DE1810915A1 - Zusammengesetzter beschaufelter Rotor insbesondere fuer Kompressoren von Gasturbinentriebwerken - Google Patents

Zusammengesetzter beschaufelter Rotor insbesondere fuer Kompressoren von Gasturbinentriebwerken

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DE1810915A1 DE19681810915 DE1810915A DE1810915A1 DE 1810915 A1 DE1810915 A1 DE 1810915A1 DE 19681810915 DE19681810915 DE 19681810915 DE 1810915 A DE1810915 A DE 1810915A DE 1810915 A1 DE1810915 A1 DE 1810915A1
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Description

Zuaammengeaetzter besohaufelter Rotor inabeaondere für Kompressoren von Gasturbinentriebwerken
Die Erfindung betrifft einen zusammengeaetzten integral aufgebauten, leichten beaohaufelten Rotor für den Kompreaaorabsohnitt eines Gaaturbinentriebwerkea. Der Mittelabachnitt der Schaufel wird duroh Drähte gebildet, die aioh radial zur Schaufel, duroh eine Mittelsaheibe und dann radial duroh eine andere Schaufel erstrecken. Fußstücke sind an den unteren Enden der Schaufel vorgesehen, um Plattformoberfläohen zu bilden, welche die inneren Grenzen des luftströmungswegea beatinmen. Die Ihißstücke werden in einer radialen Richtung gegen die Einwirkung der Zentrifugalkraft gehalten und awar duroh ein Paar Reifen oder Bänder, die in Buten vor und hinter dem Mittelabachnitt der Schaufeln gewickelt aind. Der Rest der Schaufelform wird duroh Anaatzatücke gebildet, die teilweise die aufgewickelten Reifen oder Bänder überlappen und die ferner Stränge aufweisen, welche in die Drähte eingewebt sind, die die Mittelacheibe bilden. Ein äußeres Gehäuse bestimmt die äußeren Grenzen des Luftströmungswegea und wird dadurch gebildet, daß die Verlängerungen der Sohaufeldrähte in entgegengesetzten ümfangsrichtungen gefaltet werden und daß ein Reifengehäuaeaufbau um dieae herum gewickelt wird. Die verschiedenen Bauteile dea beschaufelten Aufbaues, duroh die Luft hinduroh strömt, sind mit einem Bleoh- oder "Folien-
material
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Gei/R.
material beschichtet. Alle diese Komponenten sind miteinander verbunden, um einen integralen zusammengesetzten Aufbau zu ergeben.
Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen τοη beschaufelten Eotorbauteilen und insbesondere auf Bauteile dieser Art, die in Türbinenmaschinen verwendet werden« *·
Ba wurde festgestellt? daß zusammengesetzte Materialien eine £ große Möglichkeit bieten, das Erfordernis der Gewichtsverminderung von Sasturbinentriebwerken ssu erfüllen, um das Schub-Gewichtsverhältnis derartiger Sriebwerke zu erhöhen» Es wurden verschiedene Yorschlage gemacht, um Glasfasern 2SU verwenden, die miteinander durch einen geeigneten Kunstharz verbunden sind, um eine hohe Festigkeit und Starrheit für einen leichten Aufbau zu erhalten, der in dieser zusammengesetzten Weise aufgebaut ist» Sie hohen Kraftbelastungen derartiger Bauteile unddie auftretende Kompliziertheit dieser Bauteile, die erforderlich ist» um die aerodynamischen Belastungen sowie die_ZentrlfUgallaaten aufzunehmen, haben.die " Größe -und die Drehzahl derartiger imsammengesetzter lotoren begrenzt, so daß deren Möglichkeiten nicht vollkommen ausge-™ nutzt wurden.
Bine wesentliche Verbesserung von zusammengesetzten ■Rotorkonstruktionen ist in der Verwendung, von gespannten Drähten zu sehen, die nach innen und nach außen gezogen wurden, um wenigstens teilweise die gewölbten Schaufeln zubildenp die bei Bauelementen, wie beispielsweise -Kompressprrotoren,· v®r- · wendet werden« Derartige. Einrichtungen sind is der US-Patentanmeldung, Serial Ho· 672 106 vom 2· Oktober .1967 beeohrie«- ben.
Obwohl das in dieser Anmeldung'beschriebene Verfahren zur Her-
- stellung
-ORIGINAL "IMSPSCTED
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- 3 -■
stellung eines Rotora und der dort beschriebene beschaufelte Rotor Schaufelelemente ergeben, die eine sehr große Festigkeit haben, weisen diese Sohaufelelemente trotzdem erhebliche Beschränkungen bei der Verwendung dieser Schaufeln auf und zwar wegen der weiteren Bedingung, daß als integraler Abschnitt des Rotora Plattformen zwischen benachbarten Schaufein vorgesehen werden, welche die inneren Grenzen der Luftströmung durch den Gebläserotor bestimmenο
Es ist ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten zusammengesetzten und integral aufgebauten Turbomasohinenrotor zu schaffen, der Plattformabschnitte zwischen benachbarten Schau feln aufweist, die einen hohen Grad von struktureller Vollständigkeit ergeben.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den vorstehenden Zweck zu erfüllen und weiterhin den Vorteil verbesserter struktureller Vollständigkeit von Schaufeln zu erhalten, die wenigstens teilweise durch Drähte gebildet sind, die unter Zug radial zu den Schaufeln nach innen und außen von einer Hittelscheibe aus gezogen sind, die wenigstens teilweise durch die gleichen Drähte gebildet ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die vorstehenden Ziele zu ermohen und zusätzlich eine gesamtfestigkeit und Steif heit der Schaufeln durch einen verbesserten äußeren Kranz zu erreichen, insbesondere, wenn Drähte, wie beispielsweise Glasfasern mit geringen Modulen in dem zusammengesetzten Material verwendet werden»
Diese Ziele werden bei einer Rotorkonstruktion erreicht, bei der gespannte Fäden oder Drähte sich in Längsrichtung von radial sich erstreckenden Schaufeln erstrecken und feile dieser Schaufeln bilden. Die unter Zug stehenden Drähte oder laden
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den erstrecken sich in eine Mittelscheibe hinein und bilden wenigstens teilweise diese Mittelscheibe. Eine Anzahl von Paßstücken ist zwischen'den- Schaufeln an deren Unterteilen neben der Scheibe eingeordnet, Diese Fußstücke bestimmen die inneren Grenzen des Luftströmungsweges durch den Rotor und werden in ihrer Lage durch in Umfangsrichtung gewundene Reifen oder Bänder aus Draht oder Fadenmaterial festgehalten«» Die beschriebenen Komponenten dieses zusammengesetzten Ro-
^ tors sind miteinander verbunden, um einen integralen Bauteil zu ergeben. Vorzugsweise liegen Ansatzstücke über Teilen der Fußstücke, um die die Reifen oder Bänder gewunden sind, um die tragflügeiförmigen Abschnitte der Schaufeln im wesentlichen auf den axialen Abstand der Fußstücke zu verlängern« Weiterhin ist es bevorzugt, daß die unter Spannung stehenden Fäden oder Träger die Mittelkerne der Schaufeln bilden, daß die Fußatüokevor und nach diesen Mittelkemen Nuten aufweisen, und daß die Umfanggreifen oder Bänder in diese Nuten eingewickelt sindβ Die Ansatzstücke weisen die Form von radial angeordneten Drähten oder Fäden auf und bilden die Tor» der- und Hinterkanten der Schaufeln. Die Teile dieser Fäden oder Drähte vor oder ,hinter den beiden gewundenen Bändern
W oder Reifen erstrecken sich nach innen -und sind in die aus Fäden oder Drähten geformte Scheibe eingewebt oder mit den Drähten oder Fäden dieser Scheibe verflochten. Die So|iaTife|.n, die aus einem derartigen littelkern und AnsatzaMokeii suBammengesetzt sind , können vorzugsweise mit Blech oder Folismnateriä: bedeckt SeIn1 welches an den Schaufeln befestigt ist, um weiterhin eine strukturelle Festigkeit für die Schaufeln au erzielen.
Zusätzlich kann ein äußerer Kranz dadurch gebildet werden, daß die Fäden oder Drähte, die die.Schaufeln bilden*, in entgegengesetzte Umfangsrichibungen aufgeteilt werden, und daß diese Abschnitte dann durch ein äußeres Wickelband umwickelt werden,
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so daß der äußere Kranz eine weitere strukturelle Festigkeit den Schaufeln erteilt und die äußeren Grenzen des Luftströmungsweges duroh den Eotor hindurch bestimmt.
Die im vorstehenden aufgeführten und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die !Figuren der Zeichnung erläutert werden· Es zeigen:
Pig* 1, eine teilperspektivisohe Ansicht eines gemäß der Er- λ findung aufgebauten Kompressorrotors, '
Pig. 2 eine Teilschnittansioht der in Pig. 1 dargestellten Beschaufelung»
Pig» 3 eine Sohnittansioht im vergrößerten Maßstab, genommen längs der Linie III-III der Pig. 4,
Pig» 4 eine Schnittansioht, genommen längs der Linie IV-IV der Pig* 3 längs der Sehne der Schaufel,
Pig. 5 eine Schnittansioht in vergrößertem Maßstab, genommen längs der Linie V-V der Pig· 2, mit der geatriohelt ein Verfahren dargestellt ist, welches bei der Aus- J bildung der Sohaufeln verwendet wird und
Pig· 6 eine Draufsicht, bei der Teile fortgebroohen sind, auf die äußere Oberfläche des in Pig. 5 dargestellten Rotorabschnittes.
Es sei zuerst auf die Pig. 1 und 2 Bezug genommen. Es ist ein 'Kompressorrotor 10 dargestellt. Dieser Eotor weist eine innere ringförmige Scheibe 12, eine Anzahl Sohaufeln H mit Tragflächenprofil, die sich von diesem Hing aus erstrecken und einen äußeren Kran* 16 auf, der die äußeren Enden der Schaufeln 14 miteinander verbindet und der die äußeren Grenzen für die
Strömung
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Strömung durch den-Rotor, bestimmt· Die inneren Grenzen des Strömungawega durch den Botor werden durch Plattformen 18 bestimmt, die zwischen den Schaufeln 14 an ihren Wurzeln angeordnet sind, wobei sich die Plattformen an diesen Stellen radial von der Scheibe 12 aua erstrecken« Bei der gedachten Verwendung wird der Rotor.10 an einer nicht dargestellten Welle montiert und angetrieben, um luft au verdichten^ um den Betrieb eines Gasturbinentriebwerkes aufrecht zu erhalten.
Der beschriebene Rotor ist in zusammengesetzter Weise aus Dräh ten oder Fäden gebildet, Paßstücken'19V die die Plattformen 18 bilden und. Bleeh-.dder.Polienmaterialien/wobei all diese Teile miteinander verbunden aindt um einen integralen Bauteil zu ergeben· Die Erfindung bezieht sich auf die Art und Weise in der diese verschiedenen Komponenten ausgebildet sind und durch-die Erfindung wird eine hohe Festigkeitν bezogen auf das Gewicht, erreicht« und dadurch werden maximal die Torteile hoher Festigkeiten und Module von elastischen oder starren Materialien in Draht- oder Padenfora ausgenutzt·. Bin bevorzugtes fadenmaterial »ind Gtlasfasera.tiad "in dies-em Pail ist ein. Epoxyharz ©in. bevorzugtes .Bindemittel? Biese- Materialien sind hauptsächlich; "bei verhältnismäßig ~ geringen Arbeite tempers türen vorteilhaft, wie sie -in Gebläsen oder Kompressoren von Gasturbinentriebwerken auftreten« Metallische Drähte und nichtorganische Bindemittel Wimen ebenfalls verwendet xi?erden und zwar inabesondere bei -Turbinenrotoren Men» höh© JBe triebe tem*- peraturbedingungen herrsohen«
Zur Beschreibung' der speziellen dargestelltes. Konfiguration sei bemerkt, "daß/ jede der Schaufeln- 14 aua einem mittleren Kern aus radial'eloh/erstreckendes, lääen. oder Brärfeen Gesteht, die innerhalb des Abschnittes- 20 is.Mg« 4 liegen« Die Kern-fäden oder Drähte 20 aind im .allgemeinen* entsprechend der technischen lehre gewickelt oder gesog©ng die in der-vorstehend zitierten US-Pätentanmeldung "beschrieben ist uad zwar '
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derart, daß sie nach innen durch die Mittelscheibe 12 Mndurohgebogen und gezogen sind, wobei gleichzeitig diese Scheibe gebildet wird, und daß sie sich dann zu einer anderen Schaufel erstrecken. Die Kernfäden oder Kerndrähte 20 ergeben für die Schaufel ein hohes Maß an Festigkeit und Steifheit.
Es sei bemerkt, daß die Mitteldrähte oder -Fäden 20 in die Scheibe 12 hineingezogen sind oder diese bilden und daß diese im allgemeinen an den Wurzeln der Schaufeln dreieckförmige Lücken bilden. Die Fußstücke 19 sind im allgemeinen mit halbkreisförmigen unteren oder inneren Oberflächen ausgebildet, so daß diese in diese Lücken eingesetzt werden können und zwar mit einer minimalen Zugbelastung der Fäden oder Drähte 20. Die Fußstücke sind leichte Konstruktionsteile. Bei geringen Temperaturen können diese aus" einem festen wSrmehärtenden Harz bestehen und einen Kern aufweisen, um das Gewicht zu vermindern.
Um ferner die Art und Weise zu erklären, wie der Rotor geformt ist, sei bemerkt, daß die Fußstücke 19 in einer Form auf Fixierzapfen montiert werden können, die durch Halterungsbohrungen 22 aufgenommen werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Ein kontinuierlicher Draht- oder Fadenstrang kann dann radial nach außen zwischen den Fußstücken um Zapfen 24 herumgezogen werden, wie gestriohelt in Fig. 6 dargestellt ist und dann radial nach innen, wobei dann der Strang durch den Scheibenabschnitt 12 hinduroh geht, und dann, zwischen einem anderen Paar von Fußstücken hindurch, um sich radial nach außen um einen anderen Zapfen herum zu erstrecken und dann radial nach innan durch die Scheibe hinduroh und sdfort, bis die volle Breite der Kerndreht- oder Kernfadenlage erreicht ist.
Die Fußstücke 19 weisen Hüten 24 in ihren äußerei Oberflächen
auf.
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auf. Bänder 26, die daduroh gebildet sind, daß Stränge von Fäden oder Drähten in diese eingewickelt sind, sind vorzusehen. Vorzugsweise wird eines der Bänder 26 gewickelt, während sich die Fußstücke in einer Form befinden. Die Kernfäden oder Drähte 20 werden,dann wie beschrieben, gewickelt und danach wird das zweite Band 26 gewickelt. Die Tragflügel-'form der Schaufel wird durch die Ansatzstücke 28 und 30 an den Vorder- und Hinterkanten der Schaufeln vervollständigt, während diese Stücke es ermöglichen, daß sich die Schaufeln φ über die volle axiale Länge der Plattformen eratrecken. Diese Ansatzstücke weisen vorzugsweise radial sich erstreckende Drähte oder Fäden auf und überlappen teilweise die gewickelten Bänder und erstrecken sich zum Seil über diese nach vorn und hinten hinweg. Die Abschnitte, die sich über die Bänder erstrecken, erstrecken sich ebenfalls radial nach innen und sind mit den fäden oder Drähten 20 verflochten oder verwoben, die die Scheibe bilden. Dadurch wird den vorderen und hinteren Kartenabschnitten der Schaufeln eine größere radiale Festigkeit erteilt»
Der äußere Kranz 16 wird zum Seil dureh die Drähte oder Fäden 16 der Schaufeln gebildet« Me Kerndrähte oder -Fäden 20,
P die um die Zapfen 24 herumgewickelt werden, können so geschnitten werden, daß die Hälfte dieser Drähte oder Fäden in einer Umfangeriehtung umgelegt wird rad die andere Hälfte in der entgegengesetzten Umfangariehttmg, im gegen §3mlio3i gelegte Drähte oder Fäden der benachbarten Schaufel anzustoßen land · um so den inneren Abschnitt dea Kranzes 16 zu bilden* Sie Drähte oder Fäden der Ansatzstücke 28 und 50 kernten in gleicher Weise gelegt werden, aο daß der innere AbsoMitt dee Kranzea Drähte oder Fäden aufweist 9 die integrale Bestandteile der Schaufeln sind. Die Änderen Teile äea Kranzes werden dadurch gebildet, daß ein kontinuierlicher Strang von Drähten oder Fäden gewickelt wird. Speziell bei 4©ü ?erwen-
dung
ι -
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dung dieses Rotors in einem Kompressor eines Gasturbinentriebwerkes können Labyrinthzähne 34 duroh die gewickelten Dräute oder Fäden an der äußeren Oberfläche des Kranzes ausgebildet werden.
Es ist weiter bevorzugt, daß die Oberfläche der Schaufeln, des Kranzes und der Plattformen mit einem folien- oder BIeohmaterial bedeckt werden, um eine größere strukturelle Festigkeit dem Rotor zu erteilen, und um ferner den Verschleiß der vorgespannten Drähte oder Fäden zu vermindern, die beim Ro- a tor verwendet werden. Zu diesem Zweck ist das Blech- oder Folienmaterial an den äußeren Oberflächen der Schaufeln, den Plattformoberflächen der Fußstüoke und den inneren Oberfläohen des Kranzes 16 befestigt. Die Scheibe 12 kann ebenfalls mit diesem Bleoh- oder Folienmaterial bedeokt sein· Venn Glasfasern beim Rotoraufbau verwendet werden, kann normalerweise Glasfasergewebe als ^olienmaterial verwendet werden.
Wie dargelegt, sind die verschiedenen Komponenten des Rotors 10 miteinander verbunden, um einen integralen Rotor zu ergeben« Dies wird duroh die Verwendung von Formen erreicht, die einen Druok auf die Drähte oder Fäden ausüben können und den veraohiedenen Komponenten eine genaue gewünschte Form geben kön- \ nen, wenn sie mittels eines zugeführten Bindemittels miteinander verbunden werden. Die Bindetechnik kann aus der bekannten Technologie des Formgebungsgebietes gewählt werden.
Für den Fachmann ist klar, daß die Größe und die Α"β*φΤ der Drähte und Fäden durch das ausgewählte Material für bestimmte Bedingungen festgelegt wird.
Duroh die Erfindung wird ein Rotoraufbau geschaffen, d«r im allgemeinen eine abgeglichene strukturelle Festigkeit hat, wobei Schaufeln verwendet werden, die eine hohe strukturelle Festigkeit haben und zwar durch die Verwendung von verbesserten
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ten Mitteln, lim die Plat tform©"berf lachen su bilden, die die inneren Grenzen der Luftströmung duroh den Rotor hindurch "bestimmen. Es können Abänderungen und Veränderungen durchgeführt werden, die im Hahmen der Erfindung liegen«
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Claims (9)

-H- Patentansprttche
1. Rotor für eine Turbinenmaachine, gekennzeichnet durch eine Scheibe, eine Anzahl von Schaufeln, die sich radial von dieser Scheine aus erstrecken, wobei diese Schaufeln einen Kernbauteil aus radial sich erstreckenden Drähten oder Fäden aufweisen, die sich ebenfalls in die Scheibe hinein erstrecken und wenigstens teilweise diese Scheibe bilden, eine Anzahl von Fußstüoken, die zwischen den Schaufeln an deren Wurzeln angeordnet sind, wobei die äußeren Oberfläohen der Fußstücke Plattformen bilden, um die inneren G-renzen der Gasströmung durch den Rotor hinduroh zu bestimmen, ein kontinuierliches Band, welches durch Draht- oder Fadenmaterial gebildet ist und welches um die Fußstüoke herum gewickelt ist und Mittel, um die Drähte oder Fäden und Bänder miteinander zu verbinden, so daß der Rotor einen integralen Bauteil bildet,
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die !Fußstücke in Umfangsrichtung fluohtende Nuten aufweisen, in die Banddrähte oder Fäden eingelegt sind·
5· Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußstücke zwei Sätze von in Umfangsrichtung fluchtenden Nuten haben, daß das Band in einen Satz von Buten gewikkelt ist und daß ein ssweites Band in den anderen Satz von Nuten eingewickelt ist, daß der Kernaufbau der Blätter sich zwischen diesen Bändern erstreckt und daß die inneren Oberflächen der Fußstüoke glatt gekrümmt sind, wobei sich die Drähte oder Fäden des Kernaufbaues um diese Oberflächen !»umlegen, wenn aie sich in die Scheibe erstrecken, wobei eine minimale Spannung ausgeübt wird·
4» Hotor nach Anspruch 3, daduroh gekennzeichnet, daß die SchaufeJnAnsatzstüoke zu beiden Seiten der Kernstruktur
aufweisen,
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aufweisen, welche die Vorder- und Hinterkante der Sohaufeln bilden, wobei diese Ansatzstücke die Bänder überlappen·
5. Rotor nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzstücke radial sich erstreckende Drähte oder fäden aufweisen, wobei Teile dieser Drähte oder Fäden die Bänder überlappen und wobei sich diese Drähte oder Fäden radial naoh innen erstrecken und in die Kerndrähte oder Fäden eingewebt oder mit diesen verflochten sind, die sioh in die Scheibe hinein erstrecken.
6. Rotor naoh Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln und die äußeres Plattformoberflächen der Paßstücke mit Folien- oder Bleohmaterialien bedeckt sind.
7. Rotor nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß ein Kranz die äußeren Enden der Schaufeln miteinander verbindet, daß die Drähte das Kernmaterial an ihrem äußeren Ende längs der Sehnenlinie der Sohauftl getrennt sind und in entgegengesetzten ümfangariohtungen umgebogen sind, um die inneren Abschnitte des Kranzes zu bilden, und daß ein üBraht- oder Fadenmaterial um die umgebogenen Abschnitte der Schaufel-
m drähte oder -fäden herumgewickelt ist, um den äußeren Abschnitt des Kranzes zu bilden.
8. Rotor nach Ana pm oh 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohaufeln ferner Ansatzstücke an beiden Enden der Kernst ruktur aufweieen, welche die Yorder- und Hinterkanten der Sohaufeln bilden und welche die Bänder überlappen, daß die Ansatzstücke radial sich überlappende Drähte oder Fäden aufweisen, von denen Seile die Bänder überlappen und die sich radial nach innen erstrecken und die mit den
• Kerndrähten oder -fäden verbunden sind, die sich in die Scheibe hinein erstrecken, wobei die Drähte oder Fäden der Ansatzstücke ebenfalls längs der Sehnenlinie der Schaufeln
getrennt
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getrennt und in entgegengesetzten Uaifauge richtungen umgebogen sind, ua ferner die inneren feile des Kranzes zu bilden und wobei die Jaden- oder Brahtumwioklung ebenfalls die entgegengesetzt gebogenen Abschnitte der Ansatzstücke umschließt, um den äußeren Seil des Kranaes tu bilden.
9. lot or naoh Anspruch S9 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Schaufeln,die inneren Oberflächen dee äußeren Kranzes und die äußeren Plattformoberfläohen der fußsttioke »it Folien- oder BIe climate rial bed ekc t sind. Λ
to« Rotor naoh Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenmaterial Glas ist und daß das folienmaterial ßlaafasergewebe ist, daß die Fußatüoke aus eine» wärmehärtenden Harz bestehen und daß die Bindemittel Epoxyharze aufweisen·
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-Ak -
Le e rs e i te
DE19681810915 1968-01-29 1968-11-26 Zusammengesetzter beschaufelter Rotor insbesondere fuer Kompressoren von Gasturbinentriebwerken Pending DE1810915A1 (de)

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