DE3021020C2 - Verfahren zur Herstellung von mit Kühlkanälen versehenen Turbinenschaufeln und zur Wanddickenmessung bei der Herstellung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von mit Kühlkanälen versehenen Turbinenschaufeln und zur Wanddickenmessung bei der HerstellungInfo
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Description
40
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Patentanspruch I angegebenen Gattung. Ein solches
Verfahren ist durch die DE-OS 25 36 751 bekannt.
Bei nach diesem Verfahren hergestellten Werkstükken ist die übliche Ultraschallprüfung der Wandstärke Ί5
wegen des gerichteten Kornaufbaus schwierig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren derart zu modifizieren, daß eine
nachträgliche sichere Ultraschallmessung der Wanddikke
auf piezoelektrischem Wege möglich wird. w
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs I.
Der Anspruch 2 beinhaltet eine Weiterbildung des Verfahren nach Anspruch 1.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindur.g anhand der Zeichnung beschrieben. Die Figur
der Zeichnung zeigt einen Querschnitt einer Turbinen· !chaufel mit schematisch dargestellter UltraschalJprüf-
»orrichtung.
In der Zeichnung ist das Schaufelblatt 10 einer Turbinenschaufel 12 im Querschnitt dargestellt, Die
Schaufel 12 ist nach dem WachsausschmeizVefiähferi
bei gerichteter Erstarrung hergestellt. Die Schaufel 12 besitzt Kühlkanäle 14,16,18 und 20, die über ihre Länge &5
verlaufen, so daß beim Einsatz in einem niehl dargestellten Gasturbinentriebwerk Kühlluft durch das
Innere der Schaufel geleitet Werden kann. Jeder Kanal ist mit einem Keramikmaterial !9 ausgefüllt, welches
derart behandelt wurde, daß piezo-elektrische Eigenschaften entstehen, wie dies weiter unten in der
Beschreibung erläutert wird. Das Keramikmaterial wird zunächst in die Form gebracht, die dem jeweiligen
Kanälen entspricht, und dann wird es in geeigneter Weise im Wachsmodell eingebettet. Nachdem das
Metall vergossen ist, wird das vorgeformte Keramikmaterial ein integraler Bestandteil des Gußstückes.
Vor dem Ausbacken des Keramikmaterials wild jeweils über die Länge eines jeden Kerarrikkerns eine
Elektrode 22, 24, 26 und 28 eingeführt, und zwar von wenigstens einem Ende der Kerne. Der durch die
Keramikform 19 gefüllte Kanal 14 besitzt zwei weitere Elektroden 30 und 32, die darin eingebettet sind, da
dewen Sehnenabmessung relativ groß ist gegenüber den Abmessungen der übrigen Kanäle 16,18 und 20, so
daß dort ein längerer Wandabschnitt vorhanden isL
Das benutzte Keramikmaterial muß ein Keramikmaterial sein, welches sich unter elektrischer Beaufschlagung
deformiert, d. h. ein elektrostriktives Keramikmateriai,
und insbesondere ein ferroelektrisches Keramikmaterial. Ein aus derartigem Keramikmaterial erzeugter
Formkörper besteht aus einer Reihe von langgestreckten Bereichen, von denen jeder eine Gruppe von
Molekülen aufweist. Wenn keine elektrische Beaufschlagung vorliegt, dann liegen die Sereiche in
statistisch zufällig verteilten Winkeln relativ zueinander. Wenn jedoch eine elektrische Spannung angelegt wird,
dann richten sich die Bereiche der Länge nach auf das Feld aus, und der Formkörper dehnt sich aus. Beim
Anlegen einer Wechselspannung am Keramikmaterial dehnt sich dieses zweimal während jeder Periode aus,
und dies ist für die Erfindung nicht tragbar. Daher wird das Keramikmaterial 19 innerhalb der Schaufel 12
permanent polarisiert, indem die Schaufel insgesamt über den Curie-Punkt des Keramikmaterials erwärmt
wird, und indem eine Feldstärke von 1000 Volt pro mm
Dicke des Keramikmaterials angelegt wird, und indem diese Feldstärke aufrechterhalten wiru, während das
Keramikmaterial abkühlt.
Der Erfolg dieser Behandlung besteht dann, daß das
Keramikmaterial polarisiert bleibt, und wenn eine geringe Wechselspannung angeligt ist. dann werden
nur die Bereiche im Keramikmaterial von ihrer Polarisierungsstellung weg und zurück um einen
geringen Betrag ausgelenkt, der größenordnungsmäßig bei 10 lom liegt und sie dehnen sich dadurch aus und
ziehen sich zusammen, je nach der Richtung der Vorspannung. Das Keramikmaterial hat nunmehr
piezo-elektrische Eigenschaften.
Dann wird die Schaufel 12 und ihre Elektroden 22 bis
32 an eine elektrische Schaltung 40 angeschlossen, und
es wird eine kleine Wechselspannung über einen Oszillator 42 angelegt, der eine Impulsformstufe 43 zur
Erzeugung von Rechteckimpulsen aufweist.
Die Impulse werden in akustische Impulse umgeformt und über ein Trägermedium 44. auf einen piezoelektrischen
Wandler 46 geleitet. Das Trägermedium kann aus einem Konus aus Polymethal-methacrylate oder auch
aus Wasser bestehen. In letzteren Fall muß natürlich ein
Behälter vorgesehen werden. Der Wandler 46 Wandelt die akustischen Impulse in elektrische Impulse um. Und
diese gelangen in eine Anzeigevorrichtung 48, wo sie in digitaler und/oder analoger Form angezeigt werden.
Dadurch, daß die Impulse in einer Richtung angelegt werden wird gewährleistet, daß ihre Energie bis zu
einem Ausmaß konserviert wird, um genügend starke
Signale zu liefern, au* denen die Wandstärke des
betreffenden Kanals ableitbar ist, unabhängig von der großen nachteilig orientierten Kornsiruktur des in einer
Richtung erstarrten Gußkörpers.
Das Verfahren wurde entwickelt, um die Schwierigkeiten zu überwinden, die einer Uliraschallmessung der
Wanddicke einer Turbinenschaufel entgegenstehen, die durch eine kombinierte Technik nach dem Wachsausschmelzverfahren bei gerichteter Erstarrung hergestellt
wurde. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar für
Gegenstände, die durch andere Verfahren hergestellt sind, vorausgesetzt, daß das ferro-elektrische Keiamikmaterial
dicht in die Hohlräume des Gegenstandes einpaßt.
Wenn der Kanal in dem Gegenstand geradlinig verläuft, oder wenn er eine Gestalt besitzt, die sich zum
Einsatz eines vorgefertigten Keramikkerns nach der Herstellung des Gegenstandes eignet, dann kann der
Keramikkern vor Einsatz in den Gegenstand polarisiert werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von mit Kühlkanälen ausgestatteten Turbinenschaufeln nach dem Wachsausschmeizverfahren
bei gerichteter Erstarrung des Metalls, wobei Form und Lage dei Kuhlkanäle durch
Vorformung und Vorpositionierung eines auslaugbaren Keramikkerns in einem Wachsmodell der
Schaufel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem ferroelektrisehen
Keramikmaterial hergestellt wird, daß eine Elektrode in den Kern eingesetzt wird, und daß nach
Herstellung der Schaufel durch Ausgießen des durch Ausschmelzen des Wachses entstandenen Hohlraums
eine elektrische Spannung an den Kern derart angelegt wird, daß piezo-elektrische Eigenschaften
des Kerns entstehen, die eine Ultraschallüberprüfung der Dicke der Kanalwand ermöglichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ultraschallüberprüfung der Dicke
der Kanalwanc der Kanal mit einem ferro-elektrischen
Kcrarnikmateria! ausgefülii wird, daß das Kcramiktnalerial polarisiert wird, daß das Keramikmaterial
einem gepulsten elektrischen Kreis derart ausgesetzt wird, daß ein akustischer Impulsausgang
vom Keramikmaterial erzeugt wird, daß ein piezo-elektrischer Wandler und ein den Impuls
führendes Medium benachbart zur Schaufel so angeordnet werden, daß sie die akustischen Impulse
durch die Wanddicke des Kanals und das den Impuls führende Medium hindurch erhalten, und daß bei
Empfang der akustischen Impulse durch den Wandler von diesem elektrisch^ Signale geliefert
werden, die den akustischen Impulsen entsprechen,
und daß eine Darstellung ertolgl, die die Wanddicke -55
der Kanäle anzeigt.
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