DE2510286A1 - Schaufel-/scheibenverbindung fuer stroemungsmaschinen - Google Patents

Description

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München5 den 5- März 1975

Schaufel-ZScheibenverbindung für Strömungsmas chinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufel-ZScheibenverbindung, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindung, für Strömungsmaschinen, wobei die Radscheibe überwiegend aus Stahl, die Schaufeln überwiegend aus Titan gefertigt sind.

Im Strömungsmaschinenbau wurden bereits Versuche durchgeführt, um überwiegend aus Stahl bzw. Stahllegierungen bestehende Bauteile mit aus Titan bzw. Titanlegierungen bestehenden Bauteilen innig zu verbinden, und zwar durch Löten, Elektronenstrahlschweißen, Diffusionsschweißen oder Reibschweißen.

In allen Fällen zeigte sich, daß eine haltbare Verbindung nicht möglich war, meist fielen die Bauteile unmittelbar nach dem Schweißvorgang von selbst wieder auseinander.

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Dies wird in erster Linie auf die Bildung spröder Phasen im Schweißnahtbereich zurückgeführt. Weiter dürften die beiis Schweißen auftretenden Wärmedehnungsunterschiede eine nicht unerhebliche Holle spielen.

Es wurde weiter festgestellt, daß mit Hilfe des Sprengschweißverfahrens einwandfreie flächige Verbindungen zwischen relativ dünnen Stahl- und Titanplatten möglich sind, z.B. beim Plattieren im chemischen Apparatebau. Offensichtlich treten hierbei die negativen Erscheinungen der eingangs genannten Schweißverfahren wegen des anderen Schweißmechanismus und der extrem kurzen Schweißzeit nicht auf.

Das Sprengschweißverfahren eignet sich jedoch nicht bei relativ dickwandigen Bauteilen, wie sie z.B. bei einer Schaufel-ZScheibenverbindung für Strömungsmaschinen gegeben sind, da die Schweißkräfte nicht ausreichend beherrscht und somit die Fertigungstoleranzen nicht genau eingehalten werden können und weiter die Form der Bauteile den für das Sprengschweißen geeigneten Anordnungen entgegensteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung von Stahl bzw. eine Stahllegierung als Bauteilwerkstoff

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einerseits und Titan bzw. einer Titanlegierung als Bauteilwerkstoff andererseits, eine dauerhafte, geschweißte Schaufel-ZScheibenverbindung su erzielen.

Im Rahmen der gestellten Aufgabe soll diese Verbindung weiter auf relativ einfache Weise herstellbar sein und einer gewichtlich leichten Ausführung eines besehaufelten Laufrads, insbesondere Verdichterlaufrads, weitestgehend entgegenkommen. _m

Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung hauptsächlich vor, daß für die Verbindung zunächst ein plattenförmiger innerer Stahlteil mit einem plattenförmigen äußeren Titanteil durch Sprengschweißung miteinander verbunden werden, worauf dieses Verbundteil dann stahlseitig mit der Radscheibe und titanseitig mit den Schauf elnverschweißbar ist.

Der besondere Vorteil der angegebenen Verbindungsart äußert sich in der vom übrigen Eertigungsprozeß gesonderten Herstellung des Verbundteils durch Sprengschweißung. Hinsichtlich der Wahl der jeweiligen Wandstärke des Verbundteils wäre lediglich darauf zu achten, daß mit Rücksicht auf die sich daran anschließenden Schmelζschweißvorgänge zur

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Verbindung mit der Radscheibe einerseits und den Laufschaufeln andererseits, eine nennenswerte thermische Beeinflussung der Sprengschweißung ausgeschaltet ist.

Die zunächst gesonderte Fertigung des Verbündteils zwingt weiter nicht zur Einhaltung extrem genauer Fertigungstoleranzen, wie sie z.B. "bei direktemVerschweißen von Laufschaufeln mit dem Laufrad erforderlich sind.

Etwaige durch die Sprengschweißung verursachte Ungenauigkeiten des Verbundteils wären vor den übrigen Schweißvorgängen (Radscheibe, Schaufeln) zu beseitigen.

Bevorzugt im Interesse einer einfachen Herstellungsweise soll erfindungsgemäß weiter das Verbundteil aus einem äußeren Titanring und einem darin einsetzbaren Stahlring herstellbar sein.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiter vorgesehen, daß das Verbundteil aus mehreren ringsegmentförmigen Bauteilen zusammensetzbar ist.

Eine derartige Ausführungsform kann vorteilhaft sein im Hinblick auf relativ hohe Wellendrehzahlen und dabei besonders von den Schaufelfliehkräften verursachte Materialspannungen im Bereich des äußeren Umfangs der Radscheibe.

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Die Erfindung ist in den Zeichnungen "beispielsweise erläutert; es zeigen

Fig. 1 ein die Herstellung eines beschaufelten Verdichterlaufrads in einer ersten Ausführungsform erläuterndes Schnittbild und

Fig. 2 einen Abschnitt einer zweiten Verdichterlaufradführung in der Ansicht von vorn.

Für die Herstellung eines Verdichterlaufrads nach Fig. 1 (unten), werden zunächst ein äußerer Titanring 1 und ein darin eingesetzter Stahlring 2 entlang der Linie 3 durch Sprengschweißung miteinander verbunden.

Dieses Verbundteil 4 wird dann gemäß Pfeilrichtung V auf die aus Stahl gefertigte Laufradscheibe 5 aufgesetzt und durch ein Schmelzschweißverfahren (Schweißnaht 6) mit der Laufradscheibe 5 verbunden.

Ebenfalls durch Schmelzschweißen (Schweißnaht 7) werden hierauf die aus Titan gefertigten Laufschaufeln 8 mit dem zum Verbundteil 4- gehörigen äußeren Titanring 1 verschweißt.

Das Ausführungsbeispiel und Fig. 2 weicht von demjenigen nach Fig. 1 lediglich dadurch ab, daß jeweils aus Ring-

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Segmenten 9» 1o zusammengesetzte Verbundteile 11 zunächst durch Sprengschweißen hergestellt und dann einzeln nacheinander stahlseitig mit der Eadscheibe 5 verschweißt werden.

Hierauf erfolgt dann das Verschweißen der jeweils aus Titan hergestellten Laufschaufeln 8 mit den jeweils äußeren Ringsegmenten 9 der Verbundteile 11.

Im übrigen gelten zu Fig. 2 die in Fig. 1 angegebenen Bezugszeichen.

Für die Durchführung der Erfindung ist es selbstverständlich, daß die Laufradscheiben 5 einschließlich des jeweils zugehörigen inneren Stahlrings 2 (Fig. 1) bzw. der zugehörigen inneren Ringsegmente 1o aus einer Stahllegierung hergestellt sein können.

Die Laufschaufeln 8 und der jeweils zugeordnete äußere Titanring 1 (Fig. 1), bzw. die den Laufschaufeln 8 zugeordneten äußeren Ringsegmente 9 (Fig. 2) können aus einer Titanlegierung gefertigt sein.

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Claims (3)

sr/fr ΜΟΤΟΕΕΪΪ- UND MÜNCHEN GMBK. München, den 5. März Patentansprüche

1.) Schaufel-ZScheibenverbindung, insbesondere Verfahren sur Herstellung einer solchen Verbindung, für Strömungsmaschinen, wobei die Eadscheibe überwiegend aus Stahl, die Schaufeln überwiegend aus Titan gefertigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbindung zunächst ein plattenförmiger innerer Stahlteil mit einem plattenförmigen äußeren Titanteil durch Sprengschweißung miteinander verbunden werden, worauf "dieses Verbundteil dann stahlseitig mit der Eadscheibe und titanseitig mit den Schaufeln verschweißbar ist.

2. Schaufel-ZScheibenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundteil aus einem äußeren Titanring und einem darin einsetzbaren Stahlring herstellbar" ist.

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3. Schaufel-y/Scheibenverbindung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundteil aus
mehreren ringsegmentformigen Bauteilen zusammensetzbar ist.

4·. Schaufelrad, insbesondere Verdichterlaufrad für Gasturbinentriebwerke, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3.

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