DE60105662T2

DE60105662T2 - Strömungsleitelement und Methode zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE60105662T2
Application number: DE60105662T
Authority: DE
Inventors: Michael John Holme; Jeffrey Charles Bishop
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2021-01-16
Also published as: US20010009642A1; EP1118763A2; EP1118763B1; US6557338B2; GB0001279D0; DE60105662D1; EP1118763A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsleitvorrichtung, beispielsweise auf eine Schubumkehrkaskade für ein Gasturbinentriebwerk, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Strömungsleitelement, beispielsweise ein Schubumkehr-Kaskadenelement für ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk.
Ein Schubumkehr-Kaskadenelement besteht allgemein aus wenigstens zwei Platten und mehreren Strömungsleitschaufeln. Mehrere Leitschaufeln erstrecken sich zwischen jedem Plattenpaar.
Es ist bekannt, Schubumkehr-Kaskadenelemente für Turbofan-Gasturbinentriebwerke durch Gießen der Schubumkehr-Kaskadenelemente aus geschmolzenem Aluminium oder geschmolzenem Magnesium herzustellen. Dieses Verfahren erfordert die Benutzung einer Form für jedes Schubumkehr-Kaskadenelement, und jedes Schubumkehr-Kaskadenelement kann aus einer Zahl unterschiedlicher Schubumkehrelemente bestehen, die unterschiedliche Formen erfordern. Auf diese Weise ist das Gießen von Schubumkehr-Kaskadenelementen kostspielig und zeitraubend, da verschiedene Formen hergestellt und das Metall bis zum Schmelzpunkt erwärmt und anschließend vergossen werden muss.
Es ist auch bekannt, Schubumkehr-Kaskadenelemente für Turbofan-Gasturbinentriebwerke durch Formen und Aushärten der Schubumkehrelemente aus Verbundstrukturen herzustellen, beispielsweise aus durch Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoffen. Dieses Verfahren erfordert auch die Benutzung einer Form für jedes Schubumkehr-Kaskadenelement und jedes Schubumkehr-Kaskadenelement kann aus mehreren unterschiedlichen Schubumkehrelementen bestehen, die unterschiedliche Formen erfordern. Demgemäß ist das Formen und Aushärten der Schubumkehr-Kaskadenelemente kostspielig und zeitraubend, da verschiedene Formen hergestellt werden müssen und da das Kunstharz erhitzt und ausgehärtet werden muss und weil die Kohlenstofffasern und Kunstharzmaterialien in der richtigen Dichte und Form sich verfestigen müssen. Die Schubumkehr-Kaskadenelemente, die aus Verbundstrukturen bestehen, haben keine ausreichende Festigkeit.
Die US-A-4030290 beschreibt die Herstellung einer Schubumkehrkaskade für Gasturbinentriebwerke, bei der die Metallblech-Leitschaufeln und Metallblech-Platten, beispielsweise aus Aluminium oder Titan, miteinander verbunden werden. Jede der Leitschaufeln wird dabei aus einem getrennten Metallblechstück gefertigt.
Die EP-A-0219889 beschreibt die Herstellung einer Schubumkehrkaskade für Gasturbinentriebwerke durch Herstellung eines metallischen Skelettrahmens und durch Formen und Aushärten einer Verbundstruktur, beispielsweise aus durch Kohlenstofffasern verstärktem Nylon rings um den metallischen Skelettrahmen.
Die US-A-4173307 beschreibt die Herstellung einer Schubumkehrkaskade für Gasturbinentriebwerke durch Anordnung langgestreckter Streifen, die sich quer zu den Schlitzen und durch die Schlitze mehrerer paralleler Platten hindurch derart erstrecken, dass jeder Streifen mehrere Leitschaufeln bildet.
Die US-A-3302554 beschreibt die Herstellung einer einstückigen Jalousieeinheit für eine Ventilationsvorrichtung durch Formen eines Metallblechstückes über einem Formkörper derart, dass die Jalousieabschnitte und die Querwandabschnitte integral sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Strömungsleitelement zu schaffen, welches die oben erwähnten Probleme vermindert und vorzugsweise diese Probleme löst.
Demgemäß schafft die Erfindung ein Strömungsleitelement, bestehend aus mehreren Platten und mehreren Strömungs-Leitschaufeln, von denen wenigstens eine Schaufel sich jeweils zwischen jedem Plattenpaar erstreckt, wobei die Platten aus Blechmaterial bestehen und ein einziges integrales Stück aus duktilem Blechmaterial die Strömungs-Leitschaufeln definiert, und das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial besitzt mehrere in Längsrichtung beabstandete Öffnungen und mehrere in Längsrichtung beabstandete Blechmaterialabschnitte zwischen den Öffnungen, und das duktile Blechmaterial weist Biegungen an mehreren in Längsrichtung beabstandeten Stellen derart auf, dass jeder Blechmaterialabschnitt eine der Strömungs-Leitschaufeln definiert.
Vorzugsweise erstrecken sich die Schaufeln zwischen jedem Plattenpaar.
Vorzugsweise weist das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial mehrere in Längsrichtung beabstandete Blechmaterialstreifen auf, von denen sich jeder in Längsrichtung zwischen einem Paar beabstandeter Blechmaterialabschnitte erstreckt, und jede in Längsrichtung beabstandete Öffnung wird zwischen zwei in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten und einem Paar von Blechmaterialstreifen definiert.
Vorzugsweise umfasst das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial mehrere in Querrichtung beabstandete Öffnungen, mehrere in Querrichtung beabstandete Blechmaterialabschnitte, mehrere in Längsrichtung verlaufende Schlitze zwischen den in Querrichtung beabstandeten Metallblechabschnitten und mehrere in Querrichtung verlaufende Stege in Längsrichtung zwischen den Schlitzen, wobei die Stege sich über wenigstens eine der Platten erstrecken und das duktile Blechmaterial an mehreren in Längsrichtung beabstandeten Stellen Biegungen derart aufweist, dass jeder Blechmaterialabschnitt eine der Strömungs-Leitschaufeln definiert.
Vorzugsweise besitzen die Platten mehrere Schlitze an einem ihrer Ränder, und die Stege lokaliseren die Schlitze in den Rändern der Platten.
Vorzugsweise besitzen die Platten mehrere in Längsrichtung beabstandete durchgehende Öffnungen, wobei jeder in Längsrichtung verlaufende Schlitz in dem duktilen Blechmaterial Vorsprünge an seinen Rändern aufweist, die in einer entsprechenden Öffnung in einer der Platten liegen.
Vorzugsweise besitzt jeder in Längsrichtung verlaufende Rand des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial wenigstens eine Drallverriegelung, und jede Drallverriegelung liegt in einer Öffnung in einer der Platten.
Vorzugsweise besitzt jeder in Längsrichtung verlaufende Rand des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial mehrere in Längsrichtung beabstandete Drallverriegelungen, und jede Drallverriegelung liegt in einer entsprechenden Öffnung der in Längsrichtung beabstandeten Öffnungen in einer der Platten.
Vorzugsweise erstreckt sich ein Paar von Endplatten quer zu den Platten und zu dem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial.
Vorzugsweise besitzt jedes quer verlaufende Ende des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial wenigstens eine Drallverriegelung, und jede Drallverriegelung liegt in einer Öffnung in einer der Endplatten.
Vorzugsweise weist jedes quer verlaufende Ende des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial mehrere Drallverriegelungen auf, und jede Drallverriegelung liegt in einer entsprechenden Öffnung einer der Öffnungen in einer der Endplatten.
Vorzugsweise besitzt jedes quer verlaufende Ende einer jeden Platte wenigstens eine Drallverriegelung, und jede Drallverriegelung liegt in einer Öffnung in einer der Endplatten.
Vorzugsweise besitzt jedes quer verlaufende Ende einer jeden Platte mehrere Drallverriegelungen, und jede Drallverriegelung liegt in einer entsprechenden Öffnung einer der Öffnungen in einer der Endplatten.
Vorzugsweise besteht das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial aus einem Metall, und noch zweckmäßigerweise besteht das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial aus Aluminium, Titan, aus weichem unlegiertem Stahl oder aus rostfreiem Stahl.
Vorzugsweise bestehen die Platten aus einem Metall, und noch besser bestehen die Platten aus Aluminium, Titan, einem weichen unlegierten Stahl oder einem rostfreien Stahl.
Vorzugsweise bestehen die Endplatten aus einem Metall, und noch besser bestehen die Platten aus Aluminium, Titan, einem weichen unlegierten Stahl oder einem rostfreien Stahl.
Vorzugsweise ist das Strömungsleitelement ein Schubumkehr-Kaskadenelement. Vorzugsweise weist eine Gasturbinentriebwerks-Schubumkehrvorrichtung eine oder mehrere Schubumkehr-Kaskadenelemente auf.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungsleitelementes, und das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

(a) es werden mehrere Platten geformt, und diese Platten werden aus Blechmaterial geformt,
(b) es werden mehrere in Längsrichtung beabstandete Öffnungen in einem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial ausgeformt, und es werden mehrere in Längsrichtung beabstandete Blechmaterialabschnitte zwischen die Öffnungen geformt, und es wird das duktile Blechmaterial an einer von mehreren in Längsrichtung beabstandeten Stellen gebogen,
(c) es wird das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial derart angeordnet, dass wenigstens eine Leitschaufel sich zwischen jedem Plattenpaar erstreckt und jeder Blechmaterialabschnitt eine der mehreren Strömungs-Leitschaufeln definiert.

Vorzugsweise umfasst der Schritt (c) die Anordnung des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial derart, dass mehrere Schaufeln sich zwischen jedem Plattenpaar erstrecken.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) die Erzeugung mehrerer in Längsrichtung beabstandeter Blechmaterialstreifen in dem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial, wobei jeder Blechmaterialstreifen sich in Längsrichtung zwischen einem Paar von in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten erstreckt und jede in Längsrichtung beabstandete Öffnung zwischen einem Paar von in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten und einem Paar von Blechmaterialstreifen definiert wird.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) die Erzeugung mehrerer in Querrichtung beabstandeter Öffnungen in einem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial, und es werden mehrere quer beabstandete Blechmaterialabschnitte geformt, und es werden mehrere in Längsrichtung verlaufende Schlitze zwischen den quer beabstandeten Blechmaterialabschnitten ausgebildet, und es werden mehrere quer verlaufende Stege in Längsrichtung zwischen den Schlitzen angeordnet, und es wird das duktile Blechmaterial an mehreren von in Längsrichtung beabstandeten Stellen derart gebogen, dass jeder Blechmaterialabschnitt eine der mehreren Strömungs-Leitschaufeln bildet, und der Schritt (c) umfasst die Anordnung der Stege derart, dass sie sich über wenigstens eine der Platten erstrecken.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (c) die Anordnung mehrerer Schlitze in einem der Ränder der Platten und die Anordnung eines jeden Steges in einem entsprechenden Schlitz in den Rändern der Platten.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (a) die Ausbildung von mehreren in Längsrichtung beabstandeten Öffnungen durch die Platten hindurch, der Schritt (b) umfasst die Erzeugung von Vorsprüngen am Rand eines jeden sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitzes im duktilen Blechmaterial, und der Schritt (c) umfasst die Anordnung der Vorsprünge in jeweils einer der Öffnungen in einer der Platten.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) die Erzeugung wenigstens einer Drallverriegelung an jedem in Längsrichtung verlaufenden Rand des einzigen integralen Stückes von duktilem Blechmaterial, und der Schritt (c) umfasst die Anordnung einer jeden Drallverriegelung in einer Öffnung in einer der Platten.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) die Erzeugung von mehreren in Längsrichtung beabstandeten Drallverriegelungen in jedem in Längsrichtung verlaufenden Rand des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial, und der Schritt (c) umfasst die Anordnung jeder Drallverriegelung in einer entsprechenden Öffnung in einer von mehreren in Längsrichtung beabstandeten Öffnungen in einer der Platten.
Vorzugsweise gibt es weitere Schritte, wobei der Schritt (d) die Erzeugung eines Paares von Endplatten umfasst und der Schritt (e) eine Anordnung der Endplatten in der Weise beinhaltet, dass sie sich quer zu den Platten und dem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial erstrecken.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) die Erzeugung wenigstens einer Drallverriegelung an jedem quer verlaufenden Ende des einzigen Materialstücks aus duktilem Blechmaterial, der Schritt (d) umfasst die Erzeugung einer Öffnung in einer der Endplatten, und der Schritt (e) umfasst die Anordnung jeder Drallverriegelung in einer Öffnung in einer der Endplatten.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) die Erzeugung von mehreren Drallverriegelungen in jedem quer verlaufenden Ende des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial, und der Schritt (d) umfasst die Erzeugung von mehreren Öffnungen in einer der Endplatten, und der Schritt (e) umfasst die Anordnung einer jeden Drallverriegelung in einer entsprechenden Öffnung der Öffnungen in einer der Endplatten.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (a) die Erzeugung von wenigstens einer Drallverriegelung in jedem quer verlaufenden Ende einer jeden Platte, und der Schritt (d) umfasst die Erzeugung von wenigstens einer Öffnung in jeder der Endplatten, und der Schritt (e) umfasst die Anordnung jeder Drallverriegelung in einer Öffnung in den Endplatten.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (a) die Erzeugung von mehreren Drallverriegelungen in jedem quer verlaufenden Ende einer jeden Platte, und der Schritt (d) umfasst die Erzeugung von mehreren Öffnungen in jeder der Endplatten, und der Schritt (e) umfasst die Anordnung jeder Drallverriegelung in jeweils einer der Öffnungen in den Endplatten.
Vorzugsweise wird das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial aus einem Metall hergestellt, und noch besser wird das einzige integrale Materialstück aus duktilem Blechmaterial aus Aluminium, Titan, weichem unlegiertem Stahl oder rostfreiem Stahl hergestellt.
Vorzugsweise werden die Platten aus einem Metall hergestellt, und noch besser werden die Platten aus Aluminium, Titan, einem weichen unlegierten Stahl oder einem rostfreien Stahl hergestellt.
Vorzugsweise werden die Endplatten aus einem Metall hergestellt, und noch besser werden die Endplatten aus Aluminium, Titan, einem weichen unlegierten Stahl oder aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) die Erzeugung der in Längsrichtung beabstandeten Öffnungen durch Einschneiden mit einem Laserstrahl. Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) die Erzeugung der quer beabstandeten Öffnungen durch Einschneiden mit einem Laserstrahl. Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) die Ausbildung der in Längsrichtung verlaufenden Schlitze durch Einschneiden mit einem Laserstrahl.
Vorzugsweise ist das Strömungsleitelement ein Schubumkehr-Kaskadenelement.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 zeigt ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk mit einer Schubumkehrvorrichtung, die ein Schubumkehr-Kaskadenelement gemäß der Erfindung aufweist;
2 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schubumkehr-Kaskadenelementes;
3 ist eine Schnittansicht durch das in 2 dargestellte Schubumkehr-Kaskadenelement, geschnitten parallel zu den in Längsrichtung verlaufenden Platten;
4 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A gemäß 3;
5 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine Draufsicht auf ein einziges integrales Stück aus duktilem Material, das die Leitschaufeln des Schubumkehrelementes bildet;
6 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine Platte, die eine in Längsrichtung verlaufende Platte des Schubumkehr-Kaskadenelementes bildet;
7 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine Ansicht einer Platte, die eine Endplatte des Schubumkehr-Kaskadenelementes bildet;
8 ist eine weitere perspektivische Ansicht eines ähnlichen erfindungsgemäß ausgebildeten Schubumkehr-Kaskadenelementes;
9 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine Ansicht der Drallverriegelung an einer in Längsrichtung verlaufenden Platte oder an dem einzigen integralen Stück aus duktilem Material;
10 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine Öffnung in einem Ende der Platte.
Ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk 10 gemäß 1 weist in axialer Strömungsrichtung hintereinander einen Einlass 12, einen Fanabschnitt 14, einen Kompressorabschnitt 16, einen Verbrennungsabschnitt 18, einen Turbinenabschnitt 20 und einen Kerndüsenauslass 22 auf. Der Turbinenabschnitt 20 umfasst eine nicht dargestellte Niederdruckturbine, die so angeordnet ist, dass sie einen nicht dargestellten Fan im Fanabschnitt 14 antreibt und eine nicht dargestellte Hochdruckturbine treibt einen nicht dargestellten Hochdruckkompressor im Kompressorabschnitt 16 an. Der Turbinenabschnitt 20 kann auch eine Zwischendruckturbine aufweisen, die einen Zwischendruckkompressor im Kompressorabschnitt 16 antreibt.
Um das Turbofan-Gasturbinentriebwerk 10 herum ist eine Gondel 24 angeordnet, die teilweise einen Fankanal 26 definiert. Die Gondel 24 weist eine Schubumkehrvorrichtung 27 auf, die so ausgebildet ist, dass die Gase im Fankanal 26 in Richtung stromauf gerichtet werden, um die Vorwärtsgeschwindigkeit eines nicht dargestellten Flugzeugs, das das Turbofan-Gasturbinentriebwerk 10 trägt, während des Landanflugs des Flugzeugs herabzusetzen.
Die Schubumkehrvorrichtung 27 besteht aus einem oder mehreren Schubumkehr-Kaskadenelementen 28, und jedes Schubumkehr-Kaskadenelement 28 bildet entweder einen vollständigen Kreis oder eine Ellipse oder einen Sektor eines Kreises oder einen Sektor einer Ellipse.
Jedes Schubumkehr-Kaskadenelement 28 besteht, wie in den 2 bis 4 und 8 dargestellt, aus mehreren parallelen sich in Längsrichtung erstreckenden Platten 30, einem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial 32 und zwei parallelen Endplatten 34. Die Endplatten 34 erstrecken sich im Wesentlichen quer und senkrecht zu den in Längsrichtung verlaufenden Platten 30. Mehrere Strömungs-Leitschaufeln 40 sind zwischen jedem Paar paralleler in Längsrichtung verlaufender Platten 30 angeordnet. Das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 bildet die zahlreichen Strömungs-Leitschaufeln 40 zwischen jedem Paar der sich in Längsrichtung erstreckenden Platten 30.
Das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 ist, wie aus 5 ersichtlich, mit mehreren in Längsrichtung beabstandeten Öffnungen 36 und mit mehreren in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten 38 zwischen den Öffnungen 36 versehen. Das duktile Blechmaterial 32 ist längs der Linien B, C, D, E, F, G, H und I an mehreren in Längsrichtung beabstandeten Stellen derart abgebogen, dass jeder Blechmaterialabschnitt 38 eine der zahlreichen Strömungs-Leitschaufeln 40 zwischen jedem Plattenpaar 30 bildet.
Das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 ist mit mehreren in Querrichtung beabstandeten Öffnungen 36 und mehreren in Querrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten 38 versehen. Mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Schlitze 42 sind zwischen den in Querrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten 38 vorgesehen, und mehrere sich in Querrichtung erstreckende Stege 44 sind in Längsrichtung zwischen den Schlitzen 42 vorgesehen. Die Stege 44 erstrecken sich über die Platten 30, und das duktile Blechmaterial wird längs der Linien B, C, D, E, F, G und H an mehreren in Längsrichtung beabstandeten Stellen derart gebogen, dass jeder Blechmaterialabschnitt 38 eine von mehreren Strömungs-Leitschaufeln 40 zwischen benachbarten Plattenpaaren 30 bildet.
Das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 ist mit mehreren in Längsrichtung verlaufenden Streifen 46 versehen. Jede Längsseite einer jeden Öffnung 36 besitzt einen Streifen 46, um die in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitte 38 miteinander zu verbinden. Die Stege 44 erstrecken sich in Querrichtung zwischen den Streifen 46 um in Querrichtung benachbarte Öffnungen 36 herum. Die Schlitze 42 sind auch zwischen den in Querrichtung verlaufenden Streifen 46 angeordnet. Der Rand 48 eines jeden Streifens 46, der einem benachbarten Streifen 46 gegenüberliegt, ist mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 50 versehen, die sich nach den Vorsprüngen 50 am benachbarten Streifen 46 erstrecken und in diesen eingreifen oder die von der jeweiligen Öffnung 36 vorstehen.
Die Längseneden 52 und 54 des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial 32 sind mit wenigstens einer Drallverriegelung 56 und vorzugsweise mit mehreren Drallverriegelungen 56 versehen, damit diese in Öffnungen 70 in den Endplatten 34 eingreifen können und das duktile Blechmaterial 32 an den Endplatten 34 festlegen.
Das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 weist außerdem mehrere Stege 98 auf, die sich in ihrer Dimension nach dem Rand des Schlitzes 42 verringern und in die Ränder der Schlitze 42 vertieft sind, um überschüssiges Material 100 entfernen zu können. Das überschüssige Material 100 ist außerdem mit mehreren geformten Passansätzen 102 versehen, die an vorbestimmten in Längsrichtung beabstandeten Stellen angeordnet sind, damit das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 passgenau in einer Presse angeordnet werden kann, um das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 zu biegen. Die Passansätze stimmen mit den Biegelinien B, C, D, E, F, G, H und I überein. Die Passansätze minimieren oder verhindern den kumulativen Aufbau von Toleranzen. Die Passansätze 102 sind abbrechbar und können entfernt werden, sobald die erforderlichen Biegungen hergestellt wurden. Dann wird das überschüssige Material 100 auf einmal von dem integralen Stück aus duktilem Material 32 entfernt, das bereits auf die erforderliche Gestalt gebogen ist.
Das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial besteht vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, Titan, rostfreiem Stahl, weichem unlegiertem Stahl usw.
Die Öffnungen 36, die Schlitze 42, die Stege 44, die Streifen 46, die Vorsprünge 50 und die Drallverriegelungen 56 werden vorzugsweise durch Ausschneiden des einzigen integralen Stückes aus duktilem Material 32 mittels eines Laserstrahls hergestellt.
Jede der Platten 30 besitzt, wie aus 6 ersichtlich, mehrere in Längsrichtung beabstandete Schlitze 58 an einem der Ränder 60, um die Stege 44 zwischen den Schlitzen 58 in den Rändern 60 der Platten 30 aufzunehmen. Jede der Platten 30 besitzt außerdem mehrere in Längsrichtung beabstandete durchgehende Öffnungen 62. Die Öffnungen 62 in den Platten 30 sind so dimensioniert und angeordnet, dass sie die Vorsprünge 50 der Streifen 46 des duktilen Blechmaterials 32 aufnehmen, wenn das duktile Blechmaterial 32 in seiner abgebogenen Lage gemäß 8 befindlich ist.
Die Längseneden 64 und 66 einer jeden Platte 30 besitzen wenigstens eine Drallverriegelung 68 und vorzugsweise mehrere Drallverriegelungen 68, um eine Festlegung in den Öffnungen 72 in den Endplatten 34 zu bewirken und um die Platten 30 an den Endplatten 34 festzulegen.
Die Platten 30 bestehen vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, Titan, rostfreiem Stahl, aus weichem unlegiertem Stahl usw.
Die Schlitze 58, die Öffnungen 62 und die Drallverriegelungen 68 werden vorzugsweise durch Schneiden der Platten 30 mit einem Laserstrahl gebildet.
Jede der Endplatten 34 ist, wie aus 7 ersichtlich, mit wenigstens einer Öffnung 70, jedoch vorzugsweise mit mehreren Öffnungen 70 ausgestattet, um Drallverriegelungen 56 an den Enden des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial 32 aufzunehmen, und es ist wenigstens eine Öffnung 72, vorzugsweise sind aber mehrere Öffnungen 72 vorgesehen, um Drallverriegelungen 68 an den Enden der Platten 30 aufzunehmen.
Die Endplatten 34 sind vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, Titan, rostfreiem Stahl, weichem unlegiertem Stahl usw. hergestellt.
Die Öffnungen 70 und 72 werden vorzugsweise durch Schneiden der Endplatten 34 mittels Laserstrahl hergestellt.
Die Drallverriegelungen 56 und 68 sind deutlicher aus 9 ersichtlich, und sie bestehen aus einem Vorsprung 82 am Rand des einzigen integralen Stückes aus duktilem Material 32 oder der Platte 30. Der Vorsprung 82 ist symmetrisch und um die Achse X verdrillbar. Zwei weitere kleine Vorsprünge 80, die sich in einem Abstand gleich der Dicke der Endplatte 34 erstrecken, sind an gegenüberliegenden Seiten des Vorsprungs 82 vorgesehen. Der Vorsprung 82 besitzt eine Wurzel 84, die sich zwischen den Vorsprüngen 80 in dem einzigen integralen Stück aus duktilem Material 32 oder der Platte 30 in einem vorbestimmten Abstand erstreckt, wo eine integrale Verbindung im Bereich 86 vorhanden ist. Es sind zwei Öffnungen 84 zur Entspannung vorgesehen und zwischen dem Vorsprung 82 und den Vorsprüngen 80 besteht ein Spiel 90.
Die Öffnungen 70 und 72 sind deutlicher aus 10 ersichtlich, und sie bestehen aus rechteckigen Schlitzen und Nebenschlitzen 92, die sich senkrecht von der Mitte des Schlitzes erstrecken. Die Nebenschlitze 92 besitzen Rampen, damit sich der Vorsprung 82 im Schlitz 70 oder 72 drehen kann und Sperrklinken 96 an den Enden der Nebenschlitze 92 ausgebildet werden, um den Vorsprung 82 an Ort und Stelle zu verriegeln.
Die Drallverriegelungen sind im Einzelnen in unserer internationalen Patentanmeldung PCT/GB99/02128 vom 2. Juli 1999 beschrieben, in der die Priorität aus der britischen Patentanmeldung 9815606.0 vom 18. Juli 1998 in Anspruch genommen ist.
Das Schubumkehr-Kaskadenelement wird hergestellt durch Formung der in Längsrichtung verlaufenden Platten 30 des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial 32 und den Endplatten 34. Die in Längsrichtung verlaufenden Platten 30 werden durch Erzeugung der Schlitze 58, der Öffnungen 62 und durch Bildung der Drallverriegelungen 68 hergestellt. Dies wird vorzugsweise durch Laserstrahlbearbeitung bewirkt. Das einzige integrale Stück aus duktilem Material 32 wird durch Erzeugung der Öffnungen 36, der Schlitze 42, der Stege 44, der Vorsprünge 50, der Drallverriegelungen 56, der Stege 98 und der Passansätze 102 hergestellt. Dies geschieht zweckmäßigerweise durch Laserstrahlbearbeitung. Die Endplatten 34 werden mit den Öffnungen 70 und 72 vorzugsweise durch Laserstrahlbearbeitung hergestellt.
Das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 wird längs der Linien B, C, D, E, F, G, H und I gebogen, um die Materialabschnitte 38 zu den Schaufeln 40 zu verformen. Die Biegung der Materialabschnitte 38 kann unter jedem geeigneten Winkel erfolgen, obgleich die Figuren einen Winkel von etwa 45° zeigen.
Dann werden die beiden überschüssigen Abschnitte 100 von dem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial 32 abgetrennt. Dann wird das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 gebogen, indem die Stege 44 geknickt werden, damit die in Längsrichtung verlaufenden Platten 30 in jedem der Schlitze 42 eingesteckt werden können. Das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial 32 wird dann in seine ursprüngliche Gestalt zurückgeführt, und die Stege liegen in den Schlitzen 58 und die Vorsprünge 50 liegen in den Öffnungen 62. Weitere in Längsrichtung verlaufende Platten 30 werden an den Längsrändern des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial 32 vorgesehen.
Schließlich werden die Endplatten an den Enden der in Längsrichtung verlaufenden Platten 30 und den Enden des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial 32 angeordnet. Die Drallverriegelungen 56 und 68 an dem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial 32 und die in Längsrichtung verlaufenden Platten 30, die in die Öffnungen 70 bzw. 72 in den Platten 34 einstehen, werden dann verdrillt, um den Aufbau zu sichern.
Die Erfindung schafft ein Schubumkehr-Kaskadenelement, das vollständig mechanisch fest verbunden ist und eine starre Konstruktion zur Lastverteilung über das Schubumkehr-Kaskadenelement bewirkt, wobei das Element dennoch relativ leicht von Gewicht ist.
Die Schubumkehrvorrichtung kann beispielsweise aus einem einzigen Schubumkehr-Kaskadenelement bestehen oder aus mehreren solchen Elementen und vorzugsweise aus zwei oder mehreren Schubumkehr-Kaskadenelementen zusammengesetzt sein.
Die Erfindung schafft die Möglichkeit, das Schubumkehr-Kaskadenelement auf einfache Weise mit unterschiedlichen Schaufelgrößen und/oder unterschiedlichen Schaufelwinkeln herzustellen. Die Erfindung schafft auch die Möglichkeit einer Anpassung der Konstruktion auf verschiedene Größen. Die Erfindung erfordert keine komplexen Werkzeuge oder Formen, und es ist lediglich ein Werkzeug erforderlich, um die Biegung des einen Stückes aus Blechmaterial zu bewirken. Dadurch wird es möglich, das Schubumkehr-Kaskadenelement in kürzerer Zeit und mit geringeren Kosten im Vergleich mit dem Stand der Technik herzustellen, und es kann das Schubumkehr-Kaskadenelement durch ungelernte Arbeiter zusammengesetzt werden.
Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem Schubumkehr-Kaskadenelement beschrieben, jedoch ist die Erfindung auch anwendbar auf andere Strömungsleitelemente bei einem Gasturbinentriebwerk und bei Strömungsleitelementen für andere Anwendungen. Das Strömungsleitelement kann beispielsweise vorgesehen werden, um eine Gasströmung oder eine Flüssigkeitsströmung zu richten.
Die Erfindung wurde vorstehend beschrieben unter Bezugnahme auf die Benutzung von Drallverriegelungen, jedoch können auch andere geeignete Befestigungsmittel benutzt werden, um die Metallblechteile miteinander zu verbinden.
Die Erfindung wurde vorstehend beschrieben unter Bezugnahme auf ein duktiles Blechmaterial mit einer Mehrzahl von in Querrichtung verlaufenden Öffnungen und einer Mehrzahl von in Längsrichtung verlaufenden Öffnungen. Es ist jedoch auch möglich, ein duktiles Blechmaterial zu verwenden, das nur mit mehreren in Längsrichtung beabstandeten Öffnungen versehen ist oder in Verbindung mit einem duktilen Blechmaterial, das nur mit in Querrichtung beabstandeten Öffnungen versehen ist.

Claims

Strömungsleitelement (28) welches vorzugsweise für eine Schubumkehrvorrichtung in einem Gasturbinentriebwerk benutzbar ist und aus mehreren Platten (30) und mehreren Strömungs-Leitschaufeln (40) besteht, wobei wenigstens eine Schaufel (40) sich zwischen jedem Plattenpaar (30, 34) erstreckt und die Platten (30) aus Blechmaterial bestehen und ein einziges integrales Stück aus duktilem Blechmaterial (32) die Strömungs-Leitschaufeln (40) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial (32) mehrere in Längsrichtung beabstandete Öffnungen (36) und mehrere in Längsrichtung beabstandete Materialabschnitte (38) zwischen den Öffnungen (36) aufweist und das duktile Blechmaterial (32) an mehreren in Längsrichtung beabstandeten Stellen (B, C, D, E, F, G, H, I) derart abgebogen ist, dass jeder Blechmaterialabschnitt (38) eine der Strömungs-Leitschaufeln (40) definiert.
Strömungsleitelement nach Anspruch 1, bei welchem mehrere Schaufeln (40) sich zwischen jedem Plattenpaar (30, 34) erstrecken.
Strömungsleitelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial (32) mehrere in Längsrichtung beabstandete Blechmaterialstreifen (46) aufweist und jeder Blechmaterialstreifen (46) sich in Längsrichtung zwischen zwei in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten (38) erstreckt und dass jede in Längsrichtung beabstandete Öffnung (36) zwischen einem Paar der in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitte (38) und einem Paar von Blechmaterialstreifen (46) definiert ist.
Strömungsleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial (32) mehrere in Querrichtung beabstandete Öffnungen (36), mehrere in Querrichtung beabstandete Blechmaterialabschnitte (38), mehrere in Längsrichtung verlaufende Schlitze (42) zwischen den in Querrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten (38) und mehrere quer verlaufende Stege (44) in Längsrichtung zwischen den Schlitzen (42) aufweist, wobei die Stege (44) sich wenigstens über eine der Platten (30) erstrecken und das duktile Blechmaterial (32) Biegungen an mehreren in Längsrichtung beabstandeten Stellen (B, C, D, E, F, G, H, I) derart aufweist, dass jeder Blechmaterialabschnitt (38) eine von mehreren Strömungs-Leitschaufeln (40) definiert.
Strömungsleitelement nach Anspruch 4, bei welchem die Platten (30) mehrere Schlitze (58) an einem ihrer Ränder (60) aufweisen und die Stege (44) in den Schlitzen (58) in den Rändern (60) der Platten (30) zu liegen kommen.
Strömungsleitelement nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei welchem die Platten (30) mehrere in Längsrichtung beabstandete durchgehende Öffnungen (62) aufweisen und jeder in Längsrichtung verlaufende Schlitz (42) in dem duktilen Blechmaterial (32) an seinen Rändern Vorsprünge (50) aufweist, die in einer der Öffnungen (62) in einer der Platten (30) zu liegen kommen.
Strömungsleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem der sich in Längsrichtung erstreckende Rand des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial (32) wenigstens eine Drallverriegelung aufweist und jede Drallverriegelung in einer Öffnung (62) in einer der Platten (30) zu liegen kommt.
Strömungsleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches zwei Endplatten (34) aufweist, die sich quer zu den Platten (30) und dem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial (32) erstrecken.
Strömungsleitelement nach Anspruch 8, bei welchem jedes sich in Querrichtung erstreckende Ende (52, 54) des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial (32) wenigstens eine Drallverriegelung (56) aufweist, wobei jede Drallverriegelung (56) in einer Öffnung (70) in einer der Endplatten (34) zu liegen kommt.
Strömungsleitelement nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei welchem jedes quer verlaufende Ende (64, 66) einer jeden Platte wenigstens eine Drallverriegelung (68) aufweist und jede Drallverriegelung (68) in einer Öffnung (72) in einer der Endplatten (34) zu liegen kommt.
Strömungsleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial (32) aus einem Metall besteht.
Strömungsleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Platten (30) aus einem Metall bestehen.
Strömungsleitelement nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welchem die Endplatten (34) aus einem Metall bestehen.
Strömungsleitelement nach Anspruch 11, Anspruch 12 oder Anspruch 13, bei welchem das Metall Aluminium, Titan, weicher unlegierter Stahl oder rostfreier Stahl ist.
Schubumkehrvorrichtung mit wenigstens einem Strömungsleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Gasturbinentriebwerk mit einer Schubumkehrvorrichtung gemäß Anspruch 15.
Verfahren zur Herstellung eines Strömungsleitelementes mit den folgenden Schritten: (a) es werden mehrere Platten (30) hergestellt, und diese Platten werden aus Blechmaterial gefertigt; (b) es werden mehrere in Längsrichtung beabstandete Öffnungen (36) in einem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial (32) hergestellt, und es werden mehrere in Längsrichtung beabstandete Blechmaterialabschnitte (38) zwischen den Öffnungen (36) gebildet, und es wird das duktile Blechmaterial (32) an mehreren in Längsrichtung beabstandeten Stellen (B, C, D, E, F, G, H, I) gebogen; (c) es wird das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial (32) derart angeordnet, dass wenigstens eine Schaufel (40) sich zwischen jedem Plattenpaar (30) erstreckt und jeder Blechmaterialabschnitt (38) eine von mehreren Strömungs-Leitschaufeln (40) definiert.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem im Schritt (c) ein einziges integrales Stück aus duktilem Blechmaterial (32) derart angeordnet wird, dass eine Mehrzahl von Leitschaufeln (40) sich zwischen jedem Paar von Platten (30) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, bei welchem der Schritt (b) die Erzeugung von mehreren in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialstreifen (46) in dem einzigen integralen Stück von duktilem Blechmaterial (32) umfasst und jeder Blechmaterialstreifen (46) sich in Längsrichtung zwischen zwei in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten (38) erstreckt, wobei jede der in Längsrichtung beabstandeten Öffnungen (36) zwischen zwei in Längsrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten (38) und einem Paar von Blechmaterialstreifen (46) definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem der Schritt (b) folgende Teilschritte umfasst: es werden mehrere in Querrichtung beabstandete Öffnungen (36) in dem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial (32) erzeugt; es werden mehrere in Querrichtung beabstandete Blechmaterialabschnitte (38) erzeugt; es werden mehrere in Längsrichtung verlaufende Schlitze (42) zwischen den in Querrichtung beabstandeten Blechmaterialabschnitten (38) erzeugt und es werden mehrere sich in Querrichtung erstreckende Stege (44) in Längsrichtung zwischen den Schlitzen (42) erzeugt; es wird das duktile Blechmaterial (32) an mehreren von in Längsrichtung beabstandeten Stellen (B, C, D, E, F, G, H, I) derart abgebogen, dass jeder Blechmaterialabschnitt (38) eine von mehreren Strömungs-Leitschaufeln (40) definiert und wobei der Schritt (c) die Anordnung der Stege (44) derart umfasst, dass sie sich über wenigstens eine der Platten (30) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem der Schritt (c) die Erzeugung von mehreren Schlitzen (58) in einem Rand (60) der Platten (30) umfasst, wobei jeder Steg (44) in jeweils einem der Schlitze (58) in den Rändern (60) der Platten (30) zu liegen kommt.
Verfahren nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, bei welchem der Schritt (a) die Erzeugung von mehreren in Längsrichtung beabstandeten Öffnungen (62) in den Platten (30) durchgehend umfasst, wobei der Schritt (b) die Erzeugung von Vorsprüngen (50) an den Rändern eines jeden in Längsrichtung verlaufenden Schlitzes (42) in dem duktilen Blechmaterial (32) umfasst und der Schritt (c) die Anordnung der Vorsprünge (50) in einer der Öffnungen (62) in einer der Platten (30) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei welchem der Schritt (b) die Erzeugung wenigstens einer Drallverriegelung an jedem in Längsrichtung verlaufenden Rand des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial (32) umfasst und im Schritt (c) jede Drallverriegelung in einer Öffnung (62) in einer der Platten (30) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23 mit dem zusätzlichen Schritt (d) der Erzeugung von zwei Endplatten (34) und dem zusätzlichen Schritt (e), bei dem die Endplatten (34) quer zu den Platten (30) und dem einzigen integralen Stück aus duktilem Blechmaterial (32) gefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem im Schritt (b) wenigstens eine Drallverriegelung (56) an jedem quer verlaufenden Ende (52, 54) des einzigen integralen Stückes aus duktilem Blechmaterial (32) ausgebildet wird, im Schritt (d) eine Öffnung (70) in jeder Endplatte (34) eingearbeitet wird und im Schritt (e) jede Drallverriegelung (56) in eine Öffnung (70) in einer der Endplatten (34) eingefügt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 24 oder 25, bei welchem im Schritt (a) wenigstens eine Drallverriegelung (68) an jedem quer verlaufenden Ende (64, 66) einer jeden Platte (30) angeformt wird, im Schritt (d) wenigstens eine Öffnung (72) in jeder der Endplatten (34) ausgebildet wird und im Schritt (e) jede Drallverriegelung (68) in eine Öffnung (72) in den Endplatten (34) eingefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, bei welchem das einzige integrale Stück aus duktilem Blechmaterial (32) aus einem Metall hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, bei welchem die Platten (30) aus einem Metall hergestellt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei welchem die Endplatten (34) aus einem Metall hergestellt sind.
Verfahren nach Anspruch 27, Anspruch 28 oder Anspruch 29, bei welchem das Metall Aluminium, Titan, ein weicher unlegierter Stahl oder rostfreier Stahl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 30, bei welchem im Schritt (b) die Öffnungen durch Einschneiden mittels eines Laserstrahls erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem der Schritt (b) die Erzeugung der in Längsrichtung verlaufenden Schlitze durch Einschneiden mittels eines Laserstrahls umfasst.