem Hohlraum des Werkstücks verbindet, wobei die Durchgangsöffnung (5) in ihrer Längserstreckung durch zwei einander gegenüberliegende Längswände (6) und quer zur Längserstreckung durch zwei gegenüberliegende Stirnwände (7) begrenzt ist, wobei die Länge (L) der Durchgangsöffnung (5) größer als deren Tiefe (T) ist, und wobei die Tiefe (T) der Durchgangsöffnung (5) kleiner als die geringste Breite (B) der Durchgangsöffnung (5) ist, unter Verwendung eines Füllstücks.The invention relates to a method for closing an elongated passage opening (5) of a workpiece, which connects a workpiece outside with a cavity of the workpiece, wherein the passage opening (5) in its longitudinal extent by two opposite longitudinal walls (6) and transverse to the longitudinal extent by two opposite end walls (7) is limited, wherein the length (L) of the through hole (5) is greater than the depth (T), and wherein the depth (T) of the through hole (5) is smaller than the smallest width (B) of the through hole (5), using a filler.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer länglich ausgebildeten Durchgangsöffnung eines Werkstücks, die eine Werkstückaußenseite mit einem Hohlraum des Werkstücks verbindet, wobei die Durchgangsöffnung in ihrer Längserstreckung durch zwei einander gegenüberliegende Längswände und quer zur Längserstreckung durch zwei gegenüberliegende Stirnwände begrenzt ist, wobei die Länge der Durchgangsöffnung größer als deren Tiefe ist, und wobei die Tiefe der Durchgangsöffnung kleiner als die geringste Breite der Durchgangsöffnung ist.The present invention relates to a method for closing an elongated passage opening of a workpiece, which connects a workpiece outside with a cavity of the workpiece, wherein the passage opening is limited in its longitudinal extent by two opposite longitudinal walls and transversely to the longitudinal extent by two opposite end walls, wherein the length the passage opening is greater than its depth, and wherein the depth of the passage opening is smaller than the smallest width of the passage opening.
Bei der gießtechnischen Herstellung einer mit zumindest einem Hohlraum versehenen Turbinenschaufel ist es bekannt, dass in dem den Hohlraum am freien Ende der Turbinenschaufel begrenzenden Kronenboden Durchgangsöffnung verbleiben, die auf während des Gießens eingesetzte Gießkernhaltetechnologien zurückzuführen sind und allgemein auch als Kernhalteöffnungen bezeichnet werden. Derartige Durchgangsöffnungen müssen geschlossen werden, um während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Turbinenschaufel einen unkontrollierten Austritt eines durch den Hohlraum geleiteten Kühlfluids zu verhindern. Zum Verschließen solcher Durchgangsöffnungen werden derzeit unterschiedliche Technologien eingesetzt. Zum einen ist es beispielsweise bekannt, Durchgangsöffnungen unabhängig von ihrer Form mittels manuellen WIG-Schweißens zu verschließen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht allerdings darin, dass manuelles WIG-Schweißen nicht als prozessstabil gewertet werden kann. Darüber hinaus besteht in Abhängigkeit von der Ausführungsqualität die Gefahr einer Heißrissbildung, wodurch die Lebensdauer der Turbinenschaufel beeinträchtigt wird. Alternativ können Durchgangsöffnungen kreisrunden Querschnitts mit einem Innengewinde versehen und dann mit einem entsprechend ausgebildeten Gewindebolzen als Füllstück verschlossen werden, der anschließend verstemmt wird. Aber auch dieses Verfahren zieht häufig die Ausbildung von Heißrissen nach sich. Eine weitere Methode besteht darin, eine kreisrunde Durchgangsöffnung mit einem kegelförmigen Stopfen als Füllstück zu verschließen, der dann mittels WIG-Schweißens mit dem Kronenboden verbunden wird. Aber auch hier ist die Gefahr der Heißrissbildung sehr hoch. Darüber hinaus ist die schweißtechnische Befestigung des Füllstückes derart auszuführen, dass sichergestellt wird, dass sich dieses während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Turbinenschaufel nicht lösen kann, da hiermit ein großes Gefahren- und Beschädigungspotenzial einhergeht.In the casting manufacturing of a turbine blade provided with at least one cavity, it is known to have through holes in the crown bottom defining the cavity at the free end of the turbine blade, which are due to casting core retention technologies used during casting and are also commonly referred to as core retention apertures. Such passage openings must be closed in order to prevent an uncontrolled exit of a cooling fluid conducted through the cavity during the intended use of the turbine blade. For closing such through-holes different technologies are currently used. On the one hand, it is known, for example, to close passage openings independently of their shape by means of manual TIG welding. A disadvantage of this method, however, is that manual TIG welding can not be considered process stable. In addition, depending on the quality of execution, there is a risk of hot cracking, which affects the life of the turbine blade. Alternatively, passage openings of circular cross-section can be provided with an internal thread and then closed with a suitably designed threaded bolt as a filling piece, which is then caulked. But even this process often leads to the formation of hot cracks. Another method is to close a circular passage opening with a conical plug as filler, which is then connected by means of TIG welding with the crown bottom. But even here, the risk of hot cracking is very high. In addition, the welding technology attachment of the filler is to be carried out such that it is ensured that this can not dissolve during normal operation of the turbine blade, as this is associated with a great potential for danger and damage.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an alternative method of the type mentioned.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das die Schritte aufweist:
- a) Bearbeiten zumindest einer der Stirnwände und/oder zumindest einer der Längswände der Durchgangsöffnung derart, dass sich die Durchgangsöffnung von der Werkstückinnenseite zur Werkstückaußenseite verjüngt;
- b) Bereitstellen eines länglich ausgebildeten metallischen Füllstückes mit zwei sich im Wesentlichen parallel erstreckenden Längsseiten, zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten sowie einer Außenseite und einer Innenseite, wobei die Formen und äußeren Abmessungen zumindest der Längs- und Stirnseiten des Füllstückes im Wesentlichen den Formen und Abmessungen der Längs- und Stirnwände der Durchgangsöffnung nach der Durchführung des Schrittes a) derart entsprechen, dass das Füllstück in die Durchgangsöffnung unter Bildung eines Formschlusses einsetzbar ist, und wobei an der Außenseite des Füllstückes ein Draht befestigt ist;
- c) Hindurchführen des Füllstückes durch die Durchgangsöffnung ausgehend von der Werkstückaußenseite, wobei das Füllstück am Draht gehalten wird;
- d) Einsetzen des Füllstückes in die Durchgangsöffnung ausgehend von der Werkstückinnenseite unter Handhabung des Drahtes, bis der Formschluss erzielt ist; und
- e) Fixieren des in die Durchgangsöffnung eingesetzten Füllstückes, insbesondere unter Einsatz eines Schweißverfahrens.
- a) processing at least one of the end walls and / or at least one of the longitudinal walls of the passage opening such that the passage opening tapers from the workpiece inner side to the workpiece outer side;
- b) providing an elongated metallic filler with two substantially parallel extending longitudinal sides, two opposite end faces and an outer side and an inner side, wherein the shapes and outer dimensions of at least the longitudinal and end faces of the filler substantially the shapes and dimensions of the longitudinal - and end walls of the passage opening after the implementation of step a) correspond to such that the filler is insertable into the through hole to form a positive connection, and wherein on the outside of the filler, a wire is attached;
- c) passing the filler through the passage opening from the workpiece outside, the filler being held on the wire;
- d) inserting the filler in the passage opening, starting from the workpiece inside with handling of the wire until the positive connection is achieved; and
- e) fixing the filler used in the passage opening, in particular using a welding process.
Dank der Tatsache, dass in Schritt a) zumindest eine der Stirnwände und/oder zumindest eine der Längswände der Durchgangsöffnung derart bearbeitet wird, dass sich die Durchgangsöffnung von der Werkstückinnenseite zur Werkstückaußenseite verjüngt, ist ausgeschlossen, dass das in Schritt b) bereitgestellte Füllstück, das die entsprechende Negativform der in Schritt a) hergestellten Durchgangsöffnung aufweist, im nach Durchführung der Schritte c) und d) herbeigeführten eingesetzten Zustand in Richtung Werkstückaußenseite aus der Durchgangsöffnung fallen kann, weshalb das von dem Füllstück ausgehende Beschädigungs- und/oder Gefahrenpotential minimal ist. Entsprechend muss das in Schritt e) durchgeführte Fixieren des in die Durchgangsöffnung eingesetzten Füllstückes lediglich derart erfolgen, dass das Füllstück im statischen Zustand sicher innerhalb der Durchgangsöffnung festgelegt ist. Hierzu reichen wenige Schweißpunkte aus, weshalb der Wärmeeintrag in das Werkstück während der Durchführung des Schrittes e) minimal ist. Somit kann einer Heißrissbildung effektiv entgegengewirkt und die Lebensdauer des Werkstückes heraufgesetzt werden.Due to the fact that in step a) at least one of the end walls and / or at least one of the longitudinal walls of the passage opening is machined so that the passage opening tapers from the workpiece inside to the workpiece outside, it is excluded that the provided in step b) filler, the has the corresponding negative shape of the through-hole produced in step a), in the inserted state after the implementation of steps c) and d) can fall out of the through hole in the direction of the workpiece outside, so that the risk from the patch damage and / or danger potential is minimal. Correspondingly, the fixing of the filling piece inserted into the passage opening, carried out in step e), merely has to take place in such a way that the filling piece is securely fixed within the passage opening in the static state. For this purpose, few weld points are sufficient, which is why the heat input into the workpiece during the Implementation of step e) is minimal. Thus, hot cracking can be effectively counteracted and the life of the workpiece can be increased.
Vorteilhaft ist die zu verschließende Durchgangbohrung in einem Kronenboden einer Turbinenschaufel vorgesehen. In diesem speziellen Fall besteht ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Turbinenschaufel sicher verhindert wird, dass das Füllstück aufgrund der auftretenden Fliehkräfte aus der Durchgangsöffnung nach außen entweichen und dort Schaden anrichten kann, selbst wenn die in Schritt e) erzeugte Fixierung versagen sollte.Advantageously, the through hole to be closed is provided in a crown base of a turbine blade. In this particular case, a further advantage of the method according to the invention is that during normal operation of the turbine blade is reliably prevented that the filler due to the centrifugal forces escape from the through hole to the outside and cause damage there, even if in step e) generated fixation should fail.
Vorteilhaft wird das Bearbeiten in Schritt a) unter Einsatz eines spanenden Fertigungsverfahrens durchgeführte, insbesondere mittels Fräsens. Dies führt zu einer kostengünstigen Fertigung.Advantageously, the processing in step a) is carried out using a machining production method, in particular by means of milling. This leads to a cost-effective production.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden in Schritt a) beide Stirnwände und/oder beide Längswände der Durchgangsöffnung bearbeitet, so dass insbesondere die durch Fliehkräfte erzeugten Lasten gleichmäßig verteilt werden.According to one embodiment of the present invention, both end walls and / or both longitudinal walls of the passage opening are processed in step a), so that in particular the loads generated by centrifugal forces are distributed uniformly.
Vorteilhaft wird die Durchgangsöffnung in Schritt a) derart bearbeitet, dass sich diese in zumindest einer Schnittansicht konisch verjüngt, insbesondere gleichmäßig konisch, wodurch eine besonders gute Lastverteilung unter dem Einfluss von Fliehkräften erzeugt wird.Advantageously, the passage opening is processed in step a) such that it tapers conically in at least one sectional view, in particular uniformly conical, whereby a particularly good load distribution is generated under the influence of centrifugal forces.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Winkel, den die Stirnseiten und/oder die Längsseiten des in Schritt b) bereitgestellten Füllstückes gemeinsam definieren, kleiner als derjenige Winkel, den die zugeordneten Stirnwände und/oder die zugeordneten Längswände der Durchgangsöffnung gemeinsam definieren, wobei die Differenz der Winkel bevorzugt im Bereich von 1° bis 10° liegt. Auf diese Weise entsteht ein sich zur Werkstückaußenseite konusförmig aufweitender Spalt, dessen Spaltbreite sich in Richtung des Hohlraums bis auf den Wert Null verringert. Dieser Ringspalt kann dann beispielsweise unter Verwendung eines pulver- oder drahtförmigen Zusatzwerkstoffes im Rahmen eines Auftragsschweißens verfüllt werden.According to one embodiment of the method according to the invention, an angle which the end faces and / or the longitudinal sides of the filler piece provided in step b) jointly define is smaller than the angle which the associated end walls and / or the associated longitudinal walls of the passage opening define together Difference of the angle is preferably in the range of 1 ° to 10 °. In this way, a gap which widens conically towards the outside of the workpiece is produced, the gap width of which decreases in the direction of the cavity to zero. This annular gap can then be filled, for example using a powder or wire-shaped filler material as part of a hardfacing.
Vorteilhaft erfolgt das Fixieren in Schritt e) mittels Heftschweißens, insbesondere mittels eines WIG- oder Strahlschweißens.The fixing in step e) advantageously takes place by means of tack welding, in particular by means of TIG or beam welding.
Das Fixieren in Schritt e) kann unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffes erfolgen, insbesondere eines drahtförmigen Zusatzwerkstoffes.The fixing in step e) can be carried out using a filler material, in particular a wire-shaped filler material.
Weitere Merkmale und Vorteile werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist/sind:
-
1 eine perspektivische Teilansicht des freien Endes einer Turbinenschaufel; -
2 eine perspektivische Draufsicht eines unbearbeiteten Kronenbodens der in1 dargestellten Turbinenschaufel; -
3 eine perspektivische Teilansicht des in2 dargestellten Kronenbodens von unten in bearbeitetem Zustand; -
4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV - IV in3 ; -
5 eine perspektivische Ansicht eines Füllstückes; und -
6 bis8 perspektivische Ansichten des bearbeiteten Kronenbodens, die einzelne Schritte während des Einsetzens des in5 dargestellten Füllstückes in eine Durchgangsöffnung des Kronenbodens zeigen.
-
1 a partial perspective view of the free end of a turbine blade; -
2 a perspective top view of an unprocessed crown bottom of in1 illustrated turbine blade; -
3 a partial perspective view of the in2 shown crown bottom from below in the processed state; -
4 a sectional view taken along the line IV - IV in3 ; -
5 a perspective view of a filler; and -
6 to8th perspective views of the machined crown bottom, the individual steps during insertion of the in5 show filler shown in a through hole of the crown floor.
Die Durchgangsöffnung
Zum Verschließen der länglichen Durchgangsöffnung
In einem weiteren Schritt wird ein länglich ausgebildetes, metallisches Füllstück
In einem sich anschließenden Schritt wird das Füllstück
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verschließen der Durchgangsöffnung
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sollte es klar sein, dass alternativ oder zusätzlich zu den Stirnwänden
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DE102017200333.2A DE102017200333A1 (en) | 2017-01-11 | 2017-01-11 | Method for closing an elongated passage opening of a workpiece |
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2017
- 2017-01-11 DE DE102017200333.2A patent/DE102017200333A1/en not_active Withdrawn
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