DE859838C

DE859838C - Maschinenbauteile aus keramischen Werkstoffen

Info

Publication number: DE859838C
Application number: DEM9105A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr-Ing Scharf
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1951-04-07
Filing date: 1951-04-07
Publication date: 1952-12-15

Description

Die Erfindung betrifft Maschinenbauteile aus keramischen Werkstoffen, insbesondere Schaufeln für Gasturbinen. Keramische Werkstoffe werden im Maschinenbau vornehmlich dort eingesetzt, wo zu den mechanischen Beahspruchungen noch solche hohe Temperaturen treten, die mit metallischen Werkstoffen nicht beherrscht werden können. Man ist hierbei bestrebt, die gegenüber der Raumtemperatur nur unwesentlich veränderte Festigkeit der keramischen Werkstoffe bei=den hohenTemperaturen praktisch auszuwerten. Dabei zwingt jedoch bei gewissen. Aufgabenstellungen, beispielsweise bei Turbinenschaufeln, die verhältnismäßig niedrige Eigenfestigkeit der keramischen Werkstoffe zur Ausschöpfung aller gestaltsfestigkeitstechnischen Möglichkeiten. Die besonderen Eigenschaften aller keramischen Werkstoffe, so insbesondere die Sprödigkeit und die Empfindlichkeit dieser Werkstoffe gegenüber Gestaltungsfragen, stellen den Konstrukteur vor die Aufgabe, diese Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit möglichst umfassend zu berücksichtigen. Die Hauptschwierigkeit besteht darin, daß jede kleine, beim Entwurf nicht erkannte oder unberücksichtigte Spannungsspitze in der Regel den Vollbruch des keramischen Bauteiles verursacht, wenn diese Spitze die Eigenfestigkeit des Werkstoffes überschreitet.
Es ist insbesondere bekannt, daß durch die Bearbeitung einzelner Flächen des keramischen Bauteiles, beispielsweise durch Schleifen, der vom Brennprozeß herrührende und jedem keramischen Werkstoff eigentümliche Eigenspannungszustand gestört und dadurch die Bauteilfestigkeit erheblich herabgesetzt wird: Die am meisten bruchgefährdeten Stellen eines angeschliffenen Werkstückes sind die Übergangsstellen zwischen der geschliffenen Fläche'und der unverletzten Brennhaut des Scherbens.
Da sich z. B. bei keramischen Turbinenschaufeln in der Regel eine Bearbeitung der Flächen am Schaufelfuß, mit denen die: Turbinenschaufel im Läufer abgestützt ist, nicht vermeiden läßt, wird erfindungsgemäß die Übergangsstelle zwischen der bearbeiteten Stützfläche und der nicht bearbeiteten Oberfläche des Schaufelfußes als Hohlkehle ausgebildet. Diese Hohlkehle am Übergang der beiden Flächen setzt den festigkeitsvermindernden Einfluß geschliffener Flächen in ganz besonderem Maße herab, wenn ihr Mittelpunkt bzw. ihre Mittelachse in der gleichen Ebene mit der geschliffenen Fläche oder zumindest in .deren Nähe liegt. Der Übergang zwischen der geschliffenen und der ungeschliffenen Fläche soll möglichst rechtwinklig sein. Die Schleifzugebe, die aus Gründen einer sicheren Einhaltung der Zeichnungsmaße bei den keramischen Werkstoffen wegen der durch den Herstellungsprozeß und durch die diesem Werkstoff eigentümlichen großen. Schwingungsunterschiede bedingten großen Maßtoleranzen unerläßlich ist, muß so. bemessen sein, daß nach dem Schleifen auf das vorgeschriebene Maß die Bedingung noch erfüllt ist, daß die Hohlkehlenmitbelpunkte nicht wesentlich. über der Ebene der geschliffenen Flächen liegen. Es kommt nämlich darauf an, da.ß die Druckkräfte, die an den bearbeiteten Flächen angreifen, normal eingeleitet und unbelastete Scherbenpartien neben der Kraftangriffsfläche vermieden werden. Die Gestaltungsvorschrift nach der Erfindung bezieht sich natürlich nicht nur auf keramische Turbinenschaufeln, sondern kann, auch bei anderen keramischen Maschinenbauteilen entsprechende Verwendung finden.
In der Zeichnung ist. ein Ausführungsbeispiel einer entsprechend der Erfindung gestalteten keram;i:schen Turbinenschaufel dargestellt.
Die Turbinenschaufel, die aus dem. Schaufelblatt r und dem Schaufelfuß z besteht, ist in die Nut 3 des im Teilschnitt dargestellten Turbinenläufers q. eingesetzt und stützt sich @an den Hauptsitzflächen 5 gegen den: Läufer q. ab.
Anschließend an die geschliffenen Sizflächen 5 ist die nicht bearbeitete Oberfläche des Schaufelfußes mit Hohlkehlen 8 versehen, bei denen die Mittelpunkte X der Abrundungskneise in der gleichen Ebene wie die betreffenden geschliffenen Sitzflächen 5 liegen. Die Hohlkehle muß nicht unbedingt eine zylindrische sein und ihre Mittelachse nicht ganz genant in der Ebene der Sitzfläche liegen. Wesentlich ist vor allem, daß die Druckkräfte P, die auf die Sitzflächen 5 einwirken, senkrecht in die Flächen eingeleitet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Maschinenbauteile aus keramischen Werkstoffen, insbesondere Schaufeln für Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den bearbeiteten Flächen und den nicht bearbeiteten Scherben Hohlkehlen vorgesehen sind. a. Maschinenbauteile nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkehlenflächen unbearbeitet sind. 3. Maschinenbauteile nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß ;die Mittelpunkte bzw. Mittellinien,-der Hohlkehlenflächen indergleichen Ebene wie die bearbeiteten Flächen oder in deren Nähe liegen.