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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Formgesenk gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 (vergleiche beispielsweise US-A-5729901),
und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Superplastik-Formgesenk
zur Herstellung einer Laufschaufel oder einer Leitschaufel eines
Gasturbinentriebwerkes.
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Es
ist bekannt, eine Fanschaufel für
ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk durch Diffusions-Verschweißung aus
drei Titan-Werkstücken
zusammenzusetzen, um eine integrale Struktur herzustellen, und dann
ein inertes Gas in die integrale Struktur einzuleiten, um superplastisch
die integrale Struktur in ihre Endform zu überführen.
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Während des
superplastischen Formverfahrens werden die durch Diffusion verschweißten Titan-Werkstücke oder
der integrale Aufbau in einem superplastischen Formgesenk eingelegt
und auf die superplastische Formtemperatur erhitzt. Das superplastische
Formgesenk besitzt vertikale Schenkel, die sich von der oberen Formhälfte erstrecken
und an den Seiten der unteren Formhälfte anstoßen, um eine Verdrillung des
oben Formteils relativ zu dem unteren Formteil durch die Kontur
der Flächen
des Formgesenkes zu verhindern.
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Ein
Problem, das mit einem derartigen Formgesenk verknüpft ist,
besteht darin, dass die vertikalen Schenkel sich im Laufe der Zeit
deformieren, was zu einer Rissebildung und schließlich zu
einem Bruch der vertikalen Schenkel führen kann. Der obere Formgesenkbauteil
verdrillt sich um bis zu 16 mm gegenüber seiner Sollposition. Dies
bewirkt eine Deformation und Verbiegung der Formgesenkteile und eine
Deformation der Platten, auf der die Formgesenkteile ruhen. Die
Qualität
der superplastisch verformten Fanschaufeln verschlechtert sich mit
der Zeit kontinuierlich, aber dem wird entgegengewirkt, indem die
Berührungsflächen der
Formteile gerichtet werden, bis keine brauchbaren Fanschaufeln mehr erzeugt
werden können.
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Demgemäß liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges superplastisches
Formgesenk zu schaffen, durch das die oben erwähnten Probleme vermindert und
vorzugsweise gelöst
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung betrifft diese ein Formgesenk, bestehend aus einem ersten Formgesenkteil
und einem zweiten Formgesenkteil, wobei der erste Formgesenkteil
eine erste Formgestaltoberfläche
besitzt, und der zweite Formgesenkteil eine zweite Formgestaltoberfläche aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Formgesenkteil wenigstens
zwei Stützen
aufweist, und eine erste der wenigstens zwei Stützen an einer ersten Seite des
ersten Formgesenkteils und eine zweite Stütze der wenigstens zwei Stützen an
einer zweiten gegenüberliegenden
Seite des ersten Formgesenkteils angeordnet ist, und der zweite
Formgesenkteil wenigstens zwei Stützen aufweist, und eine erste
Stütze
der wenigstens zwei Stützen
an einer ersten Seite des zweiten Formgesenkteils angeordnet ist,
und eine zweite Stütze
der wenigstens zwei Stützen
an einer zweiten gegenüberliegenden
Seite des zweiten Formteils angeordnet ist, und die Stützen am
ersten Formgesenkteil auf den Stützen
des zweiten Formgesenkteils aufsetzbar sind, und die Stützen auf
den ersten und zweiten Formgesenkteilen Verriegelungsmittel aufweisen,
um eine Relativbewegung zwischen dem ersten Formgesenkteil und dem
zweiten Formgesenkteil zu verhindern.
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Vorzugsweise
weist der erste Formgesenkteil wenigstens zwei zusätzliche
Stützen
auf, und zwar befindet sich eine erste der wenigsten zwei zusätzlichen
Stützen
an einem ersten Ende des ersten Formgesenkteils, und eine zweite
Stütze
der wenigstens zwei zusätzlichen
Stützen
befindet sich an einem zweiten gegenüberliegenden Ende des ersten Formgesenkteils,
und der zweite Formgesenkteil besitzt wenigstens zwei zusätzliche
Stützen,
wobei eine erste der wenigstens zwei zusätzlichen Stützen an einem ersten Ende des
zweiten Formgesenkteils angeordnet ist, und eine zweite Stütze der
wenigstens zwei zusätzlichen
Stützen
an einem zweiten gegenüberliegenden
Ende des zweiten Formgesenkteils angeordnet ist, und die zusätzlichen
Stützen
des ersten Formgesenkteils auf den zusätzlichen Stützen des zweiten Formgesenkteils
aufsetzbar sind, wobei die zusätzlichen
Stützen
von ersten und zweiten Formgesenkteilen Verriegelungsmittel aufweisen,
um eine Relativbewegung zwischen dem ersten Formteil und dem zweiten
Formteil zu verhindern.
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Vorzugsweise
besitzt der erste Formgesenkteil wenigstens vier Stützen, und
zwei von den wenigstens vier Stützen
befinden sich auf einer ersten Seite des ersten Formgesenkteils,
und zwei weitere der wenigstens vier Stützen befinden sich an einer zweiten
gegenüberliegenden
Seite des ersten Formgesenkteils, wobei der zweite Formgesenkteil
ebenfalls wenigstens vier Stützen
aufweist, und zwei von den wenigstens vier Stützen an einer ersten Seite des
zweiten Formgesenkteils angeordnet sind, und zwei weitere der wenigstens
vier Stützen
an einer zweiten gegenüberliegenden
Seite des zweiten Formgesenkteils angeordnet sind, wobei die Stützen des
ersten Formgesenkteils auf den Stützen des zweiten Formgesenkteils
aufsetzbar sind, und die Stützen
von ersten und zweiten Formgesenkteilen Verriegelungsmittel aufweisen,
um eine Relativbewegung zwischen dem ersten Formgesenkteil und dem zweiten
Formgesenkteil zu verhindern.
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Vorzugsweise
ist eine der vier Stützen
des ersten Formgesenkteils an einer Ecke des ersten Formgesenkteils
angeordnet, und der zweite Formgesenkteil trägt eine der vier Stützen an
einer entsprechenden Ecke des zweiten Formgesenkteils.
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Vorzugsweise
ist der erste Formgesenkteil der obere Formgesenkteil, und der zweite
Formgesenkteil ist der untere Formgesenkteil.
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Vorzugsweise
verlaufen die Stützen
vertikal von dem entsprechenden Formgesenkteil, und jede Stütze besitzt
eine horizontale Fläche
und eine benachbarte Fläche,
im Winkel gegenüber
der horizontalen Fläche
angestellt, wobei die vertikalen Stützen des oberen Formteils auf
den vertikalen Stützen
des unteren Formteils aufsetzbar sind.
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Vorzugsweise
besitzen die horizontalen Flächen
der vertikalen Stützen
eine gleiche Flächenausdehnung.
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Vorzugsweise
besitzen die benachbarten Flächen
der vertikalen Stützen
die gleiche Flächenausdehnung.
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Vorzugsweise
haben die horizontalen Flächen
der zusätzlichen
vertikalen Stützen
die gleiche Flächenausdehnung.
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Vorzugsweise
haben die benachbarten Flächen
der zusätzlichen
vertikalen Stützen
die gleiche Flächenausdehnung.
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Vorzugsweise
ist das Formgesenk ein superplastisches Formgesenk oder ein Heißformgesenk.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der beiligenden Zeichnungen beschrieben. In der
Zeichnung zeigen:
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1 ist
eine perspektivische auseinandergezogene Darstellung eines erfindungsgemäßen superplastischen
Formgesenks.
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2 ist
eine Seitenansicht des in 1 dargestellten
Formgesenks.
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3 ist
eine Ansicht eines Endes des superplastischten Formgesenks gemäß 1.
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4 ist
eine Ansicht des anderen Endes des superplastischen Formgesenks
gemäß 1.
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Die 5 bis 11 zeigen
abgewandelte Ausführungsformen
von Stützen.
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Ein
superplastisches Formgesenk 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in den 1 bis 4 dargestellt.
Das superplastische Formgesenk 10 besteht aus einem oberen
Formgesenkteil 12 und einem unteren Formgesenkteil 14.
Der obere Formgesenkteil 12 besitzt eine obere gestaltete
Form-Oberfläche 16,
und der untere Formgesenkteil 14 besitzt eine untere gestaltete
Form-Oberfläche 18.
Der obere Formgesenkteil 12 besitzt vier Ecken 20, 22, 24 und 26,
und an jeder Ecke 20, 22, 24 und 26 des
oberen Formgesenkteils 12 ist jeweils eine vertikale Stütze 28, 30, 32 und 34 angeordnet.
Der untere Formgesenkteil 14 besitzt vier Ecken 36, 38, 40 und 42,
und an jeder Ecke 36, 38, 40 und 42 des
unteren Formgesenkteils 14 ist jeweils eine vertikale Stütze 44, 46, 48 und 50 angeordnet.
Jede vertikale Stütze 28, 30, 32, 34, 44, 46, 48 und 50 besitzt
eine horizontale Fläche 28A, 30A, 32A, 34A, 44A, 46A, 48A und 50A,
und jede vertikale Stütze 28, 30, 32, 34, 44, 46, 48 und 50 besitzt
eine benachbarte Fläche 28B, 30B, 32B, 34B, 44B, 46B, 48B und 50B,
die jeweils gegenüber
der horizontalen Fläche 28A, 30A, 32A, 34A, 44A, 46A, 48A und 50A im
Winkel angestellt sind. Die vertikalen Stützen 28, 30, 32 und 34 des
oberen Formgesenkteils 12 sind auf den vertikalen Stützen 44, 46, 48 und 50 des
unteren Formgesenkteils 14 aufsetzbar.
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Die
horizontalen Flächen 28A, 30A, 32A, 34A, 44A, 46A, 48A und 50A der
vertikalen Stützen 28, 30, 32, 34, 44, 46, 48 und 50 haben
eine gleiche Flächenausdehnung.
Die benachbarten Flächen 28B, 30B, 32B, 34B, 44B, 46B, 48B und 50B der vertikalen
Stützen 28, 30, 32, 34, 44, 46, 48 und 50 haben
eine gleiche Flächenausdehnung.
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Der
obere Formgesenkteil 12 besitzt zusätzliche vertikale Stützen 52 und 54 an
den gegenüberliegenden
Enden des oberen Formgesenkteils 12, und der untere Formgesenkteil 14 besitzt
zusätzliche vertikale
Stützen 56 und 58 an
gegenüberliegenden Enden
des unteren Formgesenkteils 14. Jede zusätzliche
vertikale Stütze 52, 54, 56 und 58 besitzt eine
horizontale Fläche 52A, 54A, 56A und 58A,
und jede zusätzliche
vertikale Stütze 52, 54, 56 und 58 besitzt
eine benachbarte Fläche 52B, 54B, 56B und 58B,
die im Winkel gegenüber
der horizontalen Fläche 52A, 54A, 56A und 58A angestellt
sind. Die zusätzlichen
vertikalen Stützen 52 und 54 des
oberen Formgesenkteils 12 sind auf den zusätzlichen
vertikalen Stützen 56 und 58 auf
dem unteren Formgesenkteil 14 aufsetzbar.
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Die
horizontalen Flächen 52A, 54A, 56A und 58A der
zusätzlichen
vertikalen Stützen 52, 54, 56 und 58 haben
eine gleiche Flächenausdehnung.
Die benachbarten Flächen 52B, 54B, 56B und 58B der zusätzlichen
vertikalen Stützen 52, 54, 56 und 58 haben
eine gleiche Flächenausdehnung.
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Dadurch,
dass die Flächenausdehnung
der horizontalen Flächen
und der im Winkel angestellten Flächen gleich ist, werden die
Belastungen gleichmäßig über den
Basisbereich des Formgesenks 10 verteilt.
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Jede
benachbarte, im Winkel angestellte Fläche hat eine minimale Flächenausdehnung
von etwa 5 cm × 12.5
cm = 62,5 cm–2 und
die benachbarten, im Winkel angestellten Flächen haben eine minimale Flächenausdehnung
von etwa 375 cm–2. Jede horizontale
Fläche
besitzt eine minimale Flächenausdehnung
von etwa 12,5 cm × 12,5
cm = 156,25 cm–2 und die horizontalen
Flächen
besitzen eine minimale Flächenausdehnung
von etwa 937,5 cm–2. Die im Winkel angestellten
Flächen
haben vorzugsweise eine gehärtete
Oberfläche
beispielsweise aus Stellit.
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Die
benachbarten Flächen 28B, 30B, 32B und 34B des
oberen Formgesenkteils 12 erstrecken sich von den horizontalen
Flächen 28A, 30A, 32A und 34A des
oberen Formgesenkteils 12 nach dem unteren Formgesenkteil 14 hin,
und insbesondere sind die benachbarten Flächen 28B, 30B, 32B und 34B so
angeordnet, dass sie auf den unteren Formgesenkteil 14 und
auf das Formgesenk 10 gerichtet sind. Die benachbarten
Flächen 44B, 46B, 48B und 50B am
unteren Formgesenkteil 14 erstrecken sich von den horizontalen
Flächen 44A, 46A, 48A und 50A des
unteren Formgesenkteils 14 von dem oberen Formgesenkteil 12 weg,
und insbesondere sind benachbarte Flächen 44B, 46B, 48B und 50B so
angeordnet, dass sie von dem oberen Formgesenkteil 12 und
von dem Formgesenk 10 weggerichtet sind. Die benachbarten
Flächen 28B, 30B, 32B und 34B liegen
parallel zu den entsprechenden benachbarten Flächen 44B, 46B, 48B und 50B.
Die benachbarten Flächen 28B, 30B, 32B und 34B weisen
demgemäß nach den
entsprechenden benachbarten Flächen 44B, 46B, 48B und 50B.
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In
gleicher Weise erstrecken sich die benachbarten Flächen 52B und 54B auf
dem oberen Formgesenkteil 12 von den horizontalen Flächen 52A und 54A des
oberen Formgesenkteils 12 weg nach dem unteren Formgesenkteil 14,
und insbesondere sind die benachbarten Flächen 52B und 54B so angeordnet,
dass sie auf den unteren Formgesenk-Teil 14 und nach der
Form 10 hin gerichtet sind. Die benachbarten Flächen 56B und 58B auf
dem unteren Formgesenkteil 14 erstrecken sich von den horizontalen
Flächen 56A und 58A des
unteren Formgesenkteils 14 vom oberen Formgesenkteil 12 weg und
insbesondere sind die benachbarten Flächen 56B und 58B so
angeordnet, dass sie von dem oberen Formgesenkteil 12 und
von dem Formgesenk 10 weg gerichtet sind. Die benachbarten
Flächen 52B und 54B liegen
parallel zu den entsprechenden benachbarten Flächen 56B und 58B.
Die benachbarten Flächen 52B und 54B weisen
demgemäß nach den entsprechenden
benachbarten Flächen 56B und 58B.
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Bei
der Benutzung wird eine integrale Struktur bestehend aus einem diffusionsverschweißten Titanwerkstück in dem
superplastischen Formgesenk 10 eingelegt. Die oberen und
unteren gestalteten Formoberflächen 16 und 18 werden
verdrillt, um eine verdrillte Gestalt der integralen Struktur zu
schaffen, die aus dem diffusions-verschweißten Titanwerkstück besteht,
um beispielsweise eine verdrillte Form zu schaffen, die zur Erzeugung
einer Fanschaufel notwendig ist oder um eine Fanauslassleitschaufel zu
schaffen. Die oberen und unteren gestalteten Formoberflächen 16 und 18 erzeugen
seitliche Kräfte und
Verdrillungskräfte
T auf das Formgesenk 10. Den seitlichen und den Verdrillkräften T wirken
die benachbarten im Winkel angestellten Flächen 28B, 30B, 32B, 34B, 44B, 46B, 48B und 50B auf
den Stützen 28, 30, 32, 34, 44, 46, 48 und 50 des
oberen und unteren Formgesenkteils 12 und 14 entgegen.
Die benachbarten im Winkel angestellten Flächen 52B, 54B, 56B und 58B auf
den zusätzlichen
Stützen 52, 54, 56 und 58 widerstehen
einer Längsbewegung. Die
benachbarten im Winkel angestellten Flächen 28B, 30B, 32B, 34B, 44B, 46B, 48B, 50B, 52B, 56B und 58B bilden
Verriegelungsmittel, um eine Relativbewegung zwischen dem oberen
und unteren Formgesenkteil 12 bzw. 14 zu verhindern.
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Die
beiden vertikalen Stützen 28 und 32 sind an
diametral gegenüberliegenden
Ecken 20 und 24 am oberen Formgesenkteil 12 angeordnet,
und die beiden vertikalen Stützen 44 und 48 sind
an diametral gegenüberliegenden
Ecken 36 und 40 am unteren Formgesenkteil 14 angeordnet,
wobei die im Winkel angestellten Flächen in entgegengesetzten Richtungen
geneigt sind, wodurch den Verdrillkräften T entgegengewirkt wird.
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Der
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Verdrillung
der Teile vermindert und vorzugsweise verhindert wird, und so die
Stabilität
des Formgesenks, die Normgerechtigkeit des Formgesenks und die Lebensdauer
des Formgesenks verbessert werden. Auch werden die Platten gegen
Deformation geschützt.
Zusätzlich
wird die Qualität
der Fanschaufeln oder anderer Gegenstände, die durch das Formgesenk
erzeugt werden, verbessert.
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Es
kann möglich
sein, die vertikalen Stützen des
oberen und unteren Formgesenkteils des Formgesenks derart anzuordnen,
dass die benachbarten im Winkel angestellten Flächen der vertikalen Stützen sich
von den horizontalen Flächen
nach den oberen Formgesenk hin erstrecken, wie dies in 5 gezeigt
ist.
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Obgleich
die benachbarten, im Winkel angestellten Flächen der Stützen seitlich an den Stützen entfernt
von den Formgesenkteilen angeordnet sind, so ist es dennoch auch
möglich,
die benachbarten, im Winkel angestellten Flächen der Stützen auf die Seiten der Stützen benachbart
zu den Formgesenkteilen anzuordnen, wie dies in den 6 oder 7 gezeigt
ist. Stattdessen kann jede Stütze
zwei benachbarte, im Winkel angeordnete Flächen aufweisen, und zwar jeweils
eine auf der Seite der Stütze entfernt
von dem vom Gesenk und eine auf der Seite der Stütze benachbart zum Formgesenk,
wie dies in den 8, 9, 10 oder 11 dargestellt
ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ein Formgesenk
geschrieben, dass aus einem vertikal oberen und einem unteren Formgesenkteil
und vertikalen Stützen
gebildet ist. Die Erfindung ist jedoch auch in gleicher Weise anwendbar für ein Formgesenk,
dass horizontal angeordnete erste und zweite Formgesenkteile und
horizontale Stützen
aufweist. In diesem Fall besitzen die horizontalen Stützen vertikale
Flächen
und benachbarte, im Winkel angestellte Flächen. Natürlich könnten die Teile auch in anderen
Orientierungen angeordnet sein.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit einem superplastischen
Formgesenk geschrieben, sie kann jedoch auch in Verbindung mit einem
Heißformgesenk
oder einem anderen zweiteiligen Formgesenk benutzt werden.
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Die
Erfindung wurde in Verbindung mit zwei Stützen auf jeder Seite und einer
Stütze
an jedem Ende der Formteile beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, nur
eine Stütze
auf jeder Seite eines jeden Formgesenkteils vorzusehen. Noch zweckmäßiger kann
es möglicherweise
sein, eine Stütze
auf jeder Seite und eine Stütze
an jedem Ende eines jeden Formgesenkteils anzubringen.