DE2834222C3

DE2834222C3 - Verfahren zur Herstellung der Schaufel-Scheiben-Verbindung eines Turborotors

Info

Publication number: DE2834222C3
Application number: DE19782834222
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Axel 8047 Karlsfeld Roßmann
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1978-08-04
Filing date: 1978-08-04
Publication date: 1981-08-27
Also published as: DE2834222B2; DE2834222A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung der Schaufel-Scheiben-Verbindung eines Turborotors, insbesondere eines Gasturbinenrades, durch Einsintern der Schaufelwurzeln.

Ein solches Verfahren, bei dem eine Radscheibe pulvermetallurgisch durch Heißpressen eines Legierungspulvers hergestellt wird und dabei gleichzeitig die Schaufeln mit ihren Schaufelwurzeln eingesintert werden, ist aus der DE-OS 26 28 582 bekannt.

Gattungsgemäße Verfahren werden für die Herstellung von Gasturbinenrädern angewendet, bei denen die Radscheibe aus Werkstoffen besteht, die in hohem Maß thermoschockbeständig sind, während die Schaufeln aus hochwarmfesten Materialien, vorzugsweise Keramik bestehen. Bei Anwendung des bekannten Verfahrens ist es aufgrund der erheblichen Schrumpfung, die bei der Sinterung der Scheibe erfolgt, schwierig, hohe Maßgenauigkeit des fertigen Rotors einzuhalten, was aber insbesondere dann von besonderer Bedeutung ist, wenn der Rotor für hohe Drehzahl geeignet sein soll. Eine weitere Schwierigkeit bei der Durchführung des bekannten Verfahrens besteht darin, daß es nahezu unmöglicn ist, ein Sintermaterial für die Radscheibe zu finden, welches gleichzeitig hohe Zähigkeit und Kriechfestigkeit aufweist, dabei in ausreichendem Maß duktil ist, um sich der Schaufelfußkontur anzupassen, und schließlich keinerlei Reaktion mit dem Material der einzusinternden Schaufeln eingeht.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das eine dauerhafte und mit vertretbarem Aufwand herstellbare Schaufel-Scheiben-Verbindung gewährleistet

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine vorgefertigte Radscheibe, die am Umfang für jede einzusetzende Schaufel einen kavernenartigen Hohlraum zur Aufnahme der Schaufelwui-zel und des sie umgebenden Sintermaterials aufweist, mit vorgefertigten Einzelschaufeln verbunden wird.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beseitigt die bei dem bekannten Verfahren aufgezeigten Schwierigkeiten, indem der Werkstoff für die Einsinterung des Schaufelfußes unterschiedlich sein kann zu dem Werkstoff der Radscheibe. Eine höhere Maßgenauigkeit des gesamten Rotors ist dadurch erzielbar, daß ein sehr viel geringerer Materialanteil bei der Herstellung der Schaufel-Scheiben-Verbindung gesintert wird, während der Großteil der Radscheibe bereits in seiner endgültigen Beschaffenheit und Kontur vorliegt Hierdurch wird auch die Positionierung der Schaufeln bezüglich der Radscheibe erleichtert Schließlich kann das Kompakteren des Sinterpulvers vor der Durchführung des Sintervorgangs selbst durch Erhitzen beim erfindungsgemäßen Verfahren mit wesentlich geringerem Aufwand und bis zu einem höheren Verdichtungsgrad ausgeführt werden, weil die Volumina des zu verdichtenden Sintermaterials gering sind.

Weiterhin wird ein auf dem gleichen Prinzip beruhendes Verfahren zur Herstellung der Schaufel-Scheiben-Verbindung eines Turborotors, insbesondere eines Gasturbinenrades vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist daß eine vorgefertigte Radscheibe, die am Umfang für jede einzusetzende Schaufel einen kavernenartigen Hohlraum zur Aufnahme der Schaufelwurzel und des sie umgebenden Sintennaterials aufweist, mit einem vorgefertigten einstückigen Schaufelring verbunden wird.

Dieses weitere erfindungsgemäße Verfahren hat im wesentlichen dieselben Vorteile, wie oben ausgeführt.
In weiterer Ausbildung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schaufelwurzeln mit einem duktilen Material, wie Metallpulver oder Metallfilz, beschichtet werden. Eine solche Beschichtung hat den Zweck, die stark unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen der Schaufel und dem Sinterwerkstoff auszugleichen, so daß keine unzulässig großen Druckspannungen an der Grenzfläche zwischen der Schaufel und der Sinterschicht entstehen. Als Beschichtungsmaterial dienen vorzugsweise Metallpulver, wie z. B. Niob, die durch Metallspritzverfahren oder auch in Form wäßriger Lösungen mittels eines Binders auf die Schaufelfüße aufgebracht werden können. Als Beschichtungsmaterial hat sich auch Zirkoniumoxid bewährt.

Schließlich ist es für die Festigkeit der Schaufel-Scheiben-Verbindung von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf Schaufelwurzeln angewendet wird, die sich nach unten wenigstens in einer Ebene birnenförmig verdicken. Dadurch wird der Schaufelfuß von allen Seiten klammerartig vom Sintermaterial umgeben, was eine besonders gute Abstützung der Schaufel zur Folge hat, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß beim Kontaktieren des Sintermaterials oder auch beim Betrieb die Schaufelwurzel beschädigt werden könnten, wie es etwa dann der Fall wäre, wenn sie scharfe Ecken oder Kanten aufwiese.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Verfahren wird auf die schematische Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen schematischen Aufbau zur Herstellung

:iner Schaufel-Scheiben-Verbindung unter Verwendung einer vorgefertigten Schaufel,

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen fertig gesinterten Turborotor,

F i g. 3 eine Ansicht entsprechend Hl aus F i g. 2.

In F i g. 1 ist eine zylindrische Form, in der die Schaufel-Scheiben-Verbindung eines Laufrades gesintert werden soll, mit 1 bezeichnet, deren Achse mit 2. Die einzusinternden Schaufeln 3 bestehen vorzugsweise aus hochwarmfesten und spröden Materialien. Die Füße der Schaufeln 3 sind deshalb mit einem Material größerer Üuktilität beschichtet, wobei dieses Material vorzugsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der in der Nähe des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Schaufelwerkstoffes liegt Die in den Innenraum der zylindrischen Form 1 hineinragenden Schaufelfüße werden vollständig von Sinterwerkstoff 5 umgeben. Die zylindrische Form 1 kann an einer Seite geschlossen sein und an der anderen Seite einen Spannkolben 6 aufweiten, es können jedoch auch von beiden Seiten her bewegliche Kolben 6 vorgesehen sein. Zur Herstellung des Turborotors wird die dargestellte Anordnung auf die Sintertemperatur aufgeheizt.

·) Der in F i g. 2 ausschnittsweise dargestellte Turborotor ist ebenfalls ein solcher, bei dem die Radscheibe als Ganzes mit vorgefertigten Schaufeln 3 gesintert wurde. Aus der Ansicht nach F i g. 3 ist zu entnehmen, daß die Schaufelfüße der Schaufeln 3 nur in der Axialebene

in birnenförmig verdickt sind, während die andere Ausführungsform der Schaufeln 3a Füße aufweist, die sowohl in einer axialen als auch in einer radialen Ebene birnenförmig nach unten verdickt sind.

Der in Fig. 2 dargestellte Querschnitt durch einen

ι ■> fertig gesinterten Rotor zeigt, wie am Außenumfang der vorgefertigten Radscheibe 7 kavernenartige Ausnehmungen 8 jeweils einen profilierten Schaufelfuß und den ihn umgebenden Sinterwerkstoff aufnehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung der Schaufel-Scheiben-Verbindung eines Turborotors, insbesondere eines Gasturbinenrades, durch Einsintern der Schaufelwurzel, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgefertigte Radscheibe, die am Umfang für jede einzusetzende Schaufel einen kavernenartigen Hohlraum zur Aufnahme der Schaufelwurzel und des sie umgebenden Sintermaterials aufweist, mit vorgefertigten Einzelschaufeln verbunden wird.

2. Verfahren zur Herstellung der Schaufel-Scheiben-Verbindung eines Turborotors, insbesondere eines Gasturbinenrades, durch Einsintern der Schaufelwurzel, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgefertigte Radscheibe, die am Umfang für jede einzusetzende Schaufel einen kavernenartigen Hohlraun, zur Aufnahme der Schaufelwurzel und des sie umgebenden Sintermaterials aufweist, mit einem vorgefertigten einstückigen Schaufelring verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelwurzeln vor dem Einsintern mit einem duktilen Material, wie Metallpulver oder Metallfilz beschichtet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Niob-Pulver beschichtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelwurzeln vor dem Einsintern mit Zirkoniumoxid beschichtet werden.

6. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf Schaufelwurzeln, die sich nach unten wenigstens in einer Ebene birnenförmig verdicken.