DE7931821U1

DE7931821U1 - Turboschaufel mit einem matellkern und einem keramikblatt

Info

Publication number: DE7931821U1
Application number: DE19797931821
Authority: DE
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1979-11-10
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1982-03-18

Description

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Münöheri, 8* Möveiribei? 1979

Türboschäüfei ίήίΐί einem Me-ÜäÜkern
und einem Kerariixkblat-ii

Die Erfindung bezieht sich auf eine heißgasberührte Turbo- j schaufel mit einert Metallkern viiid einem Kerämikblätt*

Solche sogenannten metallkerngestützten Keramikschaufeln

sind in einer Vielzahl von Bauformen bekannt, wozu bei- ^

spielsweise auf die DE-PS 736 958 oc"sr die DE-PS 848 883 j

hingewiesen wird* üblicherweise stützt sich bei solchen j

Turboschaufeln das Kerämikschaüfelblatt radial nach j

außen auf einem innenliegenden Metallkern im Bereich der ]

Schaufelspitze ab -, um durch den Metallkern die auftre- \

tenden Fliehkräfte in die Rotorscheibe einzuleiten. Da "■

der abstützende Kopf des Metallkernes und üblicherweise ]

auch dessen Fuß einen größeren Querschnitt aufweisen muß J

als der freie Querschnitt des keramikschäüfelbiätts, I

kann das Keräiriikschäufelblatt weder von der Kopfseite %

hoch von der Fußsea.te des Metallkerhes her auf dxesen |

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aufgeschoben werden* Vielmehr muß entweder der Metäll" kern zweiteilig ausgeführt seih üder es muß durch riäöhtifägliche Formänderung des. Metällkerris der Kopf mit Verbreitertem Querschnitt angeformt werden/ was z* B* durch nachträgliches Änstäüchen,. durch einen Schfniedö-Vorgang oder durch Befestigung eines Kopfteils mittels eines Fügeverfährens wie Loten öder Schweißen möglich ist* In allen Fällen entstehen entweder in ihrer Qualität schwer kontrollierbare Verbindungen, die nicht genügend Bjiüchsicherheit aufweisen öder es muß die Gefahr einer Beschädigung des Keramikschaufelblätts bei der umformung des Metallkerns in Kauf genommen Werden* Ein weiteres Problem bei solchen Turboschaufeln mit Metallkern und Keramikblatt ist die Erzielung einer absolut gleichmäßigen Auflage des Kerämikblättes aiii Kopf des Metallkerns, die unbedingt gewährleistet sein muß, um örtliche Spannungsspitzen in der Keramik und da- | mit Bruchgefahr zu vermeiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine heißgasberührte Turboschaufel der gattungsgemäßen Art zu schaffen/ die einerseits.einfach herstellbar ist, andererseits für höchste Belastungen sowohl mechanischer als auch thermischer Art geeignet ist.

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2üif Lösung dieser" Aufgabe Wird erfihdUrigsgemäß vöifgesoiiiägeri/ daß der Metällkefn ürilösbäj? in das Keifämik-' blatt eingegossen ist*

Durch die erfindüiigsgemäße Aüsbildürig einer Türboßchaüfei wird erreicht/ daß eine absolut einwandfreie Auflage zwischen dem metallischen Schaüfelkern vorzugsweise dessen Kopf und dem Kerämikblätt besteht, da die Kontur des metallischen Schaüfelkerns im Schmelzfluß an ■ flie Kontur des Keramikblatts angepaßt ist^ Ein weiterer

Wesentlicher Vorteil, einer erfindüngsgemäß ausgebildeten Turboschaufel besteht darin, daß jegliche Gefahr einer Beschädigung des Kerämikblätts öder einer unsicheren Befestigung durch ein Fügeverfahren im Bereich des Schau-' . felkopfs vermieden wird* Es wird die erprobte Und bekannte Gießtechnologie in unveränderter Form eingesetzt, Was herstellungstechnisch von entscheidendem Vorteil ist. Ein weiterer Vorteil einer solcherart ausgebildeten Turboschaufel besteht.darin, daß durch die stärkere Schrumpfung des Metallkerns bei der Erstarrung und Abkühlung ein Spalt zwischen dem Keramikblatt und dem Metallkern entsteht, der zürithermischenalsoiatiohides Metällkerns von Vorteil ist. Schließlich ist es möglich, einfache Kühlicaiiäle in den metallischen Kern mit einzü-

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gießen/ s*ö daß die gesamte Kühlkönfiglirätiön eiiier aif^a firidUng§gemäßen Türböäähäüfel ohne ziUsätäliäileH Auf-Wand '· heifstellbäf ist*

llei einer bevörzügteri AüsfÜhifUngsförm einer erfindüngsgemäßen Türböschäüfei. ist zwischen Kefämikblätt und Metalikern eine thermische isoliefschicht hoher Elastin lität eingefügt. Eine solche isolierschicht vermindert äie Wärmeübertragung vom Schaufelblatt auf den Schaufelfcerri, indem vorzugsweise Wärmestfahlüng vom Blatt zum Schaüfelkern verhindert wird, indem jedoch auch zusätzlich eine verschlechterte Wärmeleitung stattfindet* Die hohe Elastizität der Isolierschicht dient dazu, Stoßbelastungen zwischen Schaufelblatt und Schaüfelkern aufzufangen.

Bevorzugte Keramikwerkstoffe für erfindungsgemäß aufgebaute Turboschaufeln sind Si^N^ heißgepreßt oder reaktionsgesintert, SiC oder Si infiltriertes SiC.

Bei der Auswahl des Materials für die Isolierschicht muß,darauf geachtet werden, daß zwischen der Isolierschicht und dem Kerandkblätt öder dem Metällkefn Während des Gießprözesses oder auch bei Betriebstemperatur

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keine chemischen Reaktionen auftreten. Vorzugsweise soll j

j deshalb die Isolierschicht eine filzartige Aufschlemmung ί aus Al₃O₃ oder aus ZrO-Fasern sein. Auch Schaumkeramik oder mit kleinen Hohlkugeln gefüllte Keramik ist bevorzugt anwendbar. Schließlich sind ganz allgemein schlecht wärmeleitende Keramiken., wie Aluminiumtitanat, Magnesium-Aluminiumsilikat oder Lithium-Aluminiumsilikat : als Isolierzwischenschicht geeignet. i

Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer vorstehend beschriebenen Turboschaufel und ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: '

a) das fertige, einen Ausschmelzkern mit der Kontur des j späteren Metallkernes umgebende Keramikblatt wird in eine Gießform eingebracht, oder es wird eine Gießform durch mehrfaches Tauchen des Teiles in einem kermaischen Schlicker auf dem Keramikblatt erzeugt,

b) der Ausschmelzkern wird ausgeschmolzen und der entstehende Hohlraum mit Metall ausgegossen.

Dabei kann die Herstellung des fertigen Keramikblattas entweder in der Weise erfolgen, daß das Keramikblatt zunächst als Hohlkörper vorhanden ist, in den der Ausschniölzwerkstoff in einer geeigneten Vorform eingegossen

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wird. Es kann jedoch auch der umgekehrte Weg gewählt werden, indem zunächst der Ausschmelzkern hergestellt wird und auf diesem dann etwa im Schlickergrußverfahren • das Keramikblatt.

Zur Herstellung einer Turboschaufel mit einer Isolierschicht zwischen dem Metallkern und dem Keramikblatt ist zwischen dem Ausschmelzkern und das Keramikblatt die Isolierschicht einzufügen. Diese bleibt beim Ausschmelzen des Ausschmelzkernes an der Innenwandung des Keramikblatts haften und wird so beim Einfüllen der Metallschmelze eingegossen.

Zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Turboschaufel ist in der beigefügten Zeichnung ein Längsschnitt einer solchen Schaufel dargestellt. Dabei ist das Keramikblatt der Schaufel mit 1 bezeichnet, der Metallkern mit einem verbreiterten Kopf und einem Tannenbaumfuß trägt das Bezugszeichen 3. Das Schaufelblatt 1 stützt sich radial nach außen am Kopf des Metallkernes 3 ab. Zwischen dem Keramikblatt 1 und dem Schaufelkern 3 ist eine Isolierschicht 5 eingegossen. Der Schaufelkern 3 weist Kühlkanäle 4 auf. Die komplette Schaufel ist in einer Feingußform 2 eingebettet dargestellt.

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MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, 8. November 1979

- /Ansprüche

1. Heißgasberührte Turboschaufel mit einem Metallkern und einem Keramikblatt, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern unlösbar in das Keramikblatt eingegossen ist.

2. Turboschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Keramikblatt und Metallkern eine thermische Isolierschicht (5) hoher Elastizität eingefügt ist.

3. Turboschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelblatt aus Si N., SiC oder Si infiltriertem SiC besteht.

4. Turboschaufel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet/ daß dne Isolierschicht eine filzartige Aufschlemmung aus Al₂O, ist.

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5. Turboschaufel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht eine filzartige Aufschlemmung aus ZrO-Fasern ist.

6. Turboschaufel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht Schaumkeramik oder mit kleinen Hohlkugeln gefüllte Keramik ist.

7. Turboschaufel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge-

j. . kennzeichnet, daß die Isolierschicht schlecht wärme-

f leitende Keramik wie Aluminiumtitanat, Magnesium-

I Aluminiumsilikat oder Lithium-Aluminiumsilikat ist.

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den Ansprüchen 1 oder 3, gekennzeichnet durch fol-I gende Verfahrensschritte:

a) das fertige, einen Ausschjrfelzkern mit der S" Kontur des späteren Me^iallkernes (3) umgebende Keramikblatet (1) wird in eine Gieß-

: "* "form (2) eingebracht, öder es wird eine GeUß-

< form durch menrfaches Tauchen des Teiles in

' einem keramischen Schlicker auf dem Keramikblatt

erzeugt,

b) aöx Ausschmelzkern wird ausgeschmolzen und der -ett4-s4 -

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