DE1923888A1 - Verfahren zur Herstellung einer stromlinienfoermig gestalteten Schaufel - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer stromlinienfoermig gestalteten Schaufel

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Description

PAII-NTAN vVÄLFfc
DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH
8 MÜNCHEN 2, 9· Mai I969
UNSER ZE.CHEN: 1^88 "
Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.
Verfahren zur Herstellung einer stromlinienförmig gestalteten Schaufel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer stromlinienförmig gestalteten Schaufel, z.B. der Kompressor-Rotor-Schaufel eines Gasturbinenstrahltriebwerks.
Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung einer stromlinienförmig gestalteten Schaufel in der Weise durchgeführt, daß zwei Schichtenkörper so angeordnet werden,.daß zwischen ihnen ein Spalt verbleibt, wobei die gegenüberliegenden Seiten des Schaufelprofils auf den Schichtenkörpern vorgesehen sind, daß Paserstoffmaterial in den Spalt eingefügt wird und daß die Zusammenstellung, bestehend aus Schichtenkörpern und Faserstoffmaterial, zu einer stromlinienförmig gestalteten Schaufel geformt wird.
■--1
Jeder der Schichtenkörper ist vorzugsweise mit Paserstoff material verstärkt. Die Pasern in jedem der Schichtenkörper können kreuzverwebt sein. Außerdem können die Schichtenkörper anfänglich in einer Form gegossen werden und sie können danach mit dem Faserstoffmaterial umwickelt werden.
Zeitweilig oder ständig kann ein Füllkörper in dem Spalt untergebracht werden. Der Füllkörper kann schmelzbar sein und nachdem er anfänglich im Spalt untergebracht wurde, kann er abschließend durch Ausschmelzen entfernt werden.
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Stattdessen kann der Füllkörper ständig in dem Spalt verbleiben und aus einem Honigwabenkörper oder einem Schaumstoffkörper bestehen.
Die Schichtenkörper können zwischen den Teilen einer Form angeordnet werden und das Faserstoffmaterial wird danach in den Spalt zwischen den Schichtenkörpern eingefügt und die Schaufel wird dann ausgeformt, indem die Schichtenkörper und das Faserstoffmaterial innerhalb der Form vergossen werden.
Stattdessen oder zusätzlich kann das Faserstoffmaterial mit Kunstharz imprägniert sein, wobei die Kunstharzimprägnierung die Schichtenkörper miteinander verbindet.
Es können mehrere Paare von Schichtenkörpern auf einem gemeinsamen Drehkörper derart montiert sein, daß die Spalte der Baare aufeinander ausgerichtet sind und das Faserstoff material wird dann in die aufeinander ausgerichteten Spalte eingewickelt.
Vorzugsweise werden Teile der Schaufel, die der Plattform und/oder dem Schaufelfuß entsprechen, mit der übrigen Schaufel während der Herstellung verbunden.
Das Faserstoffmaterial kann kohlenstoffhaltiges Material sein oder eine mit Metall überzogene Faser, während die Schichtenkör= per entweder aus Metall oder Plastikmaterial, z.B. Epoxydkunstharz, bestehen können.
Die Erfindung umfaßt auch eine stromlinienförmig gestaltete Schaufel, die nach dem obigen Verfahren hergestellt wurde.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigens
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer stromlinienförmig gestalteten Schaufel, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
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Pig. 2 eine schematische Ansicht einer Form oder einer Haltevorrichtung, in der die Schaufel gemäß Fig.l hergestellt wird,
Fig. 3 eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 gemäß Fig.2, welche Teile der in der Form oder Haltevorrichtung zusammengestellten Schaufel zeigt,
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Bildung mehrerer Schaufeln, von denen jede aus der in Fig.5 dargestellten Anordnung besteht,
Fig. 5 eine der Fig.3 entsprechende Ansicht einer abgewandelten Aus führungsform.
Fig.l zeigt eine stromlinienförmig gestaltete Kompressor-Rotor-Schaufel 10 eines Gasturbinenstrahltriebwerks. Diese Schaufel 10 ist mit in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformen 11, einem Schaufelfuß 12 und einem Schaufelprofil 13 ausgestattet.
Die Schaufel nach Fig.l wird in einer Form 14 (Fig.2 und 3) hergestellt, die aus Formhälften 15 und 16 besteht. Die Schaufel vrird von zwei "Schichtenkörpern 20,21 (Fig.3) gebildet, die in der Form 14 so untergebracht sind, daß zwischen ihnen ein Spalt 22 verbleibt. In dem Spalt 22 befindet sich ein ausschmelzbarer Füllkörper 23, z.B. aus Wachs, der von den Schichtenkörpern 20,21 durch Zwischenräume 24 bzw. 25 getrennt ist.
Die Formhälften 15 und 16 sind mit Ausnehmungen 26,27 ausgestattet, die im wesentlichen dreieckig im Schnitt sind und den Teilen 30*31 entsprechen, die schließlich mit der übrigen Schaufel zusammengeformt werden, um die Plattformen 11 zu bilden.
Die Schichtenkörper 20,21 können aus Metallblech bestehen, vorzugsweise werden sie jedoch aus Epoxydharz oder einem anderen synthetischen Kunstharz hergestellt, welches faserverstärkt ist. Die FaserverStärkung kann aus metallüberzogenen Fasern bestehen, vorzugsweise bestehen sie jedoch aus kohlenstcfifhaltigen Fasern, die aus Polyacrylnitril hergestellt sind.
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Jeder der Schichtenkörper 20,21 kann z.B. anfänglich auf einem nicht dargestellten Formkörper gegossen und danach mit einer kohlenstoffhaltigen Paser oder anderem Fasermaterial z.B. .in der Weise bewickelt werden, daß ein kreuzverwobenes Muster gemäß Fig.l entsteht. Dies kann dadurch verwirklicht werden, daß eine Gruppe von Fasern 32 auf der einen Seite des Schichtenkörpers aufgewickelt wird, wonach der Schichtenkörper umgedreht und die andere Gruppe 33 der Fasern in einem Wink der ersten Fasergruppe aufgewickelt wird.
andere Gruppe 33 der Fasern in einem Winkel von ungefähr 90° zu
Mehrere der in Flg.3 dargestellten Vorrichtungen sind, wie aus Fig.4 ersichtlich, auf einem gemeinsamen Rotor 34 hexagonaler Gestalt montiert und zwar derart, daß die Spalte 22 der Vorrichtungen aufeinander ausgerichtet sind. Eine Länge,- bestehend aus Polyacrylonitrilfaser 35 läuft durch einen Ofen 36, wo die Faser einer ,Wärmebehandlung unterworfen wird, durch welche eine Graphitisie^ung stattfindet, um die Faser zu verfestigen. Dann läuft die Faser über eine Walze 37 und durch eine Tropfzuführungsstufe 40, wo die Faser mit einem synthetischen Kunstharz imprägniert wird. Dann läuft die Faser nacheinander über die verschiedenen aufeinander ausgerichteten Spalte 22, bis letztere ausgefüllt sind, wobei die Kunstharzimprägnierung die Schichtenkörper und die anderen Teile der Vorrichtung miteinander verbindet.
Die zwischen den einzelnen Formen 14 des Rotors 34 verlaufenden Fasern werden dann abgeschnitten und die Bestandteile in jeder Form 14 werden vergossen.
HieTiurch wird bewirkt, daß die Schichtenkörper 20,21, die Fasern 35 und die Teile 30*31 sämtlich miteinander verbunden werden und •eine stromlinienförmig gestaltete Schaufel 10 bilden. Die Schichtenkörper 20,21 bilden die gegenüberliegenden Seiten des Schaufelprofils 13. Im Laufe dieser Formgebung wird der schmelzbare Füllkörper 23 durch Ausschmelzen entfernt.
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Stattdessen können die Formen 14 durch Haltevorrichtungen ähnlicher Gestalt ersetzt werden, wobei die Kunstharzimprägnierung die erforderliche Verbindung der einzelnen Teile der Schaufel gewährleistet.
Stattdessen könnte auch der schmelzbare Füllkörper 25 durch einen honigwabenförmigen oder geschäumten Füllkörper (nicht dargestellt) ersetzt werden, der innerhalb der Schaufel 10 verbleibt, nachdem die Schaufel fertiggestellt ist.
Falls erforderlich, kann der Schaufelfuß 12 entweder nach Herstellung der Schaufel geschlitzt werden, um eine Reihe von Zapfen zu schaffen, oder die Zapfen könnten von Anfang an in den Schaufelfuß 12 eingeformt werden.
Stattdessen könnte der Schaufelfuß 12 auch schwalbenschwanzförmig ausgestaltet sein. So könrten, wie in Fig.5 dargestellt, die in Fig.3 mit 50 bezeichneten Teile durch Teile 41 ersetzt werden, von denen jeder eine Plattform 42 und einen keilförmigen Schaufelfuß besitzt.
Die jeweilige Anordnung der Fasern 52,53 in der Schaufel 10 hängt von den Belastungen ab, denen die Schaufel voraussichtlich ausgesetzt sein wird. So kann es z.B. nur notwendig sein, eine Gruppe von Fasern 52,55 vorzusehen.
Die Fasern 55 der Schaufel erstrecken sich in Längsrichtung durch diese bis zum Schaufelfuß 12 und sind so in besonderer Weise geeignet, die Belastungen aufzunehmen, denen die Schaufel im Betrieb ausgesetzt ist.
Falls erforderlich, können Vorder- und Hinterrand der Schaufel nur Fasern verstärkt sein.
PabentansgrUcheι
0Ü9850/ 1 036

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    Verfahren zur Herstellung einer stromlinienförmig gestalteten Schaufel,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schichtenkörper (20,21) so angeordnet »erden, daß zwischen ihnen ein Spalt (22) verbleibt, wobei die gegenüberliegenden Seiten des Schaufelprofils (13) auf den Schichtenkörpern (20,21) vorgesehen sind, daß Faserstoffmaterial (35) in den Spalt eingefügt wird und daß die Zusammenstellung, bestehend aus Schichtenkörpern und Fasterstoffmaterial, zu einer stromlinienförmig gestalteten Schaufel (10); geformt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schichtenkörper (20,21) mit Faserstoffmaterial verstärkt ist.
    j5. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekenn, zeichnet, daß die Fasern in jedem Schichtenkörper (20,21) kreuzverwoben sind.
    4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schichtenkörper (20,21) ursprünglich auf einem Formkörper geformt und danach mit Faserstoffmaterial bewickelt wird,
    5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllkörper ständig oder zeitweise innerhalb des Spaltes angeordnet wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5*
    dadurch gekennzeichnet , daß der Formkörper ausschmelzbar 1st und daß er anfänglich in dem Spalt untergebracht und abschließend durch Aussehmelsung entferafc wird.
    ,/. 009850/1036
    7. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch g e k e η η ζ eichnet , daß der ständig in dem Spalt verbleibende Füllkörper aus einem honigwabenförmigen oder geschäumten Körper besteht.
    8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenkörper zwischen den Teilen (15,16) einer Form (14) angeordnet werden, daß das Faserstoffmaterial (35) danach in den Spalt zwischen den Schichtenkörpern eingelegt wird und daß die Schaufel schließlich durch Formen der Zusammenstellung, bestehend aus Schichtenkörper und Faserstoffmaterial, in der Form hergestellt wird.
    9· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß das Faserstoffmaterial mit einem Kunstharz imprägniert wird und daß die Kunstharzimprägnierung die Schichtenkörper miteinander verbindet.
    10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Paare von Schichtenkörpern auf einem gemeinsamen Rotor (3*f) derart montiert werden, daß die Spalte (22) der Paare aufeinander ausgerichtet sind und daß das Faserstoffmaterial in die aufeinander ausgerichteten Spalte (22) eingelegt wird.
    11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis IQ, dadurch gekennzeichnet, daß Teile (30,31),die der Plattform und/oder dem Schaufelfuß der Schaufel entsprechen, in der Form montiert werden, bevor die Formgebung erfolgt, und daß diese mit den übrigen Teilen der Schaufel während der Formgebung der letzteren verbunden werden.
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    12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserstoffmaterial kohlenstoffhaltiges Material ist
    0 0 9 8 5 0 / 1 L) 3 6
    Leerseite
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