DE3504377A1

DE3504377A1 - Profilkoerperkonstruktion und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE3504377A1
Application number: DE19853504377
Authority: DE
Inventors: Jackie Dale Fairfield Ohio Jones; Guy Cliff Murphy; Charles Thomas Maderia Ohio Salemme
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-02-13
Filing date: 1985-02-08
Publication date: 1985-08-14
Also published as: US4594761A; JPS60204903A; GB2154287B; IT1183343B; FR2559423A1; GB2154287A; IT8519492A0; GB8502795D0; FR2559423B1; JPH0427365B2

Description

General Electric Company Schenectady, N.Y./U.S.A.

Profilkörperkonstruktion und Verfahren zur Herstellung

derselben

Die Erfindung betrifft Profilkörper (Airfoils), wie beispielsweise Laufschaufeln, Leitschaufeln, Streben od. dgl. mit aerodynamischen Oberflächen, und ein Verfahren zur Herstellung von solchen Laufschaufeln, Leitschaufeln oder Streben. Die Erfindung findet insbesondere Verwendung bei Leitschaufeln, wie sie in Gasturbinen benutzt werden, welche zum Antrieb von Flugzeugen dienen.

Laufschaufeln, Leitschaufeln und Streben mit verschiedenen Profilkonstruktionen werden üblicherweise in Gasturbinentriebwerken benutzt. Typisch sind solche Laufschaufeln, Leitschaufeln oder Streben massive Teile, da das die beste Kombination aus Festigkeit und einfacher Herstellbarkeit ergibt. Ein kritischer Gesichtspunkt bei der Flugzeugtriebwerkskonstruktion ist jedoch die Gewichtsverringerung, die gegen die Verwendung von massiven Bauteilen spricht. Es ist demgemäß bekannt, für solche Zwecke hohle Laufschaufeln, Leitschaufeln oder Streben zu

verwenden.

Da hohle Profilkörper nicht dieselbe bauliche Festigkeit oder Steifigkeit wie massive Profilkörper haben, ist es notwendig, hohle Profilkörper mit einer Abstützung, wie beispielsweise Versteifungsrippen od.dgl., zu versehen. Hohle Profilkörper mit inneren Stützvorrichtungen sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3 365 124, 3 627 443 und 4 221 539 beschrieben. Die Konstruktion von solchen hohlen Profilkörpern ist relativ teuer und komplex. Typisch wird der Profilkörper in zwei Teilen oder Hälften hergestellt, wobei die inneren Rippen einstückig mit einer oder beiden Hälften hergestellt und durch eine geeignete Verbindungstechnik miteinander verbunden werden. Andernfalls müßte die Wandung des hohlen Profilkörpers zuerst hergestellt werden, und dann müßte die innere Rippenkonstruktion in sie eingeführt und mit ihr verbunden werden.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt bei Profilkörpern für Strömungsmaschinen ist die Schwingungsdämpfung. Diese Dämpfung erfolgt beispielsweise gemäß der US-PS 3 357 850 durch äußeres Ummanteln des Profilkörpers. Diese äußere Ummantelung erfordert zusätzliche Herstellungsschritte und kann die Kosten des fertigen Profilkörpers beträchtlich erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Hohlprofi lkörperkonstruktion und ein Verfahren zum Herstellen derselben zu schaffen, durch die die Nachteile der bekannten Profilkörperkonstruktionen und Herstellungsverfahren vermieden und zusätzliche Betriebs- und bauliche Vorteile erzielt werden.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung ist es, einen neuen Hohlprofilkörper zu

schaffen, der einen relativ einfachen und wirtschaftlichen Aufbau hat.

Weiter soll durch die Erfindung ein hohler Profilkörper der vorgenannten Art geschaffen werden, der eine ausreichende bauliche Festigkeit hat und eine gute Schwingungsdämpfung aufweist.

Ferner soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlprofilkörpers geschaffen werden, das einfach und wirtschaftlich ist.

Außerdem soll durch die Erfindung ein Verfahren der vorgenannten Art geschaffen werden, das die Herstellungsschritte minimiert.

Weiter soll durch die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines hohlen Verbundprofilkörpers mit einer Befestigungsplattform geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Schaffung einer Profilkörperkonstruktion gelöst, die eine hohle Wandung oder Schale aus einem ersten Material, die zwei Wände hat, welche längs ihrer Vorder- und Hinterenden miteinander verbunden sind und zwischen den Vorder- und Hinterenden gegenseitigen Abstand haben, und eine massive Rippe aus einem zweiten Material aufweist, die zwischen den Wänden angeordnet, integral mit jeder ausgebildet ist und Abstand von den miteinander verbundenen Enden derselben hat.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiter durch Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines hohlen Profilkörpers gelöst, das folgende Schritte beinhaltet: Herstellen einer Kernbaugruppe, die eine langgestreckte Stützvorrichtung aus einem Material und mehrere langge-

ff*

streckte Dorne aus einem weiteren Material aufweist, die an der Stützvorrichtung anliegen und mit dieser gemeinsam die Kernbaugruppe bilden, anschließendes Aufbringen einer Wandung um die Kernbaugruppe, die die Kernbaugruppe mit Ausnahme an deren Enden umschließt und die Stützvorrichtung berührt, dann Verbinden der Wandung nur mit der Stützvorrichtung und schließlich Entfernen der Dorne durch ein offenes Ende der Wandung, so daß eine hohle Wandung mit einer integralen inneren Stützvorrichtung zurückbleibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Längsschnittansicht

eines Flugzeuggasturbofantriebwerks, das erfindungsgemäß ausgebildete Austrittsleitschaufeln aufweist,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivi

sche Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Leitschaufelbaugruppe,

Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittansicht

nach der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Leitschaufelbaugruppe nach Fig. 2 im zusammengebauten Zustand,

Fig. 5 eine Teilschnittansicht nach der Linie

5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 eine vergrößerte Seitenansicht des End

stopfens der Leitschaufelbaugruppe nach Fig. 2,

Fig. 7 eine vergrößerte Längsschnittansicht

nach der Linie 7-7 in Fig. 6,

Fig. 8 eine vergrößerte Teilansicht des oberen

Teils der Austrittsleitschaufelbaugruppe nach Fig. 2, die eingebaut in ein Turbofantriebwerk dargestellt ist,

Fig. 9 eine perspektivische auseinandergezoge

ne Ansicht eines Vorformlings, dessen Zusammenbau der erste Schritt bei der Herstellung der Leitschaufelbaugruppe nach Fig. 2 ist,

Fig. 10 eine Querschnittansicht einer Formbaugruppe zum Verbinden der Teile des in Fig. 9 gezeigten Vorformlings,

Fig. 11 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht, die einen Schritt bei der Herstellung der Kernbaugruppe nach der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 12 eine Teilschnittansicht einer Vorrichtung zum Verbinden der Leitschaufel mit einer Befestigungsplattform,

Fig. 13 eine vergrößerte Querschnittansicht einer Preßvorrichtung zum Aufbringen eines Mantels auf die Leitschaufel und

Fig. 14 in einer ähnlichen Teilschnittansicht

wie in Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Leitschaufel nach der Erfindung.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein insgesamt mit der Bezugszahl 20 bezeichnetes Gasturbofantriebwerk schematisch dargestellt. Turbofantriebwerke sind zwar bekannt, eine kurze Beschreibung der Arbeitsweise des Triebwerks

20 wird jedoch als Hintergrund für die weiter unten beschriebene Erfindung das Verständnis der gegenseitigen Beziehung der verschiedenen Teile erleichtern. Grundsätzlich besteht das Triebwerk 20 aus einem Grundtriebwerk 21, einem Fan 22, der eine drehbare Stufe von Fanlaufschaufeln 23 aufweist, und einer Fanturbine 24A, die stromabwärts des Grundtriebwerks 21 angeordnet und mit dem Fan 22 durch eine Welle 25 verbunden ist. Das Grundtriebwerk 21 enthält einen Axialverdichter 26, der einen Rotor 27 hat. Luft tritt in den Einlaß 28 in Fig. 1 von links her in Pfeilrichtung ein und wird zuerst durch die Fanlaufschaufeln 23 verdichtet.

Eine Fanhaube oder -gondel 29 umgibt das Grundtriebwerk

21 und ist mit diesem durch mehrere sich radial nach aussei! erstreckende AustrittsleitSchaufelbaugruppen 30 (eine ist gezeigt) verbunden, die im wesentlichen gleichwinkelabständig um die Grundtriebwerkshaube angeordnet sind. Der Hauptzweck der Austrittsleitschaufeln ist es, die schraubenförmige Luftströmung, die die Fanlaufschaufeln 23 verläßt, in eine vorherrschend echt axiale Richtung umzulenken. Ein erster Teil der relativ kalten verdichteten Luft, die die Fanlaufschaufeln 23 verläßt, tritt in einen Fanmantelstromkanal 31 ein, der zwischen dem Grundtriebwerk 21 und der Fanhaube 29 gebildet ist, und tritt aus einer Fanschubdüse 32 aus. Ein zweiter Teil der verdichteten Luft tritt in den Grundtriebwerkseinlaß 33 ein, wird durch den Axialverdichter 26 weiter verdichtet und an eine Brennkammer 34 abgegeben, wo sie mit Brennstoff vermischt und verbrannt wird, um Verbrennungsgase hoher Energie zu liefern, die eine Grundtriebwerksturbine 35 antreiben. Die Turbine 35 treibt ihrerseits den Rotor 27 auf die bei Gasturbinentriebwerken übliche

Weise an. Die heißen Verbrennungsgase gehen dann durch die Fanturbine und treiben diese an, die ihrerseits den Fan 22 antreibt. Eine Vortriebskraft wird auf diese Weise durch die Wirkung des Fans 22, der Luft aus dem Fanmantelstromkanal 31 über die Fanschubdüse 32 abgibt, und durch die Abgabe der Verbrennungsgase aus einer Grundtriebwerksschubdüse 37 erzielt, die zum Teil durch einen Zentralkörper 38 und die Haube 39 des Grundtriebwerks 21 begrenzt wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Austrittsleitschaufelbaugruppen 30 mit neuem polymeren Verbundaufbau und auf ein neues Verfahren zur Herstellung derselben. Gemäß den Fig. 2 bis 8 der Zeichnungen hat jede Leitschaufelbaugruppe 30 eine langgestreckte Leitschaufel 40 mit Flügelprofil, die aus einer hohlen Wandung oder Schale 41 besteht, welche Wände 42 und 43 hat, die gegenseitigen Abstand haben und einen Hohlraum 44 zwisehen sich begrenzen (Fig. 3) und längs der Vorderkante 45 und der Hinterkante 46 der Leitschaufel 40 miteinander verbunden sind. In dem Hohlraum 44 ist eine langgestreckte Rippe 47 angeordnet, die sich über die Länge der Wandung 41 in der Zone maximaler Dicke derselben erstreckt, aus einem elastomeren Material besteht und integral mit jeder der Wände 42, 43 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Rippe 47 mit jeder der Wände 42 und verbunden und dient als Versteifungsteil zum Abstützen der Wände 42 und 43 und gleichzeitig zur Schwingungsdämpfung. Der Hohlraum 44 bleibt auf beiden Seiten der Rippe 47 offen, und die hohle Wandung 41 ist an ihren beiden Enden offen, wie beispielsweise an dem Ende 48 (Fig. 2). Vorzugsweise bedeckt ein Polyurethanmantel 49 die äußere Oberfläche der hohlen Wandung 41 und dient als anfressungsbeständige Hülle für die Leitschaufel 40.

Das offene Ende 48 der Wandung 41 ist mit einem End-

IS

stopfen 50 verschlossen, der einen Steckteil 51 aufweist, welcher ein konkaves inneres Ende 52 hat (Fig.2, 6 und 7). An dem äußeren Ende des Steckteils 51 ist ein sich quer nach außen erstreckender Deckflansch 53 angeformt, der so bemessen ist, daß er an dem äußeren Endrand der Wandung 41 anliegt und mit deren Umfangsoberflache im wesentlichen bündig ist. Das andere Ende der Leitschaufel 40 ist in einer Kappe 55 (Fig. 2) aufnehmbar, die in der Grundtriebwerkshaube 39 befestigt ist. Die Kappe 55 hat eine Steckbuchse 56 mit einem Hohlraum 57, in den das Ende der Leitschaufel 40 eingeführt wird. An dem oberen Ende der Steckbuchse 56 ist ein sich quer nach außen erstreckender Befestigungsflansch 58 angeformt .

Auf dem mit dem Endstopfen 50 verschlossenen Ende 48 der Leitschaufel 40 ist eine Befestigungsplattform 60 befestigt, die das Befestigen der Leitschaufelbaugruppe 30 in dem zugeordneten Turbofantriebwerk 20 erleichtert. Die Befestigungsplattform 60 hat eine im wesentlichen rechteckige Grundplatte 61, die mit einer nach oben vorstehenden Umfangswand 62 versehen ist, welche an ihrem Umfang angeformt -ist. Außerdem ist an der Grundplatte 61 ein nach oben vorstehender gekrümmter Körper 63 angeformt, der eine Vertiefung oder einen Hohlraum 64 begrenzt, der komplementär zu dem mit dem Endstopfen 50 verschlossenen Ende 48 der Leitschaufel 40 geformt, aber etwas größer als dieses bemessen ist. Das durch den Endstopfen 50 verschlossene Ende 48 der Leitschaufel 40 wird in dem Hohlraum 64 mit einem vorbestimmten Zwischenraum um es herum aufgenommen, der mit einer elastomeren Vergußmasse 65 (Fig. 5) gefüllt wird, die zum Verbinden der Leitschaufel 40 mit der Befestigungsplattform 60 dient. Vorzugsweise wird die Vergußmasse 65 in den Zwischenraum durch eine Einspritzbohrung 66 in dem gekrümmten Körper 63 eingespritzt, was weiter unten noch

näher erläutert ist. Außerdem sind an der Grundplatte 61 und dem gekrümmten Körper 63 zwei Befestigungsösen 67 angeformt, die jeweils mit einer Bohrung zum Aufnehmen eines komplementären Befestigungselements in Form einer Schraube 68 und einer Mutternplatte 68a versehen sind (Fig. 8). Sowohl die Plattform 60 als auch der Stopfen 50 bestehen vorzugsweise aus Nylon, das mit Kohlefasern verstärkt ist.

Für den Gebrauch wird die LeitSchaufelbaugruppe 30 befestigt, indem das freie Ende der Leitschaufel 40 in die Kappe 55 eingeführt wird, die in einer komplementären Aussparung (nicht gezeigt) in der Haube 39 des Grundtriebwerks 21 befestigt ist, die durch geeignete Mittel befestigt ist. Die Befestigungsplattform 60 wird mit den Schrauben 68 an der Innenoberfläche der Fanhaube 29 befestigt, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.

Die LeitSchaufelbaugruppe 30 bietet den Vorteil einer vorgeformten Baugruppe, die bereit ist, in dem Gasturbinentriebwerk mit Hilfe von wenigen Befestigungselementen befestigt zu werden, und aufgrund ihrer Hohlbauweise m den Vorteil niedrigen Gewichts hat. Die Rippe 47 stützt

die äußere aerodynamische Wandung 41 innen ab und dient außerdem als inneres Dämpfungssystem, das die unabhängige Schwingung der Wände 42 und 43 der Wandung 41 verhindert.

Unter Bezugnahme auf die Fig.9 bis 13 der Zeichnungen wird nun das Verfahren zur Herstellung der Leitschaufelbaugruppe 30 beschrieben. Die Leitschaufel 40 wird zuerst aus einem Leitschaufelvorformling hergestellt, der insgesamt mit der Bezugszahl 70 bezeichnet ist und eine Kernbaugruppe 71 sowie polymere Verbundwandungsvorformlinge 75 und 76 aufweist. Die Kernbaugruppe 71 besteht aus der langgestreckten Rippe 47 und aus zwei langgestreckten,

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entfernbaren Dornen 73, die auf entgegengesetzten Seiten an der Rippe 47 angeordnet sind, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Die Dorne 73 bilden gemeinsam mit der Rippe 47 die Kernbaugruppe 71, welche im wesentlichen die aerodynamische Form der fertigen Leitschaufel 40 hat. Die Rippe 47 wird aus einem elastomeren Material hergestellt, vorzugsweise aus einem elastomeren Fluorkautschuk, beispielsweise dem, der unter dem Warenzeichen VITON von E.I. DuPont de Nemours & Co. Inc. vertrieben wird. Die Dorne 73 bestehen jeweils aus einem Material mit Antihafteigenschaften, so daß es während des Aushärtens nicht an einem Epoxidharz haftet, wobei dieses Material vorzugsweise ein Silikonkautschuk ist, beispielsweise der, der von der General Electric Company unter dem Warenzeichen TUFEL vertrieben wird.

Nachdem die Kernbaugruppe 71 zusammengebaut worden ist, werden die freiliegenden Oberflächen der Rippe 47 etwas angerauht, ^um sie für einen anschließenden Verbindungsschritt vorzubereiten. Die Wandungsvorformlinge 75 und 76 bestehen jeweils aus mehreren dünnen Schichten oder Blättchen 77 aus einem Verbundmaterial, vorzugsweise aus einem Verbundmaterial aus Graphit- oder Kohlefasern und Glasfasern, die mit einem wärmehärtenden Epoxidharz getränkt sind. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht jedes Blättchen 77 aus einem unidirektionalen getränkten 80-Graphit/20-Glas-Hybridband, das von der 3M Company, St. Paul, Minnesota, erhältlich ist. Stattdessen könnten die Vorformlinge 75 und 76 aus einem Verbundmaterial bestehen, das beispielsweise aus Metallfolienblättchen besteht, die mittels Klebstoff miteinander verbunden sind. Die Wandungsvorformlinge 7 5 und 76 werden über die konvexe bzw. konkave Oberfläche der Kernbaugruppe 71 gelegt, wobei die Wandungsvorformlinge 75, 76 so bemessen sind, daß sie in Längs-

richtung die gleiche Ausdehnung wie die Kernbaugruppe 71 haben, daß sie sich aber längs der Vorder- und Hinterkante derselben über die Kernbaugruppe 71 hinaus erstrecken, so daß diese überstehenden Teile der Wandungsvorformlinge 75 und 76 einander überlappen.

Nachdem der Leitschaufelvorformling 70 zusammengebaut worden ist, wird er in eine Formmaschine 80 eingebracht (Fig. 10),die eine Patrize 81 und eine Matrize 82 aufweist, welche zusammenpassend ausgebildet und beheizt sind. Der Leitschaufelvorformling 70 wird durch die Formmaschine 80 gleichzeitig mit Wärme und Druck beaufschlagt und dadurch in einem Schritt ausgehärtet. Die Blättchen 77 jedes Wandungsvor formling s 75, 76 werden miteinander verbunden, und die überlappenden Teile der Wandungsvorformlinge 75 und 76 werden an der Vorder- und der Hinterkante der Leitschaufel 40 miteinander verbunden. Die inneren Blättchen 77 werden gleichzeitig mit der Rippe 47 verbunden, sie werden aber nicht mit den Dornen 73 verbunden, weil letztere die genannte Antihafteigenschaft haben. Bei den oben beschriebenen bevorzugten Materialien beinhaltet der Härtezyklus ein Härten von etwa einer Stunde bei 110 ⁰C (230 ⁰F)/ gefolgt von einem Nachhärten bei 135 ⁰C (275 ⁰F) für vier Stunden. Der Härtezyklus könnte jedoch geändert werden, falls andere Materialien benutzt werden. Nachdem der Leitschaufelvorformling 70 in der Formmaschine 80 gehärtet worden ist, werden die Dorne 73 über ein Ende der hohlen Wandung 41 entfernt, was in Fig. 11 gezeigt ist. Es bleibt die hohle Leitschaufel 40 mit der integralen, inneren, sich in ihrer Mitte in Längsrichtung nach unten erstreckenden Versteifungsrippe 47 zurück.

Danach wird die Leitschaufel 40 mit der Befestigungsplatt-

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form 60 zusammengebaut. Bevorzugt werden die innere Oberfläche des Hohlraums 64 und das Ende der Leitschaufel 40, das in den Hohlraum einzuführen ist, angerauht, beispielsweise durch Sandstrahlen, wobei die übrigen Oberflächen der Leitschaufel 40 und der Plattformgrundplatte 61 geeignet abgedeckt sind. Statt des Anrauhens könnte auch eine andere Technik, beispielsweise Ätzen, angewandt werden. Auf die angerauhten Oberflächen wird dann eine Grundierung (Haftmittler) angebracht. Die Grundierung kann beispielsweise ein Gemisch aus Grundierungen sein, wie beispielsweise den von Dayton Coatings and Chemical Division und Whittakter Corporation unter den Warenzeichen THIXON 300 und THIXON 301 vertriebenen. Die Grundierung wird bis zu einer Trockenfilmdicke von ungefähr 7,6 bis 10,2 μια (0.0003 - 0.0004 inch) aufgebracht. Die Einspritzbohrung 66 wird dann in die Plattform 60 gebohrt, sie kann aber auch in der Plattform 60 bereits vorgeformt sein.

Die grundierte Leitschaufel 40 und die Plattform 60 werden dann etwa 15 min lang bei einer Temperatur von etwa 160 ⁰C (320 ⁰F) vorgewärmt und dann in eine Preßspritzform 85 eingebracht (Pig, 12), die auf einer Temperatur von etwa 176 ⁰C (350 ⁰F) gehalten wird. Die Leitschaufel 40 wird dazu in einer Haltevorrichtung (nicht dargestellt) festgehalten, und das Einsteckende wird in einer Halteplatte 84 eingespannt. Die Plattform 60 wird in einem komplementären Hohlraum in einem Formwerkzeug 86 aufgenommen. Die Halteplatte 84 wird an dem Formwerkzeug 86 befestigt, so daß das angerauhte Ende der Leitschaufel in dem Hohlraum 64 der Plattform 60 mit einem vorbestimmten, im wesentlichen gleichmäßigen Zwischenraum um sie herum aufgenommen ist. Vorzugsweise beträgt die Einführtiefe der Leitschaufel 40 in dem Hohlraum 64 ungefähr

20/3 mm (0.8 inch), und es wird ein Zwischenraum von ungefähr 2,03 mm (0.08 inch) zwischen der Spitze der Leitschaufel 40 und dem Grund des Hohlraums 64 hergestellt, indem die Leitschaufel 40 nicht bis zum Grund des Hohlraums 64 eingeführt wird. Außerdem ist die Größe der Leitschaufel 40 und des Hohlraums 64 so bemessen, daß ein Zwischenraum von etwa 2,03 mm (0.08 inch) zwischen den Seiten der Leitschaufel 40 und den Seitenwänden des Hohlraums 64 hergestellt wird.

^* Das Formwerkzeug 86 hat einen Einspritzkanal 87 in einer Linie mit der Einspritzbohrung 66 in der Plattform 60. Der Einspritzkanal 87 steht mit einem Preßspritzzylinder 88 in Verbindung, in welchem ein Kolben 89 angeordnet ist. Ungehärtetes VITON-Elastomer wird in den Preßspritzzylinder 88

^f eingebracht, der auf einer Temperatur von etwa 176 ⁰C

(350 ⁰F) gehalten wird, und wird dann mit einem maximalen Preßspritzdruck von etwa 241 bar (3,500 psi) durch den Einspritzkanal 87 und die Einspritzbohrung 66 in den Zwischenraum zwischen der Leitschaufel 40 und der Plattform 60 eingespritzt. Die Leitschaufel/Plattform-Baugruppe wird für etwa 75 min in der Preßspritzform 85 auf einer Temperatur

# von etwa 176 ⁰C (350 ⁰F) gehalten, die dazu dient, das VITON-Elastomer 65 zu härten und die Leitschaufel 40 fest mit der Plattform 60 zu verbinden. Die in sich verbundene Baugruppe wird dann der Preßspritzform 85 entnommen und für etwa 16 h bei einer Temperatur von etwa 149 ⁰C (300 ⁰F) nachgehärtet, woraufhin überschüssiger VITON-Grat von der Plattform 60 und von der Leitschaufel 40 entfernt wird.

Die Leitschaufel 40 hat nach dem Form- und dem Nachhärtezyklus einen geringen Widerstand gegen Anfressung,die durch Teilchen verursacht wird, wie beispielsweise Sand, Kies od. dgl., denen Flugzeuggasturbinentriebwerke ausgesetzt sein können. Daher wird der Polyurethanmantel 49 auf die äußere

Oberfläche der hohlen Wandung 41 aufgebracht, um die notwendige Anfressungsbeständigkeit oder Verschleißfestigkeit zu schaffen. Zuerst wird die äußere Oberfläche der hohlen Wandung 41 leicht angerauht, beispielsweise durch Sandstrahlen, wobei die Oberflächen der Befestigungsplattform 60 und der Vergußmasse 65 abgedeckt sind, um das Anfressen derselben während des Sandstrahlvorganges zu verhindern. Eine Polyurethanfolie mit einer Dicke von ungefähr 0,25 mm (0.010 inch) und mit einem ungefähr 0,025 mm (0.001 inch) dicken Überzug aus einem Klebeharz auf einer Oberfläche derselben wird dann in einen langen Streifen der gewünschten Größe und Form geschnitten. Der Folienstreifen wird dann um die hohle Wandung 41 herumgewickelt, wobei er durch die Verwendung eines Werkzeuges, beispielsweise eines Spatels od.dgl. in innige Berührung mit der Oberfläche der Wandung 41 gebracht wird, um das Einschließen von Luft oder die Bildung von harzreichen Taschen zu verhindern.

Wenn die äußere Oberfläche der hohlen Wandung 41 vollständig mit dem Polyurethanmantel 49 bedeckt worden ist, wird die Leitschaufel 40 in eine Preßvorrichtung 90 (Fig. 13) zum Härten des Klebstoffes eingebracht. Die Preßvorrichtung 90 weist ein konvexes unteres Teil 91 und ein konkaves oberes Teil 92 auf. Vor dem Einbringen der Leitschaufel 40 in die Preßvorrichtung 90 wird eine Druckverstärkungshülle 93 um die ummantelte Leitschaufel 40 herumgelegt. Die Hülle 93 besteht vorzugsweise aus Silikonkautschuk und ist einfach übergeschlagen ausgebildet, d.h. mit zwei Klappen versehen, die an der konvexen bzw. konkaven Oberfläche der Leitschaufel 40 liegen und sich an einer Stelle 94 außerhalb der Hinterkante der Leitschaufel 40 überlappen. Die Anordnung aus der ummantelten Leitschaufel 40 und der Druckverstärkungshülle 93 wird dann in die Preßvorrichtung 90 eingebracht und für etwa 60 min bei einer Temperatur von etwa

110 ⁰C (230 ⁰F) gehärtet. Die Druckverstärkungshülle 93 dient zum Vergrößern und zum gleichmäßigen Verteilen des auf den Mantel 49 ausgeübten Druckes,um ein gleichmäßiges Härten desselben und ein gleichmäßiges Haften an der äußeren Oberfläche der Wandung 41 zu gewährleisten. Die Rippe 47 sollte während des Preßvorganges für eine ausreichende innere Abstützung sorgen, bei Bedarf könnte aber der hohle Kern 44 für diesen Vorgang unter inneren Überdruck gesetzt werden. Die mit Polyurethan ummantelte Leitschaufel 40 wird dann der Preßvorrichtung 90 entnommen, die Hülle 93 wird entfernt, und die ummantelte Leitschaufel 40 wird in einem Ofen für etwa vier Stunden bei etwa 135 ⁰C (275 ⁰F) nachgehärtet. Überschüssige. Polyurethanfolie wird dann von der Leitschaufel 40 abgeschnitten.

Es ergibt sich eine Leitschaufelbaugruppe 30, die ein extrem geringes Gewicht hat und billig herstellbar ist, eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit und Anfressungsbeständigkeit hat und mit einer hohen Schwingungsdämpfung versehen ist. Weiter ist die Leitschaufelbaugruppe 30 durch eine ausgezeichnete Abmessungsgleichmäßigkeit und eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit sowie durch eine verbesserte Ermüdungsbeständigkeit im Vergleich zu vergleichbaren metallischen Flügelprofilkörpern gekennzeichnet. Alle diese Vorteile werden ohne die Verwendung von potentiell strategischen Materialien erzielt.

Beim Befestigen der Leitschaufelbaugruppe 30 an dem Turbofantriebwerk 20 wird das freie Ende der Leitschaufel 40 in die Kappe 55 eingeführt, und die Plattform 60 wird dann an der Fanhaube 29 festgeschraubt, wie es oben beschrieben worden ist.

Fig. 14 zeigt eine andere Leitschaufelkonstruktion, die insgesamt mit der Bezugszahl 100 bezeichnet ist und bei der es

sich im wesentlichen um dieselbe Konstruktion wie bei der Leitschaufel 40 handelt, mit der Ausnahme, daß sie mehrere Versteifungsrippen aufweist. Die Leitschaufel 100 hat eine äußere Wandung 101 mit Wänden 102 und 103, die gegenseitigen Abstand haben, um einen inneren Hohlraum 104 zu begrenzen. Die Wände 102 und 103 sind an der Vorder- und der Hinterkante der Leitschaufel 100 miteinander verbunden. Drei langgestreckte, gegenseitigen Abstand aufweisende Versteifungsrippen 105, 106 und 107 sind in dem Hohlraum 104 angeordnet, wobei die Rippen 105, 107 Abstand voneinander und von den miteinander verbundenen Rändern der Wände 102 und 103 haben. Bei Bedarf kann ein Polyurethan- ■äi mantel (nicht gezeigt) wie der Mantel 49 auf die äußere

Oberfläche der Wandung 101 aufgebracht werden. Das Verfahren zur Herstellung der Leitschaufel 100 ist im wesentlichen dasselbe wie das oben für die Leitschaufel 40 beschriebene, mit der Ausnahme, daß die Kernbaugruppe die drei Rippen 105 - 107 aufweisen wird, die mit vier entfernbaren Dornen abwechseln.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß eine verbesserte Hohlleitschaufelkonstruktion mit einer inneren Rippe zur mechanischen Abstützung und zur Schwingungsdämpfung sowie ein besonderes Verfahren zur Herstellung einer

r solchen Leitschaufel geschaffen worden sind. Beschrieben ■
ist außerdem ein Verfahren zum Zusammenbauen der Leitschaufel mit einer Befestigungsplattform, was eine Leitschaufelbaugruppe mit extrem geringem Gewicht und zu extrem niedrigen Kosten ergibt, die verbesserte Betriebs- und bauliche Eigenschaften hat.

Claims

Ansprüche :

1. Profilkörperkonstruktion, gekennzeichnet durch eine hohle Profilkörperwandung (41; 101) aus einem ersten Material, die zwei Wände (42, 43; 102, 103) hat, welche längs ihrer Vorder- und Hinterenden (45, 46) miteinander verbunden sind und zwischen den Vorder- und Hinterenden gegenseitigen Abstand aufweisen, und wenigstens eine massive Rippe (47; 105) aus einem zweiten Material, die zwischen den Wänden angeordnet und integral mit jeder ausgebildet und mit Abstand von den miteinander verbundenen Enden derselben angeordnet ist.

2. Profilkörperkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (41; 101) einen geschichteten Aufbau hat.

3. Profilkörperkonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (41; 101) Schichten aus einem Material aufweist, das ein Verbundmaterial aus Kohle- oder Graphitfasern und Glasverstärkungsfasern, getränkt mit einem Epoxidharz, ist.

ORIGINAL INSPECTED

4. Profilkörperkonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (41; 101) Schichten aus Metallfolien aufweist, die miteinander verklebt sind.

5. Profilkörperkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (47; 105) mit jeder Wand (42, 43; 102, 103) verklebt ist.

6. Profilkörperkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (47; 105) aus einem elastomeren Material gebildet ist.

7. Profilkörperkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mehrere Rippen (105, 106, 107), die mit Abstand voneinander und von den miteinander verbundenen Enden der Wände (102, 103) angeordnet sind.

8. Profilkörperkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 1, gekennzeichnet durch eine Befestigungsplattform (60), die an der Wandung (41) an einem Ende (48) derselben befestigt ist.

9. Profilkörperkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen anfressungsbeständigen Mantel (49), der die äußeren Oberflächen der Wandung (41) bedeckt.

10. Profilkörperkonstruktion nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (49) aus Polyurethanfolie gebildet ist.

11. Profilkörperkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper

(30) eine Austrittsleitschaufel für ein Flugzeuggasturbinentriebwerk: (20) ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines hohlen Profilkörpers, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Herstellen einer Kernbaugruppe aus einer langgestreckten Stützvorrichtung aus einem Material und mehreren langgestreckten Dornen aus einem weiteren Material, die an der Stützvorrichtung anliegen und mit dieser gemeinsam die Kernbaugruppe bilden, dann Anbringen einer Wandung um die Kernbaugruppe, so daß sie die Kernbaugruppe mit Ausnahme an deren Enden umschließt und die Stützvorrichtung berührt, dann Verbinden der Wandung nur mit der Stützvorrichtung und dann Entfernen der Dorne über ein offenes Ende der Wandung, so daß eine hohle Wandung mit einer integralen inneren Stützvorrichtung zurückbleibt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung durch übereinanderstapeln von mehreren dünnen Wandungsmaterialschichten auf der Kernbaugruppe und durch Miteianderverbinden der Schichten zum Bilden eines geschichteten Wandungsaufbaus hergestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem jede Schicht

mit einem wärmehärtenden Harz getränkt wird, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Beaufschlagens der Kombination aus der Kernbaugruppe und den übereinandergestapelten Schichten mit Wärme und Druck, um die Schichten miteinander und mit der Stützvorrichtung zu verbinden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die geschichtete Wandung hergestellt wird, indem zwei Stapel der Schichten auf die eine bzw. andere der beiden entgegengesetzten Seiten der Kernbaugruppe aufgebracht

werden, wobei sich die Stapel über die Vorder- und Hinterkanten der Kernbaugruppe hinaus erstrecken und einander überlappen und wobei die Beaufschlagung mit Wärme und Druck dazu dient, die einander überlappenden Teile der beiden Stapel miteinander zu verbinden und eine durchgehende Wandung herzustellen, die die Kernbaugruppe umschließt.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung hergestellt wird, indem Wandungshälften auf die eine bzw. andere der beiden entgegengesetzten Seiten der Kernbaugruppe aufgebracht werden, wobei sich die Wandungshälften über die Vorder- und Hinterkanten der Kernbaugruppe hinaus erstrecken und einander überlappen und wobei weiter der Schritt ausgeführt wird, die einander überlappenden Teile der Wandungshälften miteinander zu verbinden, um eine durchgehende Wandung herzustellen, die die Kernbaugruppe umschließt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung aus einer massiven Rippe gebildet wird, die zwischen den beiden Dornen angeordnet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe aus einem elastomeren Material hergestellt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung aus mehreren diskreten, massiven Rippen gebildet wird, die mit mehreren Dornen abwechseln, welch letztere entfernt werden, nachdem die Wandung mit den Rippen verbunden worden ist, um eine hohle Wandung mit mehreren inneren, gegenseitigen Abstand aufweisenden

Rippen zurückzulassen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis !^gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens eines Mantels aus anfressungsbeständigem Material auf die äußere Oberfläche der Wandung.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 2 0, dadurch gekennzeichnet, daß die Dorne aus Silikonkautschuk hergestellt werden.

22. Verfahren zum Anbringen einer Befestigungsplattform an einem Ende eines langgestreckten, hohlen Profilkörpers, wobei die Plattform eine Vertiefung hat, die komplementär zu dem einen Ende des Profilkörpers geformt, aber etwas größer als dieses bemessen ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Zustopfen eines Endes des hohlen Profilkörpers, Einführen des zugestopften Endes des Profilkörpers in die Vertiefung in der Plattform mit einem vorbestimmten, im wesentlichen gleichmäßigen Zwischenraum zwischen der Vertiefung der Plattform und dem eingeführten Ende des Profilkörpers, dann Einspritzen eines elastomeren Materials in den Zwischenraum, um diesen zu füllen, und dann Härten des elastomeren Materials, um das eingeführte Ende des Profilkörpers mit der Plattform zu verbinden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, daß für das elastomere Material elastomerer Fluorkautschuk verwendet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Härten erfolgt, indem das elastomere Material gleichzeitig mit Wärme und Druck beaufschlagt wird.

25. Verfahren zur Herstellung einer hohlen Profilkörperbaugruppe, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

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Herstellen einer Kernbaugruppe aus einer langgestreckten Stützvorrichtung aus einem Material und mehreren langgestreckten Dornen aus einem weiteren Material, die an der Stützvorrichtung anliegen und mit dieser gemeinsam die Kernbaugruppe bilden, dann Anbringen einer Wandung um die Kernbaugruppe, die die Kernbaugruppe mit Ausnahme an deren Enden umschließt und die Stützvorrichtung berührt, dann Verbinden der Wandung nur mit der Stützvorrichtung, dann Entfernen der Dorne über ein offenes Ende der Wandung, so daß eine hohle Wandung mit einer integralen, internen Stützvorrichtung und offenen Enden zurückbleibt, Zustopfen eines offenen Endes der Wandung, Herstellen einer Befestigungsplattform mit einer Vertiefung, die komplemantär zu dem zugestopften Ende der Wandung geformt ist, aber etwas größer als das zugestopfte Ende bemessen ist, Einführen des zugestopften Endes der Wandung in die Vertiefung in der Plattform mit einem im wesentlichen gleichmäßigen, vorbestimmten Zwischenraum zwischen der Plattform und dem eingeführten Ende der Wandung, dann Einspritzen eines elastomeren Materials in den Zwischenraum, um diesen zu füllen, und dann Härten des elastomeren Materials, um das eingeführte Ende der Wandung mit der Plattform zu verbinden.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung als massive Rippe ausgebildet wird, die zwischen zwei Dornen angeordnet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe aus einem elastomeren Material hergestellt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung aus mehreren diskreten, massiven

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Rippen hergestellt wird, die mit mehreren Dornen abwechseln, welch letztere entfernt werden, nachdem die Wandung mit den Rippen verbunden worden ist, um eine hohle Wandung mit mehreren internen, gegenseitigen Abstand aufweisenden Rippen zurückzulassen.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens eines Mantels aus anfressungsbeständigem Material auf die äußere Oberfläche der Wandung.