DE4319594C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Fügen eines Leitapparates - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aneinanderfügen von Komponenten eines Leitapparates einer Turbine sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung.

Ein Leitapparat ist eine feststehende Vorrichtung inner­ halb des Gehäuses einer Turbine, durch welche ein die Tur­ bine durchströmendes Fluid leitbar ist.

In dem Buch "Dampfturbinen" von F. Dietzel, 3. Auflage, Carl Hanser Verlag München/Wien, 1980, insbesondere in den Kapiteln 3.2.2 und 5.2, werden verschiedene Leitapparate sowie die Herstellung von Leitapparaten behandelt. Hierbei werden Leitapparate sowohl für Gleichdruck- als auch für Überdruck-Turbinen beschrieben.

Wesentliche Komponenten eines Leitapparates sind Leitschau­ feln zur Führung des Fluides. Bei Überdruck-Turbinen werden Leitschaufeln gelegentlich direkt im Turbinengehäuse befes­ tigt, wenn im Betrieb Temperaturen von etwa 400°C nicht überschritten werden und die Turbine nicht allzu groß ist. In den meisten Fällen werden die Leitschaufeln in zweitei­ ligen wärmeelastischen Leitschaufelträgern untergebracht, so daß die Leitschaufeln zusammen mit den Leitschaufelträgern den Leitapparat bilden.

Leitapparate leiten in der Regel nicht nur die Strömung des Fluides, sondern dichten auch die einzelnen Stufen der Turbinen gegeneinander ab. Abdichten bedeutet in diesem Fall, daß das Fluid so gut wie ausschließlich durch Öff­ nungen in den Leitapparaten zwischen den Leitschaufeln von einer Stufe zu einer anderen Stufe gelangt. Leckströmungen des Fluides von einer Stufe zur anderen entlang der Welle und/oder entlang einer Wand des Gehäuses der Turbine sollen durch die Leitapparate vermieden werden. In Gleichdruck- Turbinen treten stets große Druckgefälle über den Leitappa­ raten auf, wodurch solche den Wirkungsgrad der Turbine ver­ ringernde Leckströmungen begünstigt werden; das gegenseitige Abdichten der Stufen ist daher in Gleichdruck-Turbinen von besonderer Bedeutung. Die großen Druckgefälle werden durch eine düsenartige Anordnung benachbarter Leitschaufeln er­ reicht. In den durch die Leitapparate voneinander abgedich­ teten Stufen herrscht jeweils ein weitgehend konstanter Druck.

Ein Leitapparat hat in der Regel die Form einer kreisrun­ den gelochten Scheibe oder eines Ringes, mit einem inneren Ring oder Innenring, den Leitschaufeln und einem äußeren Ring oder Außenring, wobei der äußere Ring mit dem Gehäuse der Turbine verbunden ist. Aus konstruktionstechnischen Gründen sind die Scheiben meistens in zwei in etwa gleiche, nicht fest miteinander verbundene Hälften geteilt.

Zur Herstellung eines Leitapparates einer Gleichdruck-Tur­ bine werden in obigem Buch "Dampfturbinen" die folgenden Beispiele gegeben:

• a) Für eine Temperatur von bis zu 400°C und einen Druck bis zu 50 bar werden einzelne gefräste Leitschaufeln in eine Nut eines Trägers geschoben und an einer Austrittsseite der Strömung mit dem Träger verschweißt. Es können auch mehrere Leitschaufeln zu einem Segment verschweißt werden, welches in entsprechende Nuten des Trägers geschoben wird. An einem äußeren und inneren Umfang des Segments ist je ein Ringsegment zur Abdichtung der Stufen aufgeschweißt. Wegen möglicher unterschiedlicher thermischer Ausdeh­ nungen des Segmentes und des Gehäuses werden diese nicht miteinander verschweißt;
• b) für Temperaturen bis etwa 250°C werden gegossene Leitap­ parate verwendet, wobei die Leitschaufeln zwischen den inneren und den äußeren Ring eingegossen sind;
• c) für höhere Temperaturen werden die Leitschaufeln mit dem inneren und dem äußeren Ring des Leitapparates verschweißt.

Die geschilderten Verfahren zur Herstellung eines Leitap­ parates werden jeweils in mehreren Arbeitsschritten durch­ geführt und können besonders beim Schweißen oder beim Gie­ ßen zu erheblichen Nachbearbeitungen an den Leitapparaten führen. Besonders die einfach zusammengebauten oder gegos­ senen Leitapparate sind bei hohen thermischen und mechani­ schen Beanspruchungen nur bedingt geeignet.

Auch in dem Buch "Turbomaschinen im Kraftwerk" von G. Schilk, 1. Auflage, VEB-Verlag Technik, Berlin, 1978, wird auf die Herstellung von Leitapparaten eingegangen, insbesondere in Kapitel 4.4.4. Auch in diesem Buch werden die Leitapparate in drei Konstruktionsklassen eingeteilt, nämlich in die ge­ bauten, die gegossenen und die geschweißten Leitapparate.

Bei den gebauten Leitapparaten werden vorgefertigte, bei­ spielsweise in einem Genaugußverfahren gegossene Leitschau­ feln in einer Umfangsnut gehalten und gegebenenfalls mittels Stiften direkt in dem Gehäuse der Turbine befestigt. Gegos­ sene Leitapparate für Temperaturen bis etwa 250°C weisen häufig Leitschaufeln aus Stahlblech auf, die mit einem inneren Ring und einem äußeren Ring aus Grauguß umgossen sind. Für strömungstechnisch hochwertige und thermisch hoch belastete Leitschaufeln werden die Leitapparate in der Re­ gel geschweißt. Ein geschweißter Leitapparat läßt sich zu­ dem leichter nachträglich bearbeiten als ein gegossener.

Eine mechanische Nachbereitung ist in der Regel notwendig, um die Maßgenauigkeit und/oder die Abdichtung zu verbessern. Darüber hinaus ist oftmals eine thermische Nachbehandlung notwendig, um Eigenspannungen und/oder Veränderungen des Ge­ füges, die durch das Schweißen hervorgerufen worden sind, abzubauen.

In dem Artikel "Nickel Superalloys Joined by New Diffusion- Bonding Process" in Machine Design, Mai 1971, Seite 28 ist das Diffusionsfügen von Nickelbasis-Superlegierungen eines Flugzeugstrahltriebwerkes beschrieben. Hierin werden jeweils zwei zu verbindende Teile, insbesondere Turbinenschaufeln mit einem inneren und einem äußeren Band, mittels eines spe­ ziellen Hartlotes in einem Ofen durch Diffusionsfügen anein­ andergefügt. Die Turbinenschaufeln werden sowohl an dem in­ neren als auch an dem äußeren Band aneinandergefügt.

In der US-PS 3,088,192 ist ein Verfahren zum Verbinden von Teilen einer Turbinenschaufel beschrieben, wobei die Teile bei ca. 1100°C mittels Diffusionsfügen aneinandergefügt werden. In der CH-PS 528 327 ist ein Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Hochleistungslegierungen sowie ein Bindemit­ tel zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Das Binde­ mittel besteht zu einem Großteil aus Nickel. In der EP 0 090 887 A1 ist ein Verfahren zum Diffusionsfügen von Komponenten einer Gasturbinenschaufel oder eines Hitzeschildes mit Kühl­ kanälen beschrieben. Die US-PS 3,530,568 betrifft das Diffu­ sionsschweißen von Nickelbasis-Superlegierungen. Die Artikel "Anwendungsmöglichkeiten des Diffusionsschweißens" von H. Mehlhorn, L. Kleppek und F. Hintz in Schweißtechnik, Berlin 36, 1986, 4 sowie "Auslegung und Betrieb einer programmge­ steuerten Diffusionsschweißanlage für die Herstellung von Aluminium-Edelstahl-Diffusionsschweißverbindungen" von E. Sigismund in DVS-Berichte Band 69, Deutscher Verlag für Schweißtechnik, Düsseldorf, 1981 beinhalten allgemeine Aus­ sagen bezüglich des Diffusionsschweißens.

Die DE 31 19 289 A1 betrifft das Diffusionsschweißen von Tur­ binenschaufeln, wobei zwischen die zu verschweißenden Hälften der Turbinenschaufel ein Hartlot eingebracht wird. Die Schau­ feln werden in einer Form gepreßt, wobei zwischen der Form und dem Schaufelmaterial sowie an Hohlkanälen der Schaufel­ hälften ein Reservage-Material aufgebracht wird, das einen Kontakt des Hartlotes mit dem Metall und damit ein Ausfließen aus einer Verbindungsstelle verhindert. Das Reservage­ Material verhindert zudem ein Verschweißen der Turbinenschau­ fel mit der Preßform.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Komponenten eines Leitapparates einer Tur­ bine in einfacher Weise aneinandergefügt werden können, so daß ein thermisch und mechanisch hoch belastbarer Leitapparat ohne aufwendige mechanische und/oder thermische Nachbehand­ lung erhalten wird. Das Verfahren soll sich insbesondere für eine Serienproduktion von Leitapparaten von reproduzierbar guter Qualität eignen. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2 gelöst.

Die Komponenten werden vor dem Diffusionsfügen zueinander passend positioniert, so daß schon vor dem Diffusionsfügen eine gewünschte Form des Leitapparates oder eines Teiles des Leitapparates vorliegt. Damit die gewünschte Form erreicht wird, werden die zueinander passend positionierten Komponen­ ten während des Diffusionsfügens weitgehend gegeneinander un­ verschieblich und spielfrei gehaltert.

Das Verfahren jedweder Ausgestaltung eignet sich besonders dazu, einen Leitapparat eines Düsendeckels einer Gleichdruck- Turbine, zu fügen, wobei der Leitapparat einen Innenring, ei­ nen Außenring und zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Leitschaufeln aufweist.

Von Vorteil ist es, wenn zumindestens eine Komponente des Leitapparates ein Leitschaufelsegment ist. Das Leitschaufel­ segment weist ein Innenband, ein Außenband sowie zwischen dem Innenband und dem Außenband angeordnete Leitschaufeln auf. Das Leitschaufelsegment kann dabei mit Vorteil eine Komponen­ te aus Feinguß sein. Das Leitschaufelsegment wird über das Innenband mit dem Innenring und über das Außenband mit dem Außenring aneinandergefügt. Oberflächen, an denen die Kompo­ nenten aneinandergefügt werden, sind in etwa gleich groß und gleich geformt, so daß eine besonders gute und feste Verbin­ dung der Komponenten erzielt werden kann. Das Fügen eines Leitschaufelsegmentes mit dem Außenring und dem Innenring ist somit einfacher und zeitgünstiger als ein Fügen jeweils ein­ zelner Leitschaufeln mit dem Außen- bzw. Innenring.

Gegenüber den bisher verwendeten Verfahren zum Verbinden ei­ nes Leitschaufelsegmentes mit dem Innen- bzw. Außenring zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren unter anderem dadurch aus, daß an Verbindungsstellen Spannungen weitgehend vermieden werden. Spannungen, die an einer Verbindungsstelle zwischen dem Innenband und dem Innenring bzw. dem Außenband und dem Außenring auftreten, können dazu führen, daß Risse in Verbindungen zwischen dem Innen- bzw. Außenband und den Leit­ schaufeln auftreten. Solche Spannungen treten beispielsweise bei geschweißten Leitapparaten auf.

Mit dem Verfahren ist es darüber hinaus möglich in einem ein­ zigen Arbeitsschritt eine Vielzahl von Komponenten so anein­ ander zu fügen, daß zumindestens zwei einander benachbarte Komponenten paßgenau zu einander angeordnet, aber weiterhin unverbunden sind. Dies ist beispielsweise mit einem Trenn­ stoff erreichbar, der zwischen benachbarten Komponenten ein­ gebracht wird und eine feste Verbindung zwischen den Kompo­ nenten unterbindet. Beim Diffusionsfügen mehrerer Komponenten kann es vorteilhaft sein, jeweils einen Zusatzwerkstoff oder einen Trennstoff zwischen benachbarten Komponenten einzubrin­ gen.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß der ge­ samte Leitapparat in einem einzigen Arbeitsschritt gefügt werden kann und Nachbehandlungen weitgehend unnötig sind. Zum Fügen des gesamten Leitapparates werden alle Komponenten zu­ einander passend positioniert und gehaltert, so daß der Leitapparat schon beim Diffusionsfügen eine gewünschte Form aufweist.

Beim Fügen des gesamten Leitapparates ist es von Vorteil, zwischen die Komponenten jeweils einen Zusatzwerkstoff einzu­ bringen, was zu einer festen Verbindung der Komponenten führt, oder aber einen Trennstoff einzubringen, der dort wo er eingebracht wird, das Diffusionsfügen verhindert. Der Trennstoff wird günstigerweise zwischen eine Mehrzahl von Komponenten eingebracht, so daß nach dem Diffusionsfügen der Leitapparat die gewünschte Form aufweist, aber aus zwei zu­ einander paßgenauen Hälften besteht. Dadurch kann der Leit­ apparat einfach um eine Welle einer Turbine angeordnet wer­ den, und die beiden Hälften schließen sich dicht aneinander, da sie paßgenau zueinander sind.

Das Diffusionsfügen von Werkstücken zeichnet sich, wie bei­ spielsweise in der EP 0 278 030 B1 beschrieben, dadurch aus, daß nur geringe Verformungen an den Werkstücken auftreten, insbesondere an Fügestellen, an denen die Werkstücke aneinan­ dergefügt sind. Beim Diffusionsfügen entstehen metallische Verbindungen zwischen den Werkstücken insbesondere durch thermisch aktivierte Festphasen- und/oder Flüssigphasen- Reaktionen. Die aneinandergefügten Werkstücke sind an ihren Fügestellen thermisch und mechanisch hoch belastbar. Eine ho­ he thermische und mechanische Belastbarkeit ist insbesondere durch Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe erreichbar. In der EP 0 278 030 B1 ist beschrieben, daß bei einer Zerreiß­ probe von mittels Diffusionsfügens aneinandergefügten Werk­ stücken diese Werkstücke an einer anderen Stelle als der Fü­ gestelle auseinandergerissen wurden. Die Fügestelle kann so­ mit eine höhere mechanische Festigkeit als das ursprüngliche Werkstück aufweisen.

Ein Vorteil des Diffusionsfügens bei einer hohen Fügetempera­ tur liegt unter anderem darin, daß sämtliche Komponenten auf in etwa dieselbe Fügetemperatur erwärmt werden, wodurch in den Komponenten sowie an Fügestellen erhöhte Eigenspannungen, beispielsweise durch starke lokale Temperaturgradienten, ver­ mieden werden. Somit kann eine thermische Nachbehandlung weitgehend vermieden werden.

Mit dem Diffusionsfügen können darüber hinaus in einem einzi­ gen Arbeitsschritt viele Komponenten des Leitapparates anein­ andergefügt werden, beispielsweise zu einer Hälfte des Leitapparates.

Günstigerweise werden Oberflächen von mittels Diffusionsfü­ gens aneinander zufügenden Komponenten vor dem Fügevorgang gereinigt und zueinander passend bereitgestellt.

Vorteilhafterweise ist die Fügetemperatur so hoch, daß zumin­ dest eine Komponente vergütet werden kann. Unter einer Vergü­ tung wird im folgenden eine Wärmebehandlung eines Stahls be­ zeichnet, bei der ein möglichst festes, insbesondere schwing­ festes Gefüge erzeugt werden soll. Dazu wird der Stahl auf eine hohe Temperatur erwärmt, so daß er austenitisch wird und ein feinkörniges Gefüge erhält. Der Stahl wird anschließend gehärtet, beispielsweise durch ein Abschrecken, und liegt nach dem Härten als Martensit vor. Dieser martensitische Stahl wird in der Regel direkt im Anschluß an das Härten auf eine Anlaßtemperatur erwärmt und für einige Zeit auf dieser Temperatur gehalten. Die Fügetemperatur ist daher günstiger­ weise so hoch, daß zumindest eine Komponente als Austenit vorliegt. Dadurch können ein weiterer Arbeitsgang sowie zu­ sätzliche Arbeitsvorrichtungen eingespart werden.

Es ist günstig, zwischen zwei benachbarte Komponenten einen Zusatzwerkstoff einzufügen. Die Verwendung eines Zusatzwerk­ stoffes, unter Umständen auch mehrerer Zusatzwerkstoffe, kann bewirken, daß

• a) eine Auflösung vorhandener Oxidschichten, die eine Diffu­ sion von Atomen aus einer Komponente in die andere Komponente verhindern können, beschleunigt wird,
• b) der Zusatzwerkstoff als eine duktile Zwischenlage ein stoffschlüssiges Aneinanderfügen von Komponenten mit rauhen Oberflächen gewährleistet,
• c) im Vergleich zum Diffusionsfügen, bei dem die Komponente in direkten Kontakt treten, eine niedrigere Fügetemperatur möglich ist,
• d) Unterschiede in thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Komponenten ausgeglichen werden und
• e) spröde Verbindungen zwischen den Komponenten vermieden werden, insbesondere wenn die Komponenten Metalle oder Metallegierungen aufweisen, die bei direktem Kontakt zur Bil­ dung spröder intermetallischer Verbindungen neigen.

Der Zusatzwerkstoff kann unter anderem in Form eines Pulvers, einer Folie oder eines dünnen Bleches zwischen die Komponen­ ten eingebracht werden. Er kann aber auch als dünne Schicht jeweils direkt auf die aneinanderzufügenden Komponenten, bei­ spielsweise mittels Aufsprühens oder Plattierens, aufgetragen werden.

Günstigerweise weist der Zusatzwerkstoff Nickel auf, insbe­ sondere ist er ein Nickellot. Lote, die Nickel aufweisen, eignen sich besonders bei hohen Fügetemperaturen zur Herstel­ lung thermisch stabiler Verbindungen.

Es ist vorteilhaft, daß der Zusatzwerkstoff einen Schmelz punkt hat, der unterhalb der Fügetemperatur liegt. Der Zu­ satzwerkstoff ist somit bei der Fügetemperatur flüssig, was dazu beiträgt, daß Oxidschichten, die die Komponenten umge­ ben, beseitigt werden und eine Entstehung neuer Oxidschichten weitgehend verhindert wird. Darüber hinaus bewirkt ein flüs­ siger Zusatzwerkstoff, daß beim Diffusionsfügen geringere An­ preßdrücke benötigt werden als dies der Fall ist, wenn die Komponenten direkt in Kontakt gebracht werden. Ein flüssiger Zusatzwerkstoff kann zudem eine gleichmäßige und großflächige Benetzung der aneinander zu fügenden Komponenten bewirken, wodurch das Diffusionsfügen begünstigt wird.

Für eine hohe Temperaturbeständigkeit der aneinandergefügten Komponenten beträgt die Fügetemperatur günstigerweise etwa 1100°C. Dadurch wird zusätzlich die Vergütung von Komponen­ ten gefördert.

Vorteilhafterweise wird das Diffusionsfügen in einem Ofen durchgeführt, wodurch eine etwa gleichmäßige Erwärmung der Komponenten gewährleistet ist. Darüber hinaus ist in einem Ofen eine Regulierung der Temperatur sowie die Einstellung einer Zeitdauer für das Diffusionsfügen besonders einfach möglich.

Besonders günstig ist es, das Diffusionsfügen unter Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre durchzuführen, wodurch unter anderem ein erneutes Entstehen von Oxidschichten sowie eine Ablagerung von Verunreinigungen an Fügestellen zwischen den Komponenten vermieden werden.

Zur Vergütung zumindest einer Komponente des Leitapparates ist es vorteilhaft, nach dem Diffusionsfügen die Komponenten abzuschrecken, wodurch eine Härtung des Stahls der Komponente erreicht werden kann. Das Abschrecken erfolgt dadurch, daß die Komponente, die auf die Fügetemperatur erwärmt wurde, an­ nähernd schlagartig von einem Inertgas mit deutlich niedrige­ rer Temperatur umspült wird, wodurch eine Abkühlung der Kom­ ponente in einer kurzen Zeit erfolgt. Das Abschrecken mit ei­ nem Inertgas, insbesondere Stickstoff, verhindert außerdem eine unerwünschte Oxidation der Komponenten.

Für die Vergütung, d. h. um ein besonders schwingfestes Gefüge des zumindest für eine Komponente verwendeten Stahls zu er­ zielen, ist es weiterhin günstig, die Komponenten nach dem Diffusionsfügen auf eine Anlaßtemperatur zu erwärmen. Eine Anlaßtemperatur von etwa 500°C eignet sich dazu, ein bis zu einer Temperatur von etwa 450°C schwingfestes Gefüge zu er­ zielen.

Ein Leitapparat für eine Turbine besteht günstigerweise aus einem Stahl, welcher bei der Betriebstemperatur der Turbine und gegenüber den in der Turbine auftretenden Schwingungen beständig ist. Vorteilhafterweise besteht daher zumindest ei­ ne Komponente des Leitapparates aus einem vergütbaren Stahl, da durch eine Vergütung des Stahles ein festes, insbesondere schwingfestes Gefüge erreicht wird.

In Hinblick auf die Durchführung des Verfahrens wird erfin­ dungsgemäß eine Vorrichtung mit Mitteln zur Positionierung und zur Halterung der Komponenten angegeben. Mit den Mitteln zur Positionierung werden die Komponenten zueinander passend positioniert und vor und während des Diffusionsfügens in ei­ ner der Positionierung entsprechenden Form gehaltert. Dabei ist es günstig, wenn die Komponenten beim Diffusionsfügen leicht gegeneinander gedrückt werden, da dies eine Entstehung einer festen stoffschlüssigen Verbindung unterstützt. Mit den Mitteln zur Positionierung ist eine spielfreie Positionierung der Komponenten erreichbar. Zudem verhindern die Mittel ein unerwünschtes Verrutschen der Komponenten während des Diffu­ sionsfügens.

Die Mittel zur Positionierung und Halterung der Komponenten, insbesondere Mittel mit einer elastischen Vorspannung, Ju­ stierschrauben oder Klemmkeile, können an einem Außendurch­ messer, an einem Innendurchmesser sowie an Stirnflächen der aneinanderzufügenden Komponenten angeordnet werden. Dadurch ist es möglich, die Komponenten, welche beispielsweise den gesamten Leitapparat ergeben, so anzuordnen, daß mittels Dif­ fusionsfügens in einem einzigen Arbeitsschritt der gesamte Leitapparat gefügt werden kann. Es ist mit der Vorrichtung ebenfalls möglich, einzelne Komponenten, beispielsweise ein Viertel eines Außenrings und ein Viertel der Leitschaufeln, zu positionieren und zu haltern. Dadurch kann der Leitapparat in mehreren Arbeitsschritten gefügt werden.

In einer Umgebung von Fügestellen, an denen die Komponenten mit einem Zusatzwerkstoff aneinandergefügt werden, weisen die Mittel, insbesondere eine Grundplatte, eine Stütze oder eine Gegenhalterungsplatte, günstigerweise Vertiefungen, insbeson­ dere Nuten, auf, so daß ein möglicherweise überschüssiger Teil des Zusatzwerkstoffes aufgenommen werden kann. Dadurch wird ein unerwünschtes, durch den überschüssigem Teil des Zu­ satzwerkstoffes bedingtes Aneinanderfügen der Mittel mit den Komponenten weitgehend vermieden.

Anhand der Zeichnung werden das Verfahren und die Vorrichtung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Leitapparat im Querschnitt, senkrecht zu einer Symmetrieachse,

Fig. 2 eine Vorrichtung und einen Leitapparat im Längs­ schnitt parallel zur Symmetrieachse,

Fig. 3 Leitschaufeln in einem Querschnitt in radialer Rich­ tung,

Fig. 4 eine Vorrichtung mit einem Leitapparat in einem Längsschnitt parallel zur Symmetrieachse und

Fig. 5 eine Vorrichtung mit einem Leitapparat im Querschnitt senkrecht zu einer Symmetrieachse.

In Fig. 1 bis Fig. 5 sind schematisch die für die Erläuterung wesentlichen Teile einer Vorrichtung bzw. eines Leitapparates dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen aneinandergefügten Leitapparat 5, insbeson­ dere einen Düsendeckel, im Querschnitt senkrecht zu einer Symmetrieachse 8, mit einem Innenring 2, einem Außenring 3 und Leitschaufeln 1, die zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 angeordnet sind. Mit dem Außenring 3 ist der Leitapparat 5 mit dem hier nicht gezeigten, Gehäuse einer Turbine verbunden, und der Innenring 2 umschließt eng die hier ebenfalls nicht gezeigte Welle der Turbine.

Fig. 2 zeigt einen Leitapparat 5 und eine Vorrichtung zum An­ einanderfügen der Komponenten 2, 3, 9 des Leitapparates 5 in einem Längsschnitt. Zwischen dem Außenring 3 und einem Leit­ schaufelsegment 9 sowie zwischen dem Leitschaufelsegment 9 und dem Innenring 2 ist jeweils ein Zusatzwerkstoff 4, ein Nickellot, angeordnet. Das Leitschaufelsegment 9 weist ein Innenband 14, ein Außenband 11 und zwischen Innenband 14 und Außenband 11 angeordnete Leitschaufeln 1 auf. Die Komponenten 2, 3, 9 lagern auf Halterungen 6 und werden durch weitere Hal­ terungen 10, sogenannte Gegenhalterungen, positioniert. An der Außenseite des Außenringes 3 sowie an der Innenseite des Innenringes 2 sind Mittel 7, nämlich Stellklemmen, angeord­ net, mit denen Kräfte F auf die Komponenten 2, 3, 9 übertragbar sind, wodurch die Komponenten 2, 3, 9 leicht gegeneinander ge­ drückt werden. Die Kräfte F können an unterschiedlichen Stel­ len der Vorrichtungen unterschiedliche Werte aufweisen.

Die Halterungen 6, 10 weisen in einer Umgebung des Zusatzwerk­ stoffes 4 Nuten 12 auf. Die Nuten 12 dienen zur Aufnahme ei­ nes möglicherweise überschüssigen Teiles des Zusatzwerkstof­ fes 4, um einem Aneinanderfügen der Halterungen 6, 10 mit den Komponenten 2, 3, 9 vorzubeugen.

Beim Diffusionsfügen fördert eine Kraft F, die einen leichten Druck der Komponenten 2, 3, 9 gegeneinander bewirkt, das Ent­ stehen metallischer Verbindungen, insbesondere zwischen den Komponenten 2, 3, 9 und dem Zusatzwerkstoff 4, wodurch feste, stoffschlüssige Verbindungen der Komponenten 2, 3, 9 unterein­ ander erzielbar sind.

Fig. 3 zeigt schematisch Leitschaufeln 1 im Querschnitt in ra­ dialer Richtung, die entlang eines Schnittes III-III (vgl. Fig. 2) aneinandergefügt sind. Die Leitschaufeln 1 sind so ge­ formt und angeordnet, daß zwei benachbarte Leitschaufeln 1 jeweils eine Düse bilden.

Fig. 4 zeigt schematisch in einem Längsschnitt einen Leitappa­ rat 5 und eine Vorrichtung zum Aneinanderfügen von Komponen­ ten 2, 3, 9 des Leitapparates 5. Die Vorrichtung weist Mittel 7, 15, 16 zur Positionierung und zur Halterung der Komponenten 2, 3, 9 auf. Die Komponenten 2, 3, 9 sind dabei auf einer kreis­ runden Grundplatte 15 angeordnet und gegen ein radiales Ver­ rutschen durch einen auf die Grundplatte 15 aufgesetzten und mit dieser fest verbundenen Haltering 16 gesichert. Die Grundplatte 15 weist Vertiefungen 12 auf. Mit Positionier­ schrauben 7 werden die Komponenten 2, 3, 9 darüber hinaus wäh­ rend des Diffusionsfügens gehaltert. Andere Mittel zur Posi­ tionierung, wie beispielsweise Klemmkeile, die zwischen dem Haltering 16 und dem Außenring 3 angeordnet sind, sowie ela­ stische Federn, die auf den Innenring drücken, können eben­ falls verwendet werden. Die Positionierschrauben 7 üben zudem eine Kraft auf die Komponenten 3 aus, so daß die Komponenten 2, 3, 9 leicht gegeneinander gedrückt werden. Zwischen dem Au­ ßenring 3 und dem Leitschaufelsegment 9 sowie zwischen dem Leitschaufelsegment 9 und dem Innenring 2 ist ein Zusatzwerk­ stoff 4, ein Nickellot, eingefügt. Die Vertiefungen 12 sind in einer Umgebung des Zusatzwerkstoffes 4 angeordnet, so daß überschüssiger Zusatzwerkstoff 4 von diesen aufgenommen wer­ den kann. Das Leitschaufelsegment 9 weist analog zu Fig. 2 ein Innenband 14, ein Außenband 11 und Leitschaufeln 1 auf.

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung und den Leitapparat 5, wie er in Fig. 4 dargestellt wurde. Weiterhin veranschaulicht Fig. 5 die Symmetrie des Leitapparates 5 bezüglich der Symmetrieachse 8. Der Außenring 3 sowie der Innenring 2 liegen jeweils in zwei gleichen Hälften vor, die durch einen Trennstoff 13 voneinan­ der getrennt sind. Weiterhin ist der Trennstoff 13 entlang einer Halbierungslinie 17 zwischen Leitschaufelsegmente 9 eingebracht. Bei Durchführung des Verfahrens erhält man somit in einem einzigen Arbeitsgang zwei fest und stoffschlüssig gefügte Hälften, die paßgenau den gesamten Leitapparat 5 er­ geben.

Das Verfahren zeichnet sich unter anderem dadurch aus, daß in einem einzigen Arbeitsschritt viele Komponenten eines Leit­ apparates einer Turbine, insbesondere einer Gleichdrucktur­ bine, miteinander verbunden werden. Die Komponenten, insbe­ sondere ein Außenring, ein Innenring und Leitschaufeln, wer­ den dabei mittels Diffusionsfügens bei einer hohen Fügetempe­ ratur fest und stoffschlüssig aneinandergefügt. Eine mechani­ sche und/oder thermische Nachbehandlung der Komponenten ist weitgehend überflüssig, da bei dem Diffusionsfügen allenfalls geringe Verformungen und niedrige Eigenspannungen auftreten. Durch die hohe Fügetemperatur kann zudem eine Vergütung der Komponenten durchgeführt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Leitapparates (5) einer Turbine aus einer Mehrzahl von Komponenten (1, 2, 3, 9), die mittels Diffusionsfügens in einem Arbeitsschritt gefügt wer­ den, wobei
der Leitapparat (5) einen Innenring (2), einen Außenring (3) und zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) anzuord­ nende Leitschaufeln (1) hat, die zwischen einem Innenband (11) und einem Außenband (14) angeordnet und jeweils zu einem Leitschaufelsegment (9) zusammengefaßt sind, und
sämtliche Komponenten (1, 2, 3, 9) den Leitapparat (5) formend zueinander passend positioniert werden, so daß die Leitschau­ feln (1) mit dem Innenband (11) mit dem Innenring (2) sowie mit dem Außenband (14) mit dem Außenring (3) in Kontakt ge­ bracht werden, und in dieser Form gehaltert sowie gemeinsam auf eine hohe Fügetemperatur erwärmt und gefügt werden.

2. Verfahren zur Herstellung eines Leitapparates (5) einer Turbine aus einer Mehrzahl von Komponenten (1, 2, 3, 9), die mittels Diffusionsfügens in einem Arbeitsschritt gefügt wer­ den, wobei
sämtliche Komponenten (1, 2, 3, 9) den Leitapparat (5) formend zueinander passend positioniert und in dieser Form gehaltert sowie gemeinsam auf eine hohe Fügetemperatur erwärmt und ge­ fügt werden,
wobei zwischen den Komponenten (1, 2, 3, 9), die sich entlang einer den Leitapparat (5) in zwei Hälften teilenden Halbie­ rungslinie (17) gegenüberliegend angeordnet sind, ein Trenn­ stoff (13) so eingebracht wird, daß diese Komponenten (1, 2, 3, 9) nach dem Diffusionsfügen weiterhin unverbunden sind und der gesamte Leitapparat (5) aus zwei zueinander paßgenau­ en Hälften besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Leitapparat (5) einen Innenring (2), einen Außenring (3) und zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) anzuordnende Leitschaufeln (1) hat, die zwischen einem Innenband (11) und einem Außenband (14) angeordnet und jeweils zu einem Leitschaufelsegment (9) zu­ sammengefaßt sind, und die mit dem Innenband (11) an den In­ nenring (2) sowie mit dem Außenband (14) an den Außenring (3) gefügt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei der Fügetemperatur zumindest eine Komponente (1, 2, 3, 9) als Austenit vorliegt und die Komponenten (1, 2, 3, 9) nach dem Diffusionsfügen mittels eines Inertgases, insbesondere Stick­ stoff, abgeschreckt und auf eine Anlaßtemperatur, insbesonde­ re von etwa 500°C, angelassen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen benachbarte Komponenten (1, 2, 3, 9), zwischen denen kein Trennstoff (13) eingebracht wird, ein Zusatzwerkstoff (4) eingebracht wird, der einen Schmelzpunkt unterhalb der Fügetemperatur hat.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, welche Mittel (6, 7, 10, 15, 16) zur Halterung und Positionie­ rung der Komponenten (1, 2, 3, 9) hat, die eine Grundplatte (15) umfassen, auf welcher die Komponenten (1, 2, 3, 9) positionier­ bar sind und in welcher in einer Umgebung einer mit einem Zu­ satzwerkstoff (4) versehenen Fügestelle zweier benachbarter Komponenten (1, 2, 3, 9) eine Vertiefung (12) zur Aufnahme eines eventuell überschüssigen Zusatzwerkstoffes (4) vorgesehen ist.