DE2544237C3 - Keramischer Rotor für Gasturbinen und Verfahren zum Herstellen des keramischen Rotors - Google Patents

Keramischer Rotor für Gasturbinen und Verfahren zum Herstellen des keramischen Rotors

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Description

45
Die Erfindung betrifft einen keramischen Rotor für eine Gasturbine in Form eines scheibenförmigen Körpers aus pulverisiertem Silizium, mit einem Nabenabschnitt, einem Stegabschnitt und einem Randabschnitt sowie ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Rotors.
Ein derartiger keramischer Rotor ist au«, der DE-OS 53 551 bekannt.
Bei dem bekannten keramischen Rotor besteht der gesamte Rotorkörper aus Siliziumnitrid oder Siliziumkbrbid. Dabei kann der Randabschnitt des Rotors eine geringere mechanische Festigkeit aufweisen als der radial innere Teil. Bei speziellen Ausführungsformen dieser Art werden der radial innere Teil und der radial äußere Teil getrennt hergestellt und zu einer Einheit miteinander verbunden, wobei insbesondere der radiai äußere Teil in den radial inneren Teil eingreifen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen keramischen Rotor zu schaffen, dessen Festigkeitseigenschaften gezielt verbessert sind, und die Herstellung des keramischen Rotors einfacher und wirtschaftlicher zu gestalten.
Dies wird bei einem keramischen Rotor der eingangs angegebenen Art gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Rotor mindestens eine ringförmige, konzentrisch zur Rotorachse vorgesehene Aussparung aufweist in die ein vorgeformter, den Dimensionen der Aussparung entsprechender V.:rstärkungsring aus heißgepivßtem Siliziumnitrid eingebettet ist der durch einen Reaktionsvorgang mit dem Rotorkörper eine Einheit bildet
Zur Durchführung des erfindungsgemäßt/i Herstellungsverfahrens wird dabei vorgeschlagen, daß hitzebeständige Material zu einem Verstärkungsring vorbestimmter Gestalt heißgepreßt wird, daß der Verstärkungsring in dem vorgesehenen Abschnitt eines Formhohlraums, der der Gestalt des gewünschten Rotors entspricht abgestützt wird, daß der Hohlraum mit pulverisiertem, hitzebeständigem Material gefüllt wird, um den Rotorkörper mit dem darin eingebetteten Verstärkungsring zu formen, und daß der geformte Körper einer hohen Temperatur in einer reduzierten Atmosphäre ausgesetzt wird, um eine Reaktionsbildung des hitzebeständigen Materials des Kömers und des Verstärkungsringes zu einem einteiligen Gegenstand zu erhalten.
Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird eine wesentlich vereinfachte und wirtschaftlichere Herstellung eines gattungsgemäßen Keramikrotors erreicht. Die Verstärkungslage brauchen vor dem Einbetten in den Rotorkörper keiner besonderen Endbearbeitung unterzogen werden, sie können an den Stellen eingebettet werden, die die Stellen höchster Beanspruchung sind.
Weitere vorteilhafte Merkma e der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fi g. 1 eine vertikale Querschn ttsansicht durch einen keramischen Rotor nach vorliegender Erfindung,
Fi g. 2 eine Schnittansicht in ehr durch die Linie H-H der F i g. 1 festgelegten Ebene,
F i g. 3 eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung,
Fig.4 eine ähnliche Ansicht einer weitermodifizierten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig.5 eine Detailschnittansicht längs der Linie V-V der F i g. 4.
Ein Keramikrotor für eine Gastrubine ist in F i g. 1 mit 10 bezeichnet. Grundsätzlich ist der Rotor 10 von herkömmlicher Gestalt und weist einen Nabenabschnitt 11, einen Randabschnitt 12 und einen Stegabschnitt 13, welcher die beiden erstgenannten Abschnitte miteinander verbindet, auf. Eine Vielzahl "on Schaufeln 14 steht in radialer Richtung im Abstand von dem Randabschnitt vor.
Der Rotor 10 ist aus pulverisiertem Silizium entweder mit oder ohne Bindemittel geformt z.B. gepreßt. Während des Formvorganges werden ein oder mehrere Verstärkungsringe 15 in den Roiorkörper eingebettet Jeder Verstärkungsring 15 bestellt aus Silizium, das in die gewünschte Form und Groß«: heißgepreßt ist Der Verstärkungsring 15 ist im N< benabschnitt Ii des Rotors angeordnet Er ist so bemessen, daß das pulverisierte Silizium, das das !Element umgibt eine bestimmte Dicke (A) hat, das für die Durchdringung der reduzierenden Atmosphäre am b;sten geeignet ist der es im Wärmebehandlungs- oder Reaktionsbindeofen ausgesetzt ist Während die Siliziumpartikel der Wärme ausgesetzt sind, erweichen sie uid schmelzen zusam-
men, so daß sie eine einheitliche Struktur bilden. Die an den Verslärkungsring angrenzenden Partikel verbinden sich mit dem Verstärkungsring und ergeben eine einstöckige Struktur des Rotors. Im Anschluß an den Reaktionsschritt kann die Bohrung auf die gewünschte s Größe fertigbearbeitet werden, z.B. durch Schleifen oder durch einen entsprechenden Bearbeitungsvorgang. Bei der Form eines Rotors nach Fig.3 ist ein Verstärkungsring 18 am Randabschnitt 12 vorgesehen. Dieser Verstärkungsring ist auch aus heißgepreßtem Silizium hergestellt und ist in den Rotor während des
Formganges eingebettet
In den Fig.4 und 5 ist der Nabenabschnitt 11 des Rotors mit gekrümmten Umfangsiinien 20 gezeigt. Diese Linien weisen gekrümmte Ansätze 21 auf einer oder auf beiden Seiten der Nabe auf, die in Eingriff mit ähnlichen Ansätzen auf zugeordneten Rotorteilen stehen, wodurch Antriebskräfte übertragen werden können. Die Ansätze können ebenfalls dadurch verstärkt v/erden, daß in geeigneter Weise geformte Verstärkungsringe vorgesehen sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Keramischer Rotor für eine Gasturbine in Form eines scheibenförmigen Körpers aus pulverisierten s Silizium, mit einem Nabenabschnitt, einem Stegabschnitt und einem Randabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (10) mindestens eine ringförmige, konzentrisch zur Rotorachse vorgesehene Aussparung aufweist, in die ein vorgeformter, den Dimensionen der Aussparung entsprechender Verstärkungsring (15, IS) aus heißgepreßtem Siliziumnitrid eingebettet ist, der durch einen Reaktionsvorgang mit dem Rotorkörper eine Einheit bildet. ι *
2. Keramischer Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring (15) im Nabenabschnitt (11) des Rotors angeordnet ist
3. Keramischer Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennz£:chnet, daß der Verstärkungsring (18) zwischen dem Nabenabschnitt (U) und dem Randabschnitt (12) des Rotors angeordnet ist.
4. Keramischer Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring im Randabschnitt (12) des Rotors angeordnet ist
5. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Rotors für Gasturbinen nach einem der Anspräche 1 —4, dadurch gekennzeichnet daß hitzebeständiges Material zu einem Verstärkungsring vorbestimmter Gestalt heißgepreßt wird, daß der Verstärkungsring in dem vorgesehenen Abschnitt eines Formhohlraums, der der Gestalt des gewünschten Rotors fc.ntspric-.it, abgestützt wird, daß der Hohlraum mit pulverisiertem hitzebeständigem Material gefüllt wird, um den Rotorkörper mit dem darin eingebetteten Verstärkungsring zu formen, und daß der geformte Körper einer hohen Temperatur in einer reduzierten Atmosphäre ausgesetzt wird, um eine Reaktionsbildung des hitzebeständigen Materials des Körpers und des Verstärkungsringes zu einem einteiligen Gegenstand zu erhalten.
DE2544237A 1974-10-07 1975-10-03 Keramischer Rotor für Gasturbinen und Verfahren zum Herstellen des keramischen Rotors Expired DE2544237C3 (de)

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