DE2754805A1 - Verfahren und vorrichtung zum beheben von fehlern in gasturbinentriebwerk-schaufeln - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum beheben von fehlern in gasturbinentriebwerk-schaufeln

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DE2754805A1
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Wilbrod Alfred Paille
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlerkorrektur von Gasturbinentriebwerk-Kompressorschaufeln und -flügeln (nachfolgend als Schaufeln bezeichnet) hauptsächlich aus Legierungen mit Niedertemperatur-Kriecheigenschaften, wie Titanlegierungen.
Gemäß einem weitverbreiteten Verfahren zum Herstellen von Schaufeln erfolgen ein Präzisions-Warmformgeben bzw. -Schmieden des Flügelabschnitts sowie der Schwalbenschwanzplattform auf eine entsprechende Form/ ein Wärmebehandeln und ein abschließendes Bearbeiten des Schwalbenschwanzes. Nahezu alle dieses Verfahren durchlaufenden Schaufeln zeigen unzulässige Fehler des stranlinienförmicjen Abschnitts und seiner Beziehung zu der Plattform. Gemäß dem wichtigsten Verfahren zum Beheben dieses Fehlers erfolgt ein manuelles Formen der Schaufeln unter Verwendung spezieller Hand- und Spannwerkzeuge zum Deformieren (strain) irgendeines bestimmten außerhalb dar Toleranz liegenden Bereiches des Schaufelgebildes bis zum Erfüllen der Toleranzbedingung. Wegen der Kompliziertheit der Schaufelgeometrie und wegen des Mangels an Genauigkeit bei diesem niunuuLlen Verfahren führt ein Korrigieren eines Scluuifi; LU-r e ichs
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vielfach zu einem nachteiligen Einfluß auf andere Bereiche, was ein zusätzliches Formen der Schaufel erforderlich macht. Dieses Verfahren zum Formen von Schaufeln ist zeitaufwendig und erfordert äußerst erfahrene Techniker. Ein weiterer Nachteil dieses manuellen Formgebungsverfahrens besteht darin, daß die mechanische Deformation der Schaufeln in der Schaufel zum Aufbauen von Restspannungen führt, die die Ermüdungsfestigkeit reduziert und die Schaufeln höchst instabil macht. Es ist dann ein Hämmern erforderlich, um aiese schädlichen Spannungen zu reduzieren.
Ein anderer Nachteil der bekannten Techniken zum manuellen Formen von Gasturbinentriebwerk-Schaufelgebilden besteht darin, daß sich solche Techniken beim Beheben von Fehlern in extrem elastischen Hochtemperaturmaterialien, wie Titanlegierungen, die vielfach für den Schaufelaufbau benutzt werden, als sehr viel problematischer erwiesen haben. Wegen ihrer großen Elastizität bzw. Rückstellkraft neigen Titanlegierungsschaufeln zum Zurückkehren in ihre ursprüngliche Form, wenn sie einer mechanischen Deformation bzw. Verformung unterworfen werden. Dementsprechend ist es mit einer manuellen Kraftbeaufschlagung vielfach unmöglich, Fehler in solchen Schaufeln zu beheben, was zu einer großen Ausschußquote für Titanschaufeln und zu einer entsprechenden Steigerung der Produktionskosten solcher Schaufeln führt.
Es ist somit offensichtlich, daß das herkömmliche manuelle Verfahren zum Formen von Gasturbinentriebwerk-Schaufeln eine höchst kostspielige, zeitaufwendige und unzufriedenstellende Technik zum Umformen höchst elastischer Hochtemperaturlegierungen ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß diese Nachteile durch Verwenden von Kriechformungstechniken überwunden werden können. Bei bekannten Kriechformungsverfahreri werden im allgemeinen ein Formstück zwischen zwei gegenüberliegenden Formen unter Druck gesetzt, die Temperatur des Formstücks bis zum Kriechbereich des das Formstück bildenden Materials erhöht und der Formendruck aufrechterhalten, bis ein ausreichender Kriechvorgang aufgetreten ist, wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Ein soLches bekanntes Kriechformunysverfahren hat sicli /.um Beheben von FehLern Ln Gasturbinentriebwerk-Schauf e Ln als iinzuitit? denote L Lend erwiesen, l'.a ergeben sich vergeh iedeno I'robLeiiu-, w^i.u
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versucht wird, Gasturbinentriebwerk-Schaufeln unter Verwendung von gegenüberliegenden Formen umzuformen. Ein Hauptproblem besteht darin, daß infolge von Schaufeloberflächenunregelmäßigkeiten die Druckbelastung an der Form äußerst ungleichförmig ist. Dieses führt zu extrem konzentrierten Druckbeanspruchungen an verschiedenen Punkten der Oberfläche der Form, die ungewöhnlich dicken Teilen der Schaufel entsprechen, wie es am besten aus Figur 2 ersichtlich ist, wo Punkte großen Drucks allgemein bei 3 und Punkte kleinen Drucks allgemein bei 5 dargestellt sind. Diese konzentrierten Drücke führen vielfach zu einem Deformieren der Formen.
Ein weiteres Problem bei bekannten Kriechformungstechniken mit gegenüberliegenden Formen besteht darin, daß bestimmte Schaufelkonfigurationen kein Doppelformensystem zulassen. Die Geometrie dieser Schaufeln ist dergestalt, daß beim Pressen der Schaufeln zwischen gegenüberliegenden Formen eine bedeutend größere Belastung bzw. Beanspruchung in bestimmten Bereichen der Form als in anderen Bereichen auftritt. Diese ungleiche Belastung verhindert ein Entfernen von Fehlern, ohne daß übermäßige Belastungen auf die Formen ausgeübt werden.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Einzelformtechniken zum Kriechformen zu benutzen, wie durch Verwenden eines Autoklaven. Bei solchen bekannten Verfahren wird Gas- oder Flüssigkeitsdruck benutzt, um eine Belastung auf ein Werkstück auszuüben, das an einer Vertiefung einer einzelnen Form anliegt. Wegen des Verfahrens der Druckbeaufschlagung und der hierfür erforderlichen relativ teuren Vorrichtung ist es jedoch nicht möglich, mit solchen bekannten Systemen in wirtschaftlicher Weise die großen Ausstoßquoten zu erzielen, die erforderlich sind, wenn ein Kriechformen kleiner Teile, wie von Gasturbinentriebwerk-Schaufeln, durchgeführt wird.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Schaffung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zum Beheben von Fehlern in Gasturbinentriebwerk-Schaufeln durch ein Kriechverformen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Umformen von Gasturbinenschaufeln, wenn eine kleinere Gestaltungsänderung eriorderlich ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der
Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum wirtschaftlichen Kriechformen großer Mengen an Schaufelgebilden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die strengen Beschränkungen bezüglich eines Kriechformens mit gegenüberliegenden Formen durch Verwenden eines Einzelformsystems sowie einer Zentrifugalkraftbelastung zum Aufbringen der erforderlichen Belastung an der Schaufel überwunden.
Die Schaufeln und die Vertiefungen der Einzelformen werden auf einem Rotor dynamisch ausgewuchtet, und der Rotor wird in eine erhitzte Kammer mit einer neutralen Atmosphäre überführt und gedreht. Die Drehzahl, die Temperatur und die Dauer werden ausreichend lange beibehalten, um die Schaufeln zu einer erwünschten Konfiguration umzuformen. Die genaue Drehzahl, Temperatur und Dauer hängen von dem Schaufelmaterial, der Konfiguration und dem Fehlergrad ab.
Die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen Rotor auf, der an seinem äußeren Umfang eine Vielzahl von umfangsmäßig verteilten Stützmitteln zum Umschließen und Abstützen einer Einzelformvertiefung sowie einer Schaufel hat. Die Stützmittel sind gleichmäßig um den Umfang des Rotors verteilt, so daß ein dynamischer Ausgleich in bezug auf die Drehachse des Rotors vorliegt. Die Stützmittel enthalten eine Aussparung zum Abstützen einer Einzelformvertiefung und einer hieran anliegenden Schaufel. Es ist ein Motor zum Drehen des Rotors um seine Mittelachse vorgesehen, um eine Zentrifugalkraft auf die Schaufel auszuüben und sie gegen die Vertiefung zu drükken. Eine Erwärmungs- bzw. Erhitzungskammer ist so angeordnet, daß sie den Rotor umschließen kann, so daß der Rotor und die Schaufel bis zur Kriechtemperatur des Schaufelmaterials erwärmt werden können. Es kann ein geeigneter Mechanismus vorgesehen sein, um die Erwärmungskammer von der Schaufel sowie der Formenvertiefung wegzubewegen und hierdurch ein Beladen sowie Entladen der Schaufeln zu unterstützen. Die Winkelposition der Form sowie Schaufel in bezug auf die Drehachse des Rotors kann durch die Formengestaltung variiert werden, um die Kraftverteilung an der Schaufel wahlweise zu steuern.
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Da die aufgebrachte Zentrifugalkraft direkt proportional zur Schaufelmasse ist, werden ähnliche bzw. entsprechende Belastungen auf die dickeren und dünneren Abschnitte der Schaufel ausgeübt. Somit sind die Kombinationen der nach der vorliegenden Erfindung erreichbaren Belastungen denjenigen wesentlich überlegen, die durch herkömmliche, mit gegenüberliegenden Formen arbeitende oder andere Verfahren zum Aufbringen einer Belastung zwecks Erzielung einer Kriechformung erreichbar sind. Ferner überwindet das erfindungsgemäße Einzelformsystern die Schaufeloberflächenprofilunregelmäßigkeiten, die insbesondere beim Kriechformen mit gegenüberliegenden Formengliedern störend bzw. lästig sind. Es werden Formgliedbeschädigungen vermieden, die sonst durch Belastungsspitzen an hochliegenden Punkten der Schaufel begründet werden. Außerdem ermöglicht das Ausgleichen der Belastungsspitzen ein Verwenden von spröden Keramikformen, die bei hohen Temperaturen extrem widerstandsfähig, verwerfungsfrei und oxidationsfrei sind.
Das Drehen der Formen und Werkstücke in der erhitzten Kammer hat auch den Vorteil einer schnellen Wärmeübertragung infolge einer erzwungenen Konvektion. Das Verwenden der Zentrifugalkraft zum Aufbringen der Belastung macht es möglich, daß eine Oberfläche der Schaufel direkt dem zirkulierenden heißen Gas ausgesetzt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 - in einer schematischen Darstellung ein bekanntes Verfahren zum Kriechformen von Schaufelgebilden,
Figur 2 - in einer schematischen Darstellung die Kraftverteilung an einer gemäß einem bekannten Verfahren geformten Schaufel,
Figur 3 - in einer schematischen Darstellung die Turbinenschaufel-Terminologie ,
Figur 4 - in einem Querschnitt eine zum praktischen Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Vorrichtung bzw. Betriebsanlage,
Figur 5 - einen Schnitt längs der Linie 5-5 aus Figur 4, Figur 6 - einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 6-6 aus Figur 4,
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Figur 7 - einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 7-7 aus Figur 6,
Figur 8 - in einer vergrößerten Ansicht den Rotorabschnitt der Vorrichtung aus Figur 4,
Figur 9 - in einer schematischen Darstellung die Vorrichtung bzw. Betriebsanlage aus Figur 4 in einem abweichenden Betriebszustand ,
Figur 1o - in einer schematischen Darstellung die Vorrichtung bzw. Betriebsanlage aus Figur 4 in einem anderen Betriebszustand und
Figur 11 - in einer schematischen Darstellung die Vorrichtung bzw. Betriebsanlage aus Figur 4 in einem anderen Betriebszustand.
In den Figuren 4 bis 11 ist eine zur praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Maschine bzw. Vorrichtung 1o dargestellt. Diese enthält einen Tisch 11, der auf einem Grundgestell 12 hin- und herbewegbar angebracht ist, wobei ein Betätigungsmechanismus (nicht dargestellt) zum Hin- und Herbewegen des Tisches 11 längs des Grundgestells 12 vorhanden ist. Der Tisch 11 stützt einen Rotor 14 und einen Motor 15, der den Rotor 14 über ein geeignetes Getriebe dreht. An entgegengesetzten Fnden bzw. Bereichen des äußeren Umfangs des Rotors 14 befindet sich ein Paar von Aussparungen 18, die gegenüber dem Rotationswinkel des Rotors 14 geneigt sind. Wie es am besten aus den Figuren 6 und 8 ersichtlich ist, nehmen die Aussparungen 18 eine einzelne bzw. einteilige Form 2o mit einem darin angeordneten Hohlraum 19 auf. Die Form 2o liegt an der äußersten Wandung 21 der Aussparung 18 an, um ein Positionieren einer allgemein bei 24 dargestellten Gasturbinentriebwerk-Schaufel in der Aussparung 18 zu unterstützen. Eine Stützform 22 kann ebenfalls in der Aussparung 18 in einer an der innersten Wandung 23 der Aussparung 18 anliegenden Position angeordnet werden. Die Schaufel 24 wird in der Aussparung 18 zwischen den Formen 2o und 22 so angeordnet, daß der Schaufelflügelabschnitt 27 an der Form 2o anliegt, wobei ein Zwischenraum 23 zwischen dem Schaufelflügelabschnitt 27 und der Stützform 22 verbleibt, wie es am besten aus Figur 6 ersichtlich ist. Die nach dem
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Einsetzen der Formen 2o und 22 verbleibende öffnung zur Aussparung 18 ist schmaler als die Schaufelplattform 26, so daß beim Einsetzen des Schaufelflügelabschnitts 27 in den Hohlraum 18 die Schaufelplattform 26 die verbleibende öffnung zur Aussparung 18 überspannt bzw. abdeckt, wie es am besten aus Figur 7 ersichtlich ist. Dadurch kann die Schaufel 24 in bezug auf die einteilige Form 2o sehr genau in der Aussparung 18 positioniert v/erden. Die Aussparungen 18 sind gleichmäßig um den äußeren Umfang des Rotors 14 verteilt, so daß ein dynamischer Ausgleich in bezug auf die Drehachse des Rotors 14 vorliegt. Während nur zwei Aussparungen dargestellt sind, können um den äußeren Umfang des Rotors 14 verteilt zusätzliche Aussparungen angeordnet werden, um die Schaufelformungskapazität der Vorrichtung 1o zu vergrößern. Wenn zusätzliche Aussparungen benutzt werden, müssen sie gleichmäßig um den Umfang des Rotors 14 verteilt werden, damit ein dynamischer Unwuchtausgleich vorliegt.
Die Formen sind in bezug auf die Drehachse des Rotors 14 geneigt, um eine Kraftbeaufschlagung sowohl der Schaufelplattform 26, wie auch des Flügelabschnitts 27 zu erzielen und hierdurch die "Anlehnungs1- bzw. Winkelcharakteristiken der Schaufel gemäß der Darstellung bei L in Figur 3 zu korrigieren und zu steuern. Gleichzeitig wird die Form 2o benutzt, um die Biegung (bow), die Krümmung (warp) und die Wölbung (camber) des Schaufelflügelabschnitts 27 gemäß Figur 3 zu korrigieren. Ein Vergrößern oder Vermindern des Winkels der Form 2o in bezug auf die Drehachse des Rotors 14 steuert das Kraftverhältnis zwischen den Flügel- und Plattformabschnitten der Schaufel 24. Durch geeignete Wahl der Geometrie der Formen 2o und 22 kann der Winkel verändert werden, um die erforderliche Kraftverteilung zu bilden.
Die durch die Zentrifugalkraft erzeugten gleichmäßigen Drücke ermöglichen die Verwendung von extrem temperaturbeständigen, jedoch spröden Materialien zum Herstellen der einteiligen Form 22, wobei diese Materialien wegen ihrer Sprödigkeit nicht bei Kriechformungsanwendungen mit gegenüberliegenden Formen (opposed die creep forming applications) einsetzbar sind. Ein bevorzugtes Material für diesen Zweck ist stabilisiertes Zirkonoxid.
Um die Temperatur der Schaufel 24 bis zum Kriechbereich zu erhöhen, ist eine Erwärmungs- bzw. Erhitzungskammer 32 vorgese-
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hen. Diese ist auf dem Grundgestell 12 durch geeignete Führungsglieder 34 abgestützt. Die Kammer 32 ist an den Führungsgliedern 34 verschiebbar angebracht, so daß sie von dem Tisch 11 angehoben und auf diesen abgesenkt werden kann, damit sich der Tisch 11 zum Positionieren des Rotors 14 unter der Erhitzungskammer 32 verschieben läßt. Um die Erhitzungskammer 32 in bezug auf den Tisch 11 über einen mit der Kammer 32 verbundenen Betätigungsarm 35 anzuheben und abzusenken, sind eine geeignete hydraulisch betriebene Zylinderanordnung 36, ein Hebelarm 37 und ein hin- sowie hergehender Schaft 38 vorgesehen. Die Kammer 32 enthält eine Entlüftungsleitung 4o und eine Gasleitung 42, die dafür benutzt wird, um ein inertes Gas, wie Argon, in die Kammer 32 einzuführen und eine Oxidation der Schaufeln zu vermeiden. Ein Dichtungsglied 44 ist am unteren Ende der Kammer 32 vorgesehen, um diese bei der Anlage am Tisch 11 abzudichten und eine Gasleckerscheinung zu vermeiden.
Ein Wärmehalteklotz 33 ist auf dem Tisch 11 in einer Position angeordnet, in der er von der Erwärmungskammer 32 in deren abgesenkten Position umgeben ist, um ein Aufrechterhalten der erhöhten Temperatur in der Kammer 32 zu unterstützen, wenn kein Abdecken des Rotors 14 erfolgt.
Der Motor 15 hat eine ausreichende Kapazität, um den Rotor 14 mit der Drehzahl zu drehen, die zum Erzeugen der erforderlichen Zentrifugalkraft an der Schaufel notwendig ist. Bei einigen Anwendungen können Kräfte erforderlich sein, die einen Wert übersteigen, der dem 1ooo-fachen der Erdbeschleunigung entspricht. Die Erwärmungskammer 32 sollte eine entsprechende Kapazität haben, um Temperaturen zu erzeugen, die ausreichen, um alle zu erwartenden Schaufelmaterialien in den Kriechzustand bringen zu können. Für Titanschaufeln erfolgt ein Kriechen in dem Alpha/Beta Bereich, das heißt bei weniger als 1o1o C (185o F).
Die Schaufeln werden durch Wärmeleitung, erzwungene Konvektion und Strahlung erhitzt. Der Pfad der Konvektionserwärmung ist am besten in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Der sich schnell drehende Rotor 14 pumpt heißes Gas durch den Raum 23 zwischen den Formen 2o und 22- um ein extrem wirkungsvolles und schnelles Erwärmen der Schaufeln vorzusehen.
Es sind geeignete Steuerungsmittel 45 bekannter Art zum Betätigen der Maschine bzw. Vorrichtung 1o und zum Überwachen des
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Verfahrens vorgesehen. Diese Steuerungsmittel umfassen Schalter 46 und 47 zum Betätigen des Motors 15 und des Zylinders 36; ferner einen Temperaturregler 52 zum Aufrechterhalten einer gewählten Temperatur in der Kammer 32; ein Tachometer 48 zum überwachen der Drehzahl des Rotors 14; ein Temperaturanzeigeglied 49 zum überwachen der Temperatur in der Kammer 32 und eine Uhr bzw. einen Zeitgeber 5o zum überwachen der verstrichenen Rotationszeit des Rotors 14.
In den Figuren 4 und 9 bis 11 ist die erfindungsgemäße Betriebsanlage in abwechselnden Betriebszuständen dargestellt. Anfänglich ist die Erwärmungskammer 32 gemäß Figur 4 versetzt und in einer geschlossenen Position unter Anlage am Tisch 11 sowie unter Umschließung des Wärmeklotzes 33 angeordnet. Der Rotor 14 ist angehalten. Eine einzelne Form 2o, eine Stützform 22 und eine Schaufel, deren Fehler zu entfernen sind, sind jeweils in jeder der Aussparungen 18 gemäß Figur 6 in einer solchen Position angeordnet, daß die Form 2o an der äußersten Wandung 21 der Aussparung 18 anliegt und sich die Schaufel 24 zwischen den Formen 2o sowie 22 befindet. Der Schalter 47 wird dann aktiviert bzw. betätigt, um die Erwärmungskammer 34 anzuheben, wie es am besten aus Figur 9 ersichtlich ist. Zu dieser Zeit wird ein inertes Gas der Leitung 42 zugeführt, um die Kammer 32 zu spülen bzw. zu reinigen. Danach wird ein Schalter (nicht dargestellt) betätigt, um den Rotor 14 unter die Erwärmungskammer 34 zu bewegen, wie es am besten aus Figur 1o ersichtlich ist. Danach wird der Schalter 47 betätigt, um die Erwärmungskammer 32 abzusenken und den Rotor 14 zu umschließen, wie es am besten aus Figur 11 ersichtlich ist. Die Temperatur der Erwärmungskammer wird dann auf einen solchen Wert eingestellt, der erforderlich ist, um das Schaufelmaterial kriechen zu lassen. Über den Schalter 46 wird der Rotormotor 15 erregt, um auf die Schaufel 24 eine Zentrifugalkraft auszuüben. Diese Zentrifugalkraft drückt die Schaufel 24 gegen die Vertiefung der einteiligen Form 2o, um hierdurch in der Schaufel 24 Kriechspannungen zu erzeugen. Diese Zentrifugalkraft wird über eine ausreichend lange Zeitperiode aufrechterhalten, um die an der Form 2o anliegende Seite der Schaufel der Form der Formenvertiefung anzupassen. Jegliche Dickenveränderungen in der Schaufel werden dementsprechend auf die nicht anLie-
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gende Seite der Schaufel 24 übertragen. Die Länge der Zeitdauer, während derer diese Zentrifugalkraft aufgebracht werden muß, hängt von der Größe der Zentrifugalkraft, der Temperatur der Schaufel und ihrer Elastizität ab. Für eine typische Titanschaufel wurde festgestellt, daß es genügt, wenn eine dem 5oo-fachen der Erdbeschleunigung entsprechende Kraft bei einer Temperatur von 76o C (135o° F) während fünf Minuten aufgebracht wird, um Fehler in einem genügenden Ausmaß zu entfernen. Nach dem Formen der Schaufel werden der Rotor angehalten und die Kammer 32 gemäß Figur 1o angehoben. Der Rotor 14 wird dann aus dem Bereich unterhalb der Erwärmungskammer 32 seitlich bewegt, um ein Entladen und Beladen der Schaufeln gemäß Figur 9 zu ermöglichen. Die Erwärmungskammer wird dann abgesenkt, um den Wärmeklotz 33 gemäß Figur 4 abzudecken.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit den bekannten Verfahren zum Entfernen von Fehlern von Gasturbinentriebwerk-Schaufeln weit überlegen. Die durch diese Zentrifugalkraft ausgeübten gleichförmigen Drücke ermöglichen ein Formen extrem elastischer Hochtemperaturmaterialien, wie Titan, und ein Formen einer großen Vielfalt von Schaufelformen, ohne daß übermäßige Spannungskonzentrationen an der Form erzeugt werden.
Während das Verfahren und die Betriebsanlage nach der vorliegenden Erfindung beim Entfernen von Fehlern in Gasturbinentriebwerk-Schaufeln besonders nützlich sind, besteht keine Beschränkung auf diese Anwendungsart. Die beschriebene Betriebsanlage und das entsprechende Verfahren sind zum Kriechformen einer großen Vielfalt von Gebilden einsetzbar. Beispielsweise könnten die einzelnen bzw. einteiligen und die Stützformen in Anpassung an eine große Formenvielfalt modifiziert werden. Während das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung besonders zum Formen von Titangebilden verwendbar sind, können auch andere Metall- und Metallegierungsgebilde einer Kriechformungsbehandlung nach der vorliegenden Erfindung unterworfen werden.
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Claims (1)

  1. GENERAL ELECTRIC COMPANY 4538-13LN-1171
    Ansprüche
    !Verfahren zum Formen metallischer Gebilde, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer einzelnen Form gebildete Vertiefung in eine Anlagebeziehung mit der zu formenden Seite des Gebildes gebracht wird, daß das Gebilde auf die Kriechtemperatur des Gebildematerials erwärmt bzw. erhitzt wird, daß eine Zentrifugalkraft aufgebracht wird, um das Gebilde gegen die Formenvertiefung zu drücken, und zwar durch Drehen des Gebildes sowie der Formenvertiefung, und daß die Zentrifugalkraft sowie die Kriechtemperatur ausreichend lange aufrechterhalten werden, um die anliegende Seite des Gebildes der Form der Vertiefung anzupassen.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gebilde eine Gasturbinentriebwerk-Schaufel aufweist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde und die Form in einer dynamisch ausgewuchteten Weise auf einem Rotor angeordnet werden, wobei die Form an einem Punkt fest abgestützt wird, der von der Drehachse des Rotors weiter als das Gebilde entfernt ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelposition der Formenvertiefung und des anliegenden Gebildes relativ zur Drehachse des Rotors vor dem Aufbringen der Zentrifugalkraft eingestellt wird, um eine erwünschte Zentrifugalkraftverteilung auf das Gebilde zu erreichen.
    5. Vorrichtung zum Formen metallischer Gebilde, gekennzeichnet
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    durch einen Rotor (14), durch eine Vielzahl von um den äußeren Umfang des Rotors (14) gleichmäßig verteilten Stützmitteln (18) zum Umschließen und Abstützen entsprechender Formenglieder (2o) , die jeweils eine darin angeordnete Vertiefung (19) enthalten, welche sich in Anlageeingriff mit einem zu formenden metallischen Gebilde (24) befindet, durch Mittel (32) zum Erhitzen der metallischen Gebilde (24) auf ihre Kriechtemperatur und durch Mittel (15) zum Drehen des Rotors (14) mit einer großen Drehzahl zum Erzeugen einer Zentrifugalkraft, um die erhitzten metallischen Gebilde (24) gegen die entsprechenden anliegenden Vertiefungen (19) der Formen (2o) zu drücken, wodurch die Seiten der Gebilde der Form der entsprechenden anliegenden Formenvertiefungen (19) angepaßt werden.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gebilde (24) durch Strahlung, Wärmeleitung und durch eine erzwungene Konvektion als Folg e der Rotorbewegung erhitzt wird.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stützmittel eine in dem Rotor (14) angeordnete Aussparung (18) aufweist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (18) gegenüber der Drehachse des Rotors (14) geneigt ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Aussparung (18) unter Abstand von dem Formenglied (2o) eine Stützform (22) angeordnet ist, um das Positionieren des metallischen Gebildes (24) in der Aussparung (18) zu unterstützen.
    1o. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Formenglieder (2o) und der Stützformen (22) entsprechend gewählt ist, um eine vorbestimmte Winkelposition zwischen den Formenvertiefungen (19) sowie den entsprechend
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    anliegenden metallischen Gebilden (24) relativ zur Drehachse des Rotors (14) beizubehalten und hierdurch eine erwünschte Verteilung der auf das metallische Gebilde (24) ausgeübten Zentrifugalkraft zu erreichen.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzungs- bzw. Erwärmungsmittel eine Erwärmungskammer (32) aufweist, die zu einer den Rotor (14) und die Stützmittel (18) umgebenden Position bewegbar ist.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch Mittel zum Bewegen der Erwärmungskammer (32) in einer zum Rotor (14) weisenden Richtung und in einer hiervon wegweisenden Richtung.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsmittel Mittel (34) zum Anheben sowie Absenken der Erwärmungskammer (32) und Mittel zum Bewegen des Rotors (14) in eine und aus einer axialen Ausrichtung mit der Erwärmungskammer (32) aufweisen.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner gekennzeichnet durch Mittel (48, 49, 5o) zum Überwachen der Drehzahl des Rotors (14), der Temperatur der Erwärmungskammer (32) und der verstrichenen Rotationszeit des Rotors (14).
    15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Gebilde Gasturbinentriebwerk-Schaufeln (24) mit jeweils einem Flügelabschnitt (27) aufweisen, der sich von einem breiteren Plattformabschnitt (26) erstreckt, wobei der Raum (28) zwischen entsprechenden Formengliedern (2o) und Stützformen (22) schmaler als die Schaufelplattform (26) und aber breiter als der Schaufelflügelabschnitt (27) ist, so daß dann, wenn das Formenglied (2o), die Stützform (22) und der Schaufelflügelabschnitt (27) in den entsprechenden Aussparungen (18) angeordnet sind, die Schaufelplattform (26) die verbleibende öffnung zur Aussparung (28) überspannt bzw. abdeckt,
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    um hierdurch den Schaufelflügelabschnitt (2 7) in einer vorbestimmten Position in bezug auf die Drehachse des Rotors (14) zu halten, und daß auch ein Zwischenraum (23) zwischen dem Schaufelflügelabschnitt (27) sowie der Stützform (22) gebildet wird, um eine Konvektionserwärmung während der Drehung des Rotors (14) zu ermöglichen.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Schaufeln (24) , Formenglieder (2o) und Stützformen (22) so in den Aussparungen (18) angeordnet sind, daß die Formenglieder (2o) an der äußersten Wandung (21) der Aussparung (18) anliegen und daß der Schaufelflügelabschnitt (27) zwischen dem Formenglied (2o) sowie der Stützform (22) angeordnet ist, wobei die zu formende Seite des Schaufelflügelabschnitts (27) an der Vertiefung (19) in dem Formenglied (2o) anliegt.
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