DE2007202A1 - A product having an airfoil profile, such as a turbine or compressor blade, a helicopter rotary wing, a plug-in material wing, or another product having a stressed edge made from layers of material combined to form an association, and a method for producing such a product - Google Patents

A product having an airfoil profile, such as a turbine or compressor blade, a helicopter rotary wing, a plug-in material wing, or another product having a stressed edge made from layers of material combined to form an association, and a method for producing such a product

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DE2007202A1 DE19702007202 DE2007202A DE2007202A1 DE 2007202 A1 DE2007202 A1 DE 2007202A1 DE 19702007202 DE19702007202 DE 19702007202 DE 2007202 A DE2007202 A DE 2007202A DE 2007202 A1 DE2007202 A1 DE 2007202A1
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Description

The Glacier Metal Company Limited, Alperton, Wembley, Middlesex, EnglandThe Glacier Metal Company Limited, Alperton, Wembley, Middlesex, England

Ein Tragflügelprofil aufweisendes Erzeugnis, wie eine Turbinen- oder Verdichterschaufel, ein Hubschrauber-Drehflügel, eine Flugzeugtragfläche, oder ein anderes, eine beanspruchte Kante aufweisendes Erzeugnis aus zu einem Verband vereinigten Werkstoffschichten sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen ErzeugnissesA product having an airfoil, such as a turbine or compressor blade, a helicopter rotary wing, an aircraft wing, or another, claimed one An edge-having product made from layers of material combined to form a bond, and a method for manufacturing of such a product

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tragflügelprofil auf weisende Erzeugnisse, wie Turbinen- oder Verdichterschau-1. fein, Hubschrauber-Drehflügel, Flugzeugtragflächen, oder anderen, eine beanspruchte Kante aufweisende Erzeugnisse, aus zu einem Verband vereinigten Werkstoffschichten sowie ein Verfahren zum Herstellen solcher Erzeugnisse.The invention relates to an airfoil profile on pointing products, such as turbine or compressor displays . Fein, helicopter rotary wings, aircraft wings, or other products with a stressed edge, made from layers of material combined to form an association, as well as a method for producing such products.

Bei ein Tragflügelprofil aufweisenden Erzeugnissen, wie Turbinen- oder Verdichterschaufeln, Hubschrauber-Drehflügek, -Flugzeugtragflächen, aber auch bei bestimmten ande ren Arten von beanspruchte Kanten aufweisenden Erzeugnissen in Form geschichteter Verbände besteht die Gefahr, daß sich an den Kanten eine oder mehrere Werkstoffschichten vom Hauptkörper des Erzeugnisses abschälen. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine Kante, z.B.durch das Auftreffen eines Fremdkörpers, beschädigt wird.In the case of products with a hydrofoil profile, such as turbine or compressor blades, helicopter rotary flights, -Aircraft wings, but also with certain other types of stressed edge products In the form of layered dressings, there is a risk that one or more layers of material will form on the edges peel off the main body of the product. This is especially true when an edge is damaged, e.g. by the impact of a foreign object.

Zur Vermeidung dieser Gefahr ist bei dem Erzeugnis gemäß der Erfindung mindestens eine der Werkstoffschichten um eine Kante des Erzeugnisses herumgelegt, so daß did an der betreffenden Kante endenden Schichten gegen ein Aus-To avoid this risk, the product according to the invention wrapped at least one of the material layers around an edge of the product, so that did an the end of the relevant edge layers against an exit

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einanderblättern geschützt sind. "*"" 2007202scroll each other are protected. "*" "2007202

Wenn man mindestens eine Schicht bzw· ein Blatt um die der Gefahr des Voneinanderlösens der Schichten ausgesetzte Kante herumlegt, ist das Erzeugnis in,einem gewissen Ausmaß gegen das Einsetgen eines solchen Abschäl- oder Aufblätterungsvorgangs geschützt» Außerdem bewirkt die beschriebene Anordnung einen gewissen Schutz gegen Beschädigungen, durch den Aufschlag von Fremdkörpern. Es liegt auf der Hand, daß sich die bzw. jede über die zu schützende Kante herumgelegte Schicht auf beiden Seiten des Erzeugnisses in Gestalt äußerer Schichten fortsetzen kann.If you have at least one layer or one sheet around that of the danger the edge exposed to the separation of the layers, is the product in, to a certain extent, against inserting protected from such a peeling or peeling process »In addition, the described arrangement provides a certain protection against damage caused by the impact of foreign bodies. It is obvious that the or each of the people to be protected Edge wrapped layer can continue on both sides of the product in the form of outer layers.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthalten die Schichten Verstärkungsfasern, die in aufeinander folgenden Schichten jeweils in unterschiedlichen Richtungen orientiert sein können. Beispielsweise können sich in aufeinander folgenden Schichten die Pasern allgemein in Richtungen erstrecken, die einen Winkelvon etwa 30° einschließen. Bei einer solchen Anordnung erhält das in Form eines zahlreiche Schichten enthaltenden Stapels herr ..·■ gestellte Erzeugnis in vielen Richtungen eine hohe Festigkeit, und zwar in bezug auf Druck-, Zug- und Scherbeanspruchungen.According to a further feature of the invention, the layers contain reinforcing fibers which, in successive layers, can each be oriented in different directions. For example, in successive layers, the filaments can extend generally in directions that include an angle of about 30 °. In such an arrangement, containing in the form of a multi-layer stack gets her r .. · ■ Asked product in many directions, a high strength, in terms of compressive, tensile and shear stresses.

; Bei den Fasern kann es sich um Kohlenstoff-Fasern handeln, de- - ren Verwendung es ermöglicht, einem aus einem Harz hergestellten -. Erzeugnis eine besonders hohe Festigkeit zu verleihen, ohne daß sich ein zu großes Gewicht des Erzeugnisses ergibt. Zum Herstellen der Schichten oder Blätter sind Epoxyharze als synthetische γ Werkstoffe gut geeignet.; The fibers can be carbon fibers, - Its use enables one made from a resin -. To give the product a particularly high strength without the weight of the product is too great. For making the layers or sheets, epoxy resins are considered synthetic γ materials well suited.

r . Die Erfindung ist nicht nur bei einem Erzeugnis anwendbar, JP das einen Querschnitt in Form eines Tragflügelprofils aufweist, wie es beispielsweise bei einer Turbinen- oder Verdichterschau-. fei oder bei einem Hubschrauber-Drehflügel oder sogar·einer Trag- r . The invention is not only applicable to a product JP which has a cross section in the form of an airfoil profile, as is the case, for example, in a turbine or compressor show. fei or at an H ubschrauber rotary wing or even a carrying ·

fläche der Fall ist, sondern es ergeben sich für jeden Fachmann f; zahlreiche weitere Anwendungsmöglichkeiten.area is the case, but for every specialist f; numerous other possible uses.

Ferner befaßt sich die Erfindung mit Verfahren zum Herstellen von Erzeugnissen der genannten Art, und gemäß der Erfindung wird das Erzeugnis in der Weise hergestellt, daß man die Schichten für den Kern des Erzeugnisses nur auf einem Teil der bzw. jeder Schicht für den umeinen Rand herumzulegenden Teil anordnet, woraufhin der verbleibende Teil der bzw. jeder überstehenden Schicht um den durch den Stapel gebildeten Kern herumgelegt wird, bevor das Erzeugnis inseine endgültige Form gebracht und fertiggestellt Wird. 'Furthermore, the invention is concerned with methods of manufacturing products of the type mentioned, and according to the invention is the product is manufactured in such a way that the layers for the core of the product are only applied to part of the or each Layer for the part to be wrapped around an edge, whereupon the remaining part of the or each protruding layer is wrapped around the core formed by the stack before the product is brought into its final shape and completed Will. '

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In /bestimmten Anwendungsfällen, .z.B. bei Turbinen- und Ver4ichterschaufelnr werden vorzugsweise Maßnahmen getroffen," die gewährleisten, daß sich die Verstärkungsfasern bei zahlreichen Schichten des Kerns allgemein parallel zur Längsachse dey Schaufel erstrecken*In / certain applications, .zB measures r in turbine and Ver4ichterschaufeln preferably made "to ensure that the reinforcing fibers in many layers of the core to the longitudinal axis dey blade extending generally parallel *

Die Erfindung and vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Rand schematischer Zeichnungen an einein Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention and advantageous details of the invention are in the following at the margin of schematic drawings explained in more detail in an exemplary embodiment.

Pig, 1 ist eine perspektivische Darstellung einer herzustellenden Schaufel· . Pig, Fig. 1 is a perspective view of a scoop to be manufactured.

Pig* 2 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie { II-XI in Pig. 1.Pig * 2 is an enlarged section along the line { II-XI in Pig. 1.

Pig. 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Bestandteile einer Schaufel, die von der Schaufel nach PIg. 2 längs der Schnittlinie III-III abgeschnitten worden sind.Pig. 3 is an exploded perspective Representation of the components of a shovel, which from the shovel according to PIg. 2 cut along the section line III-III have been.

Pig. 4 zeigt schematisch eine beim Herstellen der Schaufel nach Pig. 1 bis 3 zu benutzende Porm oder Matrize*Pig. 4 shows schematically one during the manufacture of the Pig shovel. 1 to 3 porms or dies to be used *

Bei der in Pig· !gezeigten Schaufel handelt es sich um eine Schaufe"1 der freitragenden Bauart mit einem Schaufelkörper 10, der eine If order- oder Leitkante 12 aufweist und zu- A saiainerihängend mit einem sogenannten Tannenbaumfüß 13 aüsge- " bildet ist, welcher in einem dazu passenden Teil 14 des Turbinenläufers Verankert werden kann.Is at the position shown in Pig x! Blade is a Schaufe "1 of the cantilever type having a blade body 10, the order- or an If leading edge 12 having and inlet A saiainerihängend with a so-called Tannenbaumfüß 13 aüsge-" forms, which can be anchored in a matching part 14 of the turbine rotor.

Sowohl der Schaufelkörper als auch der Schaufelfuß werden aus aufeinander gelegten Plachmaterialstücken oder Schichten geformt, die aus einem Epoxyharz bestehen oder ein solches Harz enthalten, und Jedes dieser Plachmaterialstücke wird durch Bündel aus; iCohlejnstpff-Pasern verstärkt, die sich innerhalb 3eder, Schicht, im..wesentlichen parallel zueinander erstrek- ' ken· . ' . . . ..-"'■ · .-.' ■■"-■■■·■' "' ;■■ - Both the blade body and the blade root are formed from superimposed pieces of sheet material or layers which consist of an epoxy resin or contain such a resin, and each of these pieces of sheet material is made up by bundles; iCohlejnstpff-Pasern reinforced, which extend within the 3th layer, essentially parallel to each other . '. . . ..- "'■ · .-.' ■■ "- ■■■ · ■ '"'; ■■ -

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Gemäß Fig. 2 enthält die Schaufel einen Kern 17» der durch einen Stapel von Schichten gebildet ist» die allgemein parallel zu den beiden Seitenflächen der Schaufel angeordnet sind; jedoch sind diese Schichten so angeordnet, daß die in einer Schicht enthaltenen Fasern mit den in der bzw. jeder benachbarten Schicht enthaltenen Fasern einen Winkel von z.B. 30° bilden* Wenn die Fasern innerhalb einer Schicht in einer radialen Richtung und parallel zur Längsachse der Schaufel verlaufen, wurden die Fasern in den dieser Schicht auf beiden Seiten benachbarten Schichten unter einem Winkel von 30° gegen diese radiale Richtung geneigt sein, die benachbarte Schicht auf der einen Seite würde nach einer Seite geneigte Fasern enthalten, und die Fasern der auf der anderen Seite angeordneten Schicht würden gegenüber der radialen Richtung in der entgegengesetzten Richtung geneigt sein.According to FIG. 2, the blade contains a core 17 »the is formed by a stack of layers »the general are arranged parallel to the two side surfaces of the blade; however, these layers are arranged so that the in fibers contained in one layer and the fibers contained in the or each adjacent layer form an angle of e.g. 30 ° form * When the fibers are within a layer in a radial direction and parallel to the longitudinal axis of the blade run, the fibers were in this layer on both The sides of adjacent layers are inclined at an angle of 30 ° to this radial direction, the adjacent layer on one side would contain fibers inclined to one side and the fibers on the other Would be opposite the radial direction in the layer be inclined in the opposite direction.

Wenn eine Schaufel vollständig so aufgebaut wäre wie der Kern 17» würde die Gefahr bestehen, daß sich die Schichten an den Kanten und insbesondere an der Vorderkante 12 aufblättern und voneinander trennen, wenn die betreffende Kante durch eine Berührung mit einem Fremdkörper beschädigt wird. Um hier Abhilfe zu schaffen, sind daher gemäß Fig. 2 mehrere auf dor Unterseite der Schaufel angeordnete Schichten 13 an der Vorderkante 12 der Schaufel nach oben um den Kern 17 herumgelegt, und diese Schichten setzen sich auf der Oberseite der Schaufel in Richtung auf deren Hinterkante fort. Auf diese Weise wird die Schaufelvorderkante durch Schichten geschützt, die keine an der Vorderkante freiliegenden Ränder aufweisen, sondern geschlossene Flächen bilden, und da in aufeinander folgenden Schichten unter den erwähnten Winkeln zueinander verlaufende Fasern vorgesehen sind, bilden die um den Kern herumgelcgten Schichten eine Schutzschicht von hoher Festigkeit, durch die die Schaufel gegen ihre Zerstörung durch daa Auftreff on von Fremdkörpern geschützt ist.If a shovel were completely constructed like that At the core 17 there would be the risk that the layers would peel open at the edges and in particular at the front edge 12 and separate from each other if the edge in question is damaged by contact with a foreign body. To remedy this 2, several layers 13 arranged on the underside of the blade are therefore to be created at the leading edge 12 of the blade is wrapped up around the core 17 and these layers settle on the top of the blade in the direction of the trailing edge. In this way the blade leading edge is protected by layers that do not have any exposed edges at the leading edge, but rather form closed surfaces, and there in successive ones Layers of fibers running at the angles mentioned to one another are provided, form those that are wrapped around the core Layers a protective layer of high strength, through which the shovel against its destruction by daa impact on is protected from foreign bodies.

Fig. 3 zeigt in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung die im Bereich der Schaufelvorderkante3 shows, in an exploded perspective view, that in the area of the blade leading edge

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angeordneten Teile der Schutzschichten» und man erkennt» daß bei den aufeinander folgenden Schichten 14» 15 und 16 die Verstärkungsfasern Jeweils unter einem Winkel von etwa 30° zueinander verlaufen, wie es bereits bezüglich des Kerns 17 der Schaufel beschrieben wurde·arranged parts of the protective layers »and it can be seen» that in the successive layers 14 »15 and 16 the Reinforcing fibers each run at an angle of about 30 ° to each other, as it is already with respect to the core 17 of the Shovel was described

Sine Schaufel der beschriebenen Art kann mit Hilfe einer Form oder Matrize der in Fig. 4 dargestellten Art hergestellt werden. Die Schichten» die die Schutzschicht an der Schaufelvorderkante bilden sollen» werden auf einen Basisteil 20 der Matrize sowie auf den nach außen geschwenkten oberen Teil 21 der Matrize in der bei 18 gezeigten Weise aufgelegtj J der obere Teil 21 der Matrize ist mit dem Basisteil 20 ge- ™ lenkig verbunden. Dann werden die Flachmaterialstücke 23» die den Kern 17 bilden sollen» in Form eines Stapels auf den auf dem Jöasisteil 20 liegenden Teil der Schichten 18 angeordnet» woraufhin der obere Teil 21 der Matrize um sein Gelenk 22 geschwenkt wird» um die überstehenden Teile der Schichten 18 zu biegen und sie um die benachbarten Kanten der Schichten des Kerns 23 so herumzulegen» daß sie nach dem Schließen der Matrize die obere Fläche der Schaufel bilden. Beim Schließen der Matrize werden die Schichten zusammengedrückt» wobei der Werkstoff in einem gewissen Ausmaß zum Fließen gebracht wird» so daß er den Hohlraum der Matrize ausfüllt} um eine Beechädi- , gun?, insbesondere des dem Gelenk 22 benachbarten Vorderkantenabschnitto zu vermeiden» ist die Matrize mit einem Schlitz 24 versehen, damit ein höherer Druck aufgebracht werden kann» um den Werkstoff an der Vorderkante zu verdichten· Diese Maßnahme kann vor dem Härten oder während des Härtens des Harzes in der Matrize durchgeführt werden» d.h. vor oder während der Wärmebehandlung zum Fertigstellen der massiven Schaufel. Auch der Schaufelfuß 13 kann in der Matrize oder Form geformt werden» doch 1st es hierbei nicht erforderlich» Werkstoffschichten um Kanten herumzulegen» da bei dem hier besprochenen Anwendungsfall nicht die Gefahr besteht» daß die Schichten dee Sohaufelfußes aufblättern·A shovel of the type described can be produced with the aid of a mold or die of the type shown in FIG. The layers »which the protective layer on the Shovel leading edge should form »are on a base part 20 of the die as well as on the upper pivoted outward Part 21 of the die is placed in the manner shown at 18 the upper part 21 of the die is connected to the base part 20 articulately connected. Then the pieces of flat material 23 "which are to form the core 17" are placed on top of the in the form of a stack the part of the layers 18 lying on the Jöasisteil 20 » whereupon the upper part 21 of the die is pivoted about its joint 22 around the protruding parts of the layers 18 to bend them and wrap them around the adjacent edges of the layers of the core 23 so that after the closing of the Die form the top surface of the blade. When the die is closed, the layers are pressed together »whereby the Material is made to flow to a certain extent »so that it fills the cavity of the die} to create a Beechädi-, gun ?, in particular of the leading edge section adjacent to the joint 22, is the die with a slot 24 provided so that a higher pressure can be applied » to compact the material at the leading edge · This measure can take place before the hardening or during the hardening of the resin be carried out in the die »i.e. before or during the heat treatment to complete the solid blade. Even The blade root 13 can be formed in the die or mold »but here it is not necessary» to put layers of material around edges »because in the application discussed here there is no risk» that the layers dee Leaf up the foot of the heap

Patentansprüche t 009836/1467Claims t 009836/1467

Claims (5)

PatentansprücheClaims 1. Ein Tragflügelprofil aufweisendes Erzeugnis, wie eine Turbinen- oder Verdichterschaufel, ein Hubschrauber-Drehflügel, eine Flugzeugtragfläche, oder ein anderes, eine beanspruchte Kante aufweisendes Erzeugnis aus zu einem Verband vereinigten V/erkstoff schichten, gekennzeichnet durch einen sich aus zu einem Stapel vereinigten Flachmaterialstücken (23) zusammensetzenden Kern (17) und mindestens ein Flachmaterialstück (13 bis16), das um eine Kante (12) des Kerns herumgelegt ist, um diese gegen ein Auseinanderblättern der Flachmaterialstücke zu schützen.1. A product having an airfoil, such as a turbine or compressor blade, a helicopter rotary wing, an aircraft wing, or another product having a stressed edge, formed into a bond Unified composite layers, characterized by a stack of flat material pieces (23) composing core (17) and at least one piece of flat material (13 to 16) around an edge (12) of the core is laid around in order to protect them against the pieces of flat material from peeling apart. 2· Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich das bzw. jedes um eine Kante des Kerns (17) herumgelegte Flachmaterialstück (13 bis 16) in Form äußerer Schichten auf beiden Seiten des Erzeugnisses (10) fortsetzt.2 · Product according to claim 1, characterized in that the or each around an edge of the Core (17) laid around pieces of flat material (13 to 16) in the form of outer layers on both sides of the product (10) continues. 3. Erzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle Flachmaterialstücke bzw. Schichten (13 bis 16, 23) aus Kohlenstoff oder eineidanderen Werkstoff bestehende Verstärkungsfasern entba lten. φ3. Product according to claim 1 or 2, characterized in that all flat material pieces or layers (13 to 16, 23) made of carbon or some other material Existing reinforcing fibers exposed. φ 4. Erzeugnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich η et , daß dieaufeinander folgenden Flachmaterialstücke''.bzw. Schichten (13 bis 16, 23) Verstärkungefasern enthalten, die in aufeinander folgenden Schichten jeweils In anderen Richtungen orientiert sind.4. Product according to claim 3, characterized in that the successive pieces of flat material ''. Or. Layers (13 to 16, 23) contain reinforcing fibers that in successive layers each oriented in different directions. 5. Erzeugnis nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Flachmaterialstücke (13 bie 16, 23) aus einem härtbaren Harz bestehen oder ein solches Harz enthalten.5. Product according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pieces of flat material (13 to 16, 23) consist of a hardenable resin or a contain such resin. 994994 009836/U67009836 / U67 ORlQtNAL INSPHTTEDORlQtNAL INSPHTTED LeerseiteBlank page
DE19702007202 1969-02-17 1970-02-17 A product having an airfoil profile, such as a turbine or compressor blade, a helicopter rotary wing, a plug-in material wing, or another product having a stressed edge made from layers of material combined to form an association, and a method for producing such a product Pending DE2007202A1 (en)

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