DE1095634B - Verfahren zur Herstellung eines stabfoermigen Rohlings fuer Turbinen- und Kompressorschaufeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines stabförmigen Rohlings für Turbinen- und Kompressorschaufeln, von dem mindestens ein Teil, der mit einem verformbaren und wieder entfernbaren Stoff gefüllte Längslöcher enthält, durch Strangpressen zu einem Schaufelblatt mehr oder weniger rohen Querschnittsprofils verformt wird. Die Längslöcher in einem derartigen Rohling bilden, nachdem der sie füllende Stoff entfernt worden ist, in der fertigen Schaufel Kühlkanäle.

An Schaufeln mit Kühlkanälen werden von den Turbinen- und Kompressorherstellern häufig Anforderungen gestellt, die mit dem bezeichneten Verfahren allein nicht ohne weiteres erfüllt werden können. So ist es besonders schwierig, die Forderung zu erfüllen, daß die Kanäle sich vom einen zum anderen Ende der Schaufel hin verjüngen sollen, wobei der engere Querschnitt sowohl am Schaufelfuß als auch an der Schaufelspitze liegen kann. Man könnte zwar nach der Entfernung des Füllstoffes die Löcher einzein aufreiben. Das ist aber nicht nur zeitraubend, sondern wegen des für Gasturbinenschaufeln verwendeten Werkstoffes, einer schwer zerspanbaren Legierung, oft nicht möglich. Umgekehrt können Kanäle mit konstantem Querschnitt im Schaufelblatt gefordert sein, was keine Mühe macht, wenn das Blatt selbst auch einen konstanten Querschnitt hat. Wird aber ein verjüngtes Blatt gefordert, dann ergeben sich, sofern die Verjüngung spanlos erfolgt, auch verjüngte Kanäle, die nachträglich auf konstanten Querschnitt aufgebohrt werden müssen. Endlich werden oft auch Kanäle verlangt, die im Blatt nicht parallel zueinander verlaufen.

Mit Hilfe der Erfindung gelingt es, auf einfache Weise diese sonst nur schwer erfüllbaren Forderungen zu erfüllen, und zwar durch einen Verfahrensschritt, der zeitlich vor dem Strangpressen liegt. Erfindungsgemäß wird ein die gefüllten Längslöcher konstanten Querschnittes enthaltender Block mit paarweise sich gegenüberliegenden Seitenflächen, von denen mindestens ein Seitenpaar entgegengesetzt zu der Richtung einer geforderten stetigen Querschnittsverjüngung der Löcher im stranggepreßten Teil konvergiert, durch einen Warmstreckvorgang in die Stabform gebracht. Dabei verwandeln sich die Löcher konstanten Querschnitts in Löcher, deren Querschnitt vom einen zum anderen Ende stetig abnimmt, und zwar entstehen konische Löcher, wenn der Block vierseitig ist und seine beiden Paare von Seitenflächen konvergieren, der Block also etwa die Gestalt eines Pyramidenstumpfes hat, und elliptisch sich verjüngende Löcher, wenn nur ein Paar von Seitenflächen konvergiert.

Wenn man die Löcher in den Block mit ihren Verfahren zur Herstellung

eines stabförraigen Rohlings für Turbinen-

und Kompressorschaufeln

Anmelder:

Henry Wiggin & Company Limited,
London

Vertreter: Dr.-Ing. G. Eidienberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,

Düsseldorf 10, Cecilienallee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 30. Januar 1957

Harold William Georg Hignett,
Phillip George Turner und Campell Clouston Hörne,

London,
sind alß Erfinder genannt worden

Achsen parallel zueinander bohrt, wie es am bequemsten ist, dann neigen sich während des Warmstrekkens die Lochachsen zueinander, wie es häufig erwünscht ist. Sind andererseits sich verjüngende Kühlkanäle verlangt, die parallel zueinander verlaufen, dann wird ein Block verwendet, dessen Löcher in der gleichen Richtung wie die Seitenflächen konvergieren.

Das stranggepreßte Schaufelblatt kann durch weiteres Verformen, beispielsweise Walzen, nach dem Ende hin verjüngt werden. Dadurch werden Lage und Querschnittsverlauf der Löcher nochmals beeinflußt. Hätte ein in dieser Weise zu verformendes Schaufelblatt Löcher von konstantem Querschnitt, so würden daraus beim Walzen Löcher entstehen, deren Querschnitt zur Schaufelspitze hin abnimmt. Dies ist in vielen Fällen unerwünscht, wird aber vermieden, wenn man erfindungsgemäß dafür sorgt, daß die Löcher im Rohling sich vom Fuß zur Spitze hin erweitern.

Unter einem stabförmigen Körper im vorstehenden Sinne soll ein Körper verstanden werden, der, wenn er unter einem beliebigen Winkel von einander par-

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allelen Ebenen geschnitten wird, mit allen diesen Ebenen kongruente Schnitte liefert.

Es ist bekannt, Pilgerköpfe, also innen kreiszylindrische, außen kegelige Werkstücke durch radial wirkenden Außendruck in Körper zu verwandeln, die außen kreiszylindrisch und dafür innen kegelig sind, und danach diese Körper durch Eintreiben eines Stempels innen wieder zylindrisch zu machen.

Es ist ferner bekannt, einen zylindrischen und mit achsparallelen Bohrungen versehenen Körper durch ein dem Warmstrecken gleichartiges Kaltstrecken, hier Hämmern, auf eine sich verjüngende Form zu bringen und die in entsprechendem Verhältnis sich verengenden Bohrungen dadurch aufrechtzuerhalten, daß in sie Drähte, und zwar bei wiederholtem Streckvorgang dünnere Drähte, eingelegt werden. Es zeigt sich, daß eine Verringerung des Querschnittes des Körpers im Verhältnis steht zu einer Abnahme des Abstandes der Bohrungen. -.·

Ein älterer, nicht veröffentlichter Vorschlag bezieht sich auf ein Verfahren zur herstellung von Schaufeln für Turbinen oder Kompressoren durch Strangpressen eines stabförmigen Rohlings mit durchgehenden, gemäß der Lage der Kühlkänäle angeordneten, einen verformbaren und später e^ntfernbaren Füllstoff enthaltenden Längsbohrungerr "zum Schaufelblatt bis auf einen Preßrest, aus dem alsdann der Schaufelfuß herausgearbeitet wird. Bei diesem Verfahren wird ein Rohling mit abgesetzten, im Bereich des späteren Schaufelfußes engeren Längsbohrungen verwendet, um den Unterschied in der Weite der Bohrungen im Fuß und im Blatt, wie er sich durch das Strangpressen ergibt, möglichst auszugleichen. Dabei kann der Rohling durch teilweises Strangpressen eines mit Bohrungen konstanter Weite versehenen Blockes hergestellt werden, der anschließend durch Zerspanen auf konstanten Querschnitt gebracht wird. Der Rohling kann aber auch aus einem T-förmigen, in Richtung seines Stegteiles mit Bohrungen konstanter Weite versehenen Block hergestellt werden, dessen Flanschteil mit dem Stegteil voran durch eine diesen frei durchlassende Matrizenöffnung stranggepreßt wird.

Die Zeichnung veranschaulicht vier Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es" zeigt

Fig. 1 einen Block zur Verwendung im ersten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 den Block nach Fig. 1, jedoch mit mehr Längsbohrungen in Draufsicht,

Fig. 3 einen aus dem Block nach Fig. 1 durch Warmverformung entstandenen Rohling,

Fig. 4 eine aus dem Rohling nach Fig. 3 durch Strangpressen hergestellte Schaufel,

Fig. 5 die Schaufel nach Fig. 4 nach Bearbeitung durch Zerspanung,

Fig. 6 die Schaufel nach Fig. 4 nach Verformung durch Walzen,

Fig. 7 einen Querschnitt durch die fertige Schaufei, _

Fig. 8 einen Block zur Verwendung im zweiten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht,

Fig. 9 bis 12 Darstellungen entsprechend Fig. 3 bis 6,

Fig. 13 einen Block zur Verwendung im dritten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht,

Fig. 14 einen aus dem Block nach Fig. 13 durch Warmverformung entstandenen Rohling,

Fig. 15 einen Schnitt nach der Linie XV-XV in Fig. 14,

Fig. 16 eine aus dem Rohling nach Fig. 14 und 15 durch Strangpressen hergestellte Schaufel und

Fig. 17 bis 20 Darstellungen, die den Fig. 13 bis 16 entsprechen, zur Veranschaulichung einer Abwandlung.

Der Block 1 nach Fig. 1 und 2 hat die Form eines Pyramidenstumpfes, in den parallel zur Mittelachse zehn Sacklöcher 2 gebohrt werden, von denen in Fig. 1 nur zwei gezeichnet sind. Diese Löcher werden anschließend gefüllt. Der Block wird zunächst durch Schmieden auf Stabform gebracht, also in einen Körper 3 von rechteckigem Querschnitt umgewandelt, wie er in Fig. 3 erscheint. Dabei verwandeln sich die Löcher2 in verjüngte Löcher2A. Der Körper 3 stellt den Schaufelrohling dar, der durch teilweises Strangpressen auf die verlangte Schaufelform gemäß Fig. 4 mit Blatt 4 und Fuß 5 gebracht wird. Das Blatt hat konstanten Querschnitt. Aus den Löchern 2 A sind längere und im Querschnitt verringerte Löcher 2 B entstanden. Doch ist die Verjüngung erhalten geblieben, so daß die Lochweiten am freien Ende größer sind als am Fuß.

Die Schaufel nach Fig. 4 kann je nach den Erfordernissen weiterbearbeitet werden, und zwar entweder durch Zerspanung gemäß Fig. 5 oder spanlos gemäß Fig. 6. In beiden gezeichneten Fällen erhält das Blatt dadurch eine Verjüngung zum Ende hin. Geschieht dies durch Zerspanung, so bleiben die Löcher unverändert. Die fertige Schaufel hat dann Kühlkanäle, die sich zur Mündung hin erweitern, was oft erwünscht ist, weil die Kühlluft, die sich in der Schaufei durch Erwärmung ausdehnt, dann mit annähernd konstanter Geschwindigkeit strömt. Geschieht dagegen die Verformung spanlos, beispielsweise durch Walzen, dann werden aus den Löchern 25 Löcher 2 C von im wesentlichen konstantem Querschnitt. Das Walzen ist zur Formung eines verjüngten Schaufelblattes besonders zweckmäßig und hat hier nicht die unerwünschte Folge, daß sich die Löcher zum freien Ende hin verjüngen.

Das Blattö der durch Zerspanung oder Walzen erhaltenen Schaufel hat im Schnitt das Profil nach Fig. 7. Die relative Lage dieses Querschnitts im Block ist in Fig. 2 gestrichelt angedeutet.

Der Fuß 5 erhält seine endgültige Form, etwa Tannenzapfenform, durch Zerspanung mit oder ohne vorangegangenes Schmieden. Sodann werden in den Fuß Löcher gebohrt, die in die Löcher des Schaufelblattes münden.

Im zweiten Ausführungsbeispiel hat der Block 1 nach Fig. 8 die gleiche Form wie in Fig. 1. Doch verlaufen die Löcher 2 parallel zu zwei gegenüberliegenden Seitenflächen. Dann liegen die Löcher 2A und 2B, die sich ergeben, wenn der Block zunächst durch Warmverformen auf Stabform gemäß Fig. 9 und dann durch Strangpressen auf Schaufelform gemäß Fig. 10 gebracht worden ist, parallel zueinander. Da die Löcher sich verjüngen, liegt zwischen ihnen Material 7 in einer Dicke, die vom Fuß aus abnimmt. Das Blatt kann nun ebenso weiterbearbeitet werden wie im ersten Ausführungsbeispiel. Dabei entsprechen Fig. 11 und 12 den Fig. 5 und 6. Aus Fig. 12 ist als besonderer Vorteil erkennbar, daß die Materialdicke zwischen den Löchern nahezu derjenigen zwischen einem Loch und der Außenseite entspricht.

Im dritten Ausführungsbeispiel konvergieren nur zwei gegenüberliegende Seitenflächen des Blockes, der demgemäß aus einem Prisma mit trapezförmiger Grundfläche entsprechend Fig. 13 besteht, wenn man eine der nicht konvergierenden Seitenflächen als Grundfläche des Prismas betrachtet. Wird der Block durch Warmverformen auf die Stabform 3 gebracht,

so werden die Löcher 2 in Löcher 2 D mit im wesentlichen elliptischem Querschnitt verwandelt, wie aus Fig. 14 und 15 ersichtlich ist. Durch das Strangpressen entsteht dann ein Schaufelblatt gemäß Fig. 16.

Die Kanäle lassen sich bequemer von der großen als von der kleinen Stirnfläche des Blockes aus bohren, wie in Fig. 17 angedeutet ist. Beim Warmverformen und Strangpressen ändern dann die Löcher ihren Querschnitt und ihre Lage in der in Fig. 18 bis 20 dargestellten Weise.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines stabförmigen Rohlings für Turbinen- und Kompressorschaufeln, von dem mindestens ein Teil, der mit einem verformbaren und wieder entfernbaren Stoff gefüllte Längslöcher hat, durch Strangpressen zu einem Schaufelblatt mehr oder weniger rohenQuerschnittsprofils verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

ein die gefüllten Längslöcher (2) konstanten Querschnitts enthaltender Block (1, 1') mit paarweise sich gegenüberliegenden Seitenflächen, von denen mindestens ein Seitenpaar entgegengesetzt zu der Richtung einer geforderten stetigen Querschnittsverjüngung der Löcher im stranggepreßten Teil konvergiert, durch einen Warm streck Vorgang in die Stabform gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Blockes, dessen Löcher (2) in der gleichen Richtung wie die Seitenflächen konvergieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das stranggepreßte Schaufelblatt durch weiteres Verformen, beispielsweise Walzen, nach dem Ende hin verjüngt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 375 203, 376 759;
USA.-Patentschrift Nr. 2 247 193.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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