EP0602631A1 - Verfahren zur Herstellung eines Leitgitters für Turbomaschinen, insbesondere für Axialverdichter - Google Patents

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EP0602631A1
EP0602631A1 EP93120255A EP93120255A EP0602631A1 EP 0602631 A1 EP0602631 A1 EP 0602631A1 EP 93120255 A EP93120255 A EP 93120255A EP 93120255 A EP93120255 A EP 93120255A EP 0602631 A1 EP0602631 A1 EP 0602631A1
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EP
European Patent Office
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ring
end section
parts
blade
openings
Prior art date
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EP93120255A
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English (en)
French (fr)
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EP0602631B1 (de
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Siegfried Sikorski
Michael Schober
Reinhold Schönacher
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MTU Aero Engines GmbH
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F01D9/044—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators permanently, e.g. by welding, brazing, casting or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • Modern axial compressors require aerodynamically optimized, extremely slim blade profiles; attempts are being made in particular to manufacture the guide vanes of the axial guide vanes from a fiber-reinforced plastic; in addition to a reduction in weight, this has the advantage that a blade breakage caused in extreme cases does not cause any appreciable damage to subsequent, e.g. metallic rotor blades caused by hitting fragments.
  • the steps are essentially as follows: wrapping an outer housing ring with a layer of fiber-reinforced adhesive tape; Contribution distributed over the scope Cutouts in the openings in the outer housing ring; Cutting out the tape at the recesses; Inserting the blades with foot-like end parts into the recesses; Securing the blades in the recesses of the outer housing ring; machine incorporation of a circumferential recess in each of the foot-like end parts; extensive further tape winding through the circumferential recesses in the end parts.
  • the tape wound in the manner of a ring can be connected to the outer housing ring and to the foot-like end parts by a synthetic resin adhesive.
  • a complete dissolution of the blade / ring assembly is generally also required in the prior art with plastic blades if a combination of a radially outer and radially inner housing ring is provided, and in the case of blade damage that with a radially inner and radially outer base profile blade anchored between ring segments must be removed.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned and at least one device for carrying out, with which the fiber-reinforced plastic blades on the outer and / or inner ring can be fixed in a relatively simple and reliable manner so that the Attachment does not cause any subsequent material and strength impairments of the blade material and ring structures; furthermore, damaged blades should be easily exchangeable locally without lattice dismantling.
  • the task is primarily according to the procedure according to claim 1 solved according to the invention.
  • This arrangement allows a metallic outer ring to be made on the material side (wall thickness) and relatively weak in terms of strength and light weight. This applies all the more in connection with an outer ring made of a fiber-reinforced composite material (e.g. GRP or CFRP).
  • a fiber-reinforced composite material e.g. GRP or CFRP
  • the relevant end section of the guide vane which is optionally also provided with a longitudinal slot, so that at least two parts of the end section can be bent towards one another in the opposite direction as "flaps", is part of the vane which is prefabricated in this way; it can be, for example, jacket parts of the airfoil which protrude radially from the openings and which is made from wound fiber composite layers;
  • the end section can be a square component, manufactured together with the rest of the blade and thickened with respect to the blade, for example with its entire length, with which the blade initially sits loosely at the opening on the ring before the bending and fastening takes place. Subsequent processing operations of the plastic blade are advantageously eliminated, as is a plastic housing ring (groove cutouts), which practically does not damage the composite structure (Fiber splicing) cannot be realized.
  • the invention can be used in a so-called “inner ringless” guide vane; with comparatively simple blade assembly or disassembly, use with a guide vane with an outer and inner ring is also possible and advantageous; the blades are first pushed through the openings of the outer ring, for example, so that they are anchored to the inner blade ends on the inner ring in the axial and circumferential directions; the inner leaf end can engage in prefabricated recesses or pockets of the inner ring; the inner end of the sheet can alternatively be prefabricated with at least one recess with which the end of the sheet engages in radially projecting projections, pins or knobs of the inner ring, so that the end of the sheet sits completely flush and tightly locally on the inner ring.
  • the heating, bending already explained can then be carried out thereon and fixing the blade with the remaining end portion on the outer ring.
  • the invention for example according to FIGS. 1 to 3, can be used in the case of an axially flowable guide vane containing only one outer ring 1 or in the case of an axially flowable guide vane of an compressor stage of a gas turbine engine containing an outer and inner ring 1.10 (FIGS. 6 and 7) .
  • Outer and / or inner ring 1 or 10 can be held in a manner not shown axially and radially supported on outer or inner housing or stator structures;
  • the outer ring can also be part of the compressor housing.
  • the outer ring 1 (FIGS.
  • the end section 3 is prefabricated with a longitudinal slot 6 extending approximately in the longitudinal direction of the profile, through which the end section 3 is divided into at least two parts 4, 5 or "tabs"; Plates 8 can be integrated into the end section 3 produced during blade manufacture (FIG. 1), which support the deforming bend in the direction of arrow B by means of a deformation tool W which grips radially on the outside, centrally between the plates 8, or damage to the two parts 4, 5 should prevent.
  • the initially radially protruding parts 4, 5 of the end section 3 are heated and then — or thereafter — bent according to arrows B into the contour shown in dashed lines against the surface of the outer ring 1.
  • the parts 4, 5 can be bent around beads 9 or bead-like thickenings, each prefabricated along the openings 7 on the outer ring 1; these beads 9 enable a softly rounded bending of the parts 4, 5 and create relatively large seating and adhesive surfaces even with small blade spacings.
  • a self-adhesive connection of the parts 4,5 bent against the outer ring 1 can be produced by local heat supply.
  • a suitable adhesive can be used as a connecting means, e.g. a metal-containing plastic cement adhesive can be used.
  • a fastening of the bent parts 4, 5 with the outer ring 1 or with one another and with the outer ring 1 can be provided along the lines L1, L2 by riveting or screwing or the like.
  • the end section 3 embodies a schematically and perspectively represented fastening concept using an end section 3 of a guide vane 2 which is thickened in each case compared to the other airfoil profiling;
  • the end section 3 can have a square or rectangular cross section along its length; there is a straight extension of the end section 3 and the longitudinal slot 6 relative to the blade curvature and relative to the opening 7; in the starting contour shown with solid lines, the end section is at least partially seated at the opening 7 on the outer ring 1;
  • the end section 3 (FIG. 3) advantageously defines an exactly pre-positioned installation position of the guide vane 2.
  • FIG. 4 embodies a mutual overlap of the parts 4, 5 or bent in opposite directions from the longitudinal slot 6 per blade 2 from the longitudinal slot 6, which is possible over a relatively large area around the circumference of the ring, as shown in FIG. 3 "Rag".
  • each guide vane 2 is precisely pre-positioned on both sides before the deforming bending process of the parts 4, 5 of the end section 3.
  • the guide blade 2 can have a recess 13 on the side of its leaf profile facing away from the opening 7 (FIG. 6) in the outer ring 1, with which the blade 2 can be inserted into a corresponding projection 14 or pin or web or the like engages, which is arranged on the inner ring 10 radially projecting.
  • Fig. 6 more clearly compared to Fig. 1, the radially outer tool W with its two wedge surfaces W1, W2, the common tip for the bend in direction B increasingly deeper (arrow R) into the gap between the two sheet metal plates 8 can be inserted.
  • the first tool W can be replaced by a tool that actually works for the local attachment to the ring 1 required contouring is more clearly coordinated.
  • the supply of heat required for the bending of the parts 4, 5 and / or their fixing gluing can be generated, for example, by induction coils or electrical resistance heating spirals; in such or a comparable manner, however, the tool W itself and / or the plates 8 can also be heated or designed as a radiator.
  • the required local heating of components 4, 5 and / or 1 can also be generated by hair dryer-type hot air generators, with which e.g. at the same time differently directed hot air flows are caused.
  • the component heating required for the deforming bend and / or for the gluing can take place in a chamber in a vacuum or under pressure.
  • a chamber could consist of two shell-like or box-like complementary half-parts, which, with a portion of the outer ring 1 and the end portions 4, 5, are slipped over the ring portion on both sides and then hermetically sealed along their outer edges.
  • FIG. 6 that is to say in the case of an axial guide vane with an outer and inner ring 1, 10, it would be conceivable to equip the inner ring 10 with the blade filling openings 7 and the guide blades 2, in the sense of FIGS. 1 to 6, on the outside
  • the remaining fastening alternatives 11, 12 (FIG. 6) or 13, 14 (FIG. 7) then being applicable analogously with respect to the outer ring 1.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leitgitters für Turbomaschinen, insbesondere eines Leitgitters in Ringbauweise für Axialverdichter angegeben, mit aus faserverstärktem Kunststoff gefertigten Leitschaufeln (2), die in über dem Umfang verteilte Öffnungen (7) eines Ringes (1) eingesetzt und an einem Schaufelende mit dem Ring verbunden werden; dabei sollen die Leitschaufeln jeweils mit einem in Profillängsrichtung verlaufenden Endabschnitt (3) vorgefertigt werden, der nach dem Einsetzen der Leitschaufeln in die Öffnungen erwärmt, gegen die Ringoberfläche umgebogen und mit dem Ring verbunden wird. Z.B. kann eine selbstklebende Verbindung mit dem Ring oder eine Lösung der Verbindung durch Wärmezufuhr erfolgen, wobei der Ring aus einem Faser-Verbund-Werkstoff gefertigt ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Neuzeitliche Axialverdichter verlangen aerodynamisch optimierte, extrem schlanke Schaufelprofile; dabei versucht man, insbesondere die Leitschaufeln der axialen Leitgitter aus einem durch Fasern verstärkten Kunststoff zu fertigen; neben einer Gewichtsreduzierung hat dies den Vorteil, daß ein im Extremfall verursachter Schaufelbruch keine nennenswerten Schäden an nachfolgenden, z.B. metallischen Rotorschaufeln durch auftreffende Bruchstücke verursacht.
  • Bei einem aus der US-PS 3,393,436 bekannten Verfahren nach der eingangs genannten Art wird in Schritten im wesentlichen wie folgt vorgegangen: Umwickeln eines äußeren Gehäuserings mit einer Lage eines faserverstärkten Klebebands; Einbringung über dem Umfang verteilter Aussparungen an den Öffnungen im äußeren Gehäusering; Ausschneiden des Klebebands an den Aussparungen; Einsetzen der Schaufeln mit fußartigen Endteilen in die Aussparungen; Sicherung der Schaufeln in den Aussparungen des äußeren Gehäuserings; maschinelle Einarbeitung jeweils einer Umfangsaussparung in die fußartigen Endteile; umfängliche weitere Bandaufwicklung durch die Umfangsaussparungen in den Endteilen hindurch. Das in der Art eines Ringes aufgewickelte Band kann durch einen Kunstharzkleber mit dem äußeren Gehäusering und mit den fußartigen Endteilen verbunden werden. Die nachtägliche Einarbeitung der Aussparungen in die fußartigen Endteile führt zur einer festigkeitsmäßigen Schwächung und örtlichen Zerstörung der Fußmaterial- und Faserstruktur; für den Fall örtlicher Schaufelschäden muß die zu einem Ring gewickelte Bandage komplett gelöst und entfernt werden, um eine Schaufel oder gegebenenfalls eine Schaufelgruppe auswechseln zu können.
  • Eine komplette Auflösung des Schaufel-/Ringverbunds ist beim Stand der Technik mit Kunststoff-Schaufeln im allgemeinen auch denn erforderlich, wenn eine Kombination aus radial äußerem und radial innerem Gehäusering vorgesehen ist, und im Falle eines Schaufelschadens die mit radial innerem und radial äußerem Fußprofil kastenartig jeweils zwischen Ringsegmenten verankerte Schaufel herausgelöst werden muß.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach der eingangs genannten Art sowie mindestens eine Vorrichtung zur Durchführung anzugeben, mit dem bzw. der auf verhältnismäßig einfache und betriebssichere Weise faser-verstärkte Kunststoffschaufeln am Außen- und/oder Innenring so festlegbar sind, daß die Befestigung keine nachträglichen nennenwerten material- und festigkeitsmäßigen Beeinträchtigungen der Schaufelwerkstoff- und Ringstrukturen herbeiführt; ferner sollen beschädigte Schaufeln ohne Gitterzerlegung örtlich einfach austauschbar sein.
  • Die gestellte Aufgabe ist vorrangig gemäß dem Verahren nach Patentanspruch 1 erfindungsgemäß gelöst.
  • Im Wege der Erfindung ist lediglich der eine, z.B. radial äußere Ring, mit über dem Umfang gleichförmig verteilten Schlitz-Öffnungen vorzufertigen, die auf die jeweils maximale Blatt-Profillänge und - dicke abgestimmt sind; bei mit maximaler Blattlänge durch die Schlitz- Öffnung hindurchgeschobener Schaufel kann z.B. nur jeweils ein außen aus der Öffnung radial vorstehender, blattseitig vorgefertigter Endabschnitt jeweils in einer Richtung gegen die Ringoberfläche umgebogen werden; letzteres so, daß die umgebogenen Abschnitte, von Schaufel zu Schaufel, ein zusätzlich über dem Umfang radial verdicktes und versteifendes Ringprofil erzielen lassen; dies kann insbesondere auch in gegenseitig umgebogener und sich überlappender Anordnung von Teilen der Endabschnitte erreicht werden, die jeweils zu zwei am Umfang beabstandeten Schaufeln gehören. Durch dies Anordnung kann ein metallischer Außenring materialseitig (Wanddicke) und festigkeitsmäßig verhältnismäßig schwach und gewichtlich leicht ausgeführt werden. Dies gilt erst recht in Verbindung mit einem aus einem faser-verstärkten Verbundwerkstoff (z.B. GFK oder CFK) gefertigten Außenring.
  • Der betreffende Endabschnitt der Leitschaufel, der gegebenenfalls ferner mit einem Längsschlitz versehen ist, so daß zumindest zwei Teile des Endabschnitts als "Lappen" einander engegengerichtet umbiegbar sind, ist Bestandteil der in dieser Weise vorgefertigten Schaufel; es kann sich dabei z.B. um radial aus den Öffnungen vorstehende Mantelteile des Schaufelblatts handeln, das aus gewickelten Faserverbundlagen gefertigt ist; ferner kann es sich beim Endabschnitt um ein zusammen mit der übrigen Schaufel gefertigtes und gegenüber dem Schaufelblatt verdicktes, über seine Gesamtlänge hinweg z.B. quadratisches Bauteil handeln, mit dem die Schaufel zunächst lose an der Öffnung auf dem Ring aufsitzt, bevor die Umbiegung und Befestigung erfolgt. Vorteilhaft entfallen somit nachträgliche Abarbeitungsvorgänge der Kunststoffschaufel wie aber auch gegenbenenfalls eines Kunststoffgehäuserings (Nutausfräsungen), die praktisch ohne Beschädigungen der Verbundwerkstoffstruktur (Faseraufspleißung) nicht realisierbar sind.
  • Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, in einer oder mehreren Wärmebehandlungsphasen Umbiegung und Befestigung unmittelbar aufeinander folgen zu lassen; geht man davon aus, daß Schaufeln und Gehäusering aus dem praktisch gleichen oder einem zumindest gleichartigen Faser-Verbund-Werkstoff gefertigt sind, so kann zumindest mit dem abschließenden Umbiegevorgang die Verklebung der Materialpartner im Wege gegenseitiger Matrix-Werkstoff-Verschmelzung durchgeführt werden. Ein derartige, nach Aushärtung feste Klebeverbindung kann erfindungsgemäß äußerst rasch durch entsprechende Wärmezufuhr wieder gelöst werden, so daß eine beschädigte Schaufel von einer Seite aus der betreffenden Ringöffnung entfernt werden kann.
  • Je nach betrieblichen Anforderungen und insbesondere in Kombination mit eine Gehäusering aus einem metallischen Werkstoff kann eine leicht lösbare Schraub-, Bolzen- oder Nietverbindung der umgebogenen Schaufelteile mit dem Ring vorgesehen werden. Auch in diesem Fall sind Schaufeln einzeln lösbar, ohne die übrige Gitterstruktur auflösen zu müssen.
  • Die Erfindung kann bei einem sogenannten "innenringlosen" Leitgitter eingesetzt werden; bei vergleichsweise einfacher Schaufelmontage oder - demontage ist ferner der Einsatz bei einem Leitgitter mit Außen- und Innenring möglich und vorteilhaft; dabei werden zunächst die Schaufeln z.B. durch die Öffnungen des Außenringes hindurchgeschoben, so daß sie mit den inneren Blattenden am Innenring in axialer sowie Umfangsrichtung verankert werden; dabei kann das innere Blattende in vorgefertigte Ausnehmungen oder Taschen des Innenringes eingreifen; das innere Blattende kann alternativ mit mindestens einer Ausnehmung vorgefertigt sein, mit der das Blattende in darauf abgestimmte radial vorstehende Vorsprünge, Zapfen oder Noppen des Innenrings eingreift, so, daß das Blattende komplett flächenbündig und dicht örtlich auf dem Innenring aufsitzt. Hierauf kann dann die bereits erläuterte Erwärmung, Umbiegung und Festlegung der Schaufel mit dem übrigen Endabschnitt am Außenring erfolgen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 17; vorteilhafte Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den Patentansprüchen 18 bis 23.
  • Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigen:
    • Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel als quer zur Ringachse geschnitten verkörperter Abschnitt eines Außenringes des Leitgitters, die radial gegenüber der Öffnung im Ring vorstehende und die über Wülste umgebogene Position von Teilen des Endabschnitts der Schaufel verkörpernde Ansicht und mit die verformende Umbiegung unterstützenden Platten in einem Längsschlitz des Schaufelendabschnitts,
    Fig. 2
    ein zweites im Sinne der Fig. 1 geschnitten gezeichnetes Ausführungsbeispiel, unter Verdeutlichung einer wechselseitig einander entgegengerichteten Umbiegung mit sich überlappender Festlegung von Teilen der Endabschnitte mehrerer Schaufeln am Außenring,
    Fig. 3
    ein perspektivisch dargestellter Außenringabschnitt mit darin eingesetzter Leitschaufel, vorrangig von Fig. 1 und 2 durch die Verwendung eines gegenüber dem Schaufelblatt verdickten Endabschnitts abgewandelt, der nach dem Einsetzten der Schaufel zumindest teilweise auf der relativ stark gekrümmten Blattöffnung im Ring aufsitzt,
    Fig. 4
    die Draufsicht einer in die Zeichnungsebene projizierten Abwicklung eines Außenringabschnitts in Abwandlung vorrangig gegenüber Fig. 3 dadurch, daß eine vom Längsschlitz des jeweils zunächst radial vorstehenden, verdickten Endabschnitts ausgehende Verformung zwecks später sich überlappender Festlegung der Schaufeln am Außenring vorgesehen ist, und zwar großflächig mit nur jeweils zwei umgebogenen Teilen oder "Lappen" pro Schaufel,
    Fig. 5
    die Draufsicht einer in die Zeichnungsebene projizierten Abwicklung eines Außenringabschnitts mit abschnittsweise pro Schaufel umgebogenen und sich später überlappenden Teilen der jeweiligen Endabschnitte in sinngemäß Abstimmung auf Fig. 2,
    Fig. 6
    ein sinngemäß der Fig. 1 entsprechender Gitterschnitt, hier jedoch für ein Leitgitter mit Außen- und Innenring und in gegenüber Fig. 1 deutlicherer Kennzeichnung des Werkzeugangriffspunktes zwischen den Platten im Schlitz, radial außen sowie mit Blattverankerung am Innenring in erster Ausführung und
    Fig. 7.
    eine weitere innenringseitige Befestigungsalternative einer Leitschaufel.
  • Die Erfindung, z.B. nach Fig. 1 bis 3, kann bei einem nur einen Außenring 1 enthaltenden, axial durchströmbaren Leitgitter oder bei einem Außen- und Innenring 1,10 (Fig.6 und 7) enthaltenden axial durchströmbaren Leitgitter einer Verdichterstufe eines Gasturbinentriebwerks eingesetzt werden. Außen- und/oder Innenring 1 bzw. 10 können in nicht gezeigter Weise axial und radial sich abstützend an äußeren bzw. inneren Gehäuse- bzw. Statorstrukturen gehalten sein; z.B. kann der Außenring aber auch Bestandteil des Verdichtergehäuses sein. Grundsätzlich ist der Außenring 1 (Fig.1 bis 3) mit gleichförmig über dem Umfang verteilten Öffnungen 7 vorgefertigt; die von außen in die Öffnugne 7 einzusetzenden und durch diese in geforderter Blatthöhe hindurchzuschiebenden Leitschaufeln 2 sind mit einem für die späteren Befestigungsvorkehrungen vorbereiteten Endabschnitt 3 vorgefertigt; gemäß Fig. 1 bis 6 wird der Endabschnitt 3 mit einem sich etwa in Profillängsrichtung erstreckenden Längsschlitz 6 vorgefertigt, durch den der Endabschnitt 3 in mindestens zwei Teile 4,5 oder "Lappen" zergliedert wird; in den bei der Schaufelfertigung mitgefertigten Endabschnitt 3 können Platten 8 eingebunden werden (Fig. 1), die die verformende Umbiegung in Pfeilrichtung B durch ein radial außen, mittig zwischen die Platten 8 greifendes Verformungswerkzeug W untersützen bzw. eine Beschädigung der beiden Teile 4,5 verhindern sollen.
  • Für die Schaufelbefestigung werden die zunächst radial vorstehenden Teile 4,5 des Endabschnitt 3 erwärmt und dabei- oder danach- gemäß Pfeilen B in die gestrichelt angegebene Kontur gegen die Oberfläche des Außenringes 1 umgebogen. Gemäß Fig. 1 können die Teile 4,5 um jeweils entlang der Öffnungen 7 am Außenring 1 vorgefertigte Wülste 9 bzw. wulstartige Verdickungen umgebogen werden; diese Wülste 9 ermöglichen eine weich ausgerundete Umbiegung der Teile 4,5 und schaffen relativ große Sitz- und Haftflächen auch bei kleinen Schaufelabständen. Bei gleichem oder gleichartigen Faserverbundwerkstoff von Leitschaufeln 2 und Außenring 1 kann durch örtliche Wärmezufuhr eine selbstklebende Verbindung der gegen den Außenring 1 umgebogenen Teile 4,5 hergestellt werden. Insbeondere im Falle eines metallischen Außenringes 1 kann ein geeigneter Kleber als Verbindungsmittel, z.B. ein metallhaltiger Kunststoff-Zement-Kleber, verwendet werden. Ferner kann ausschließlich oder zusätzlich zu den genannten Klebungsmaßnahmen, z.B. entlang der Linien L1,L2 eine Befestigung der umgebogenen Teile 4,5 mit dem Außenring 1 bzw. untereinander und mit dem Außenring 1 (Fig. 2) durch Vernietung oder Verschraubung oder dergleichen vorgesehen werden.
  • Fig. 2 und 5 kennzeichnen eine Anordnung, bei der die zunächst radial vorstehenden Endabschnitte 3, in durch Längsschlitz 6 voneinander getrennten Teilen 4,5, "kammförmig" vorgefertigt werden; über die Schaufelprofillänge gesehen (Fig. 5) werden z.B. fortlaufend Teil 4 von der Saugseite aus nach rechts, Teil 5 von der Druckseite aus nach links, und so fort, umgebogen, so, daß sich die Teile 4,5 jeweils zweier in Umfangsrichtung benachbarter Leitschaufeln 2 überlappen. Die Linien P1,P2 kennzeichnen in Fig. 2 die Anordnung weiterer Leitschaufeln 2 am Außenring 1.
  • Fig. 3 verkörpert ein schematisch und perspektivisch dargestelltes Befestigungskonzept unter Anwendung eines gegenüber der übrigen Schaufelblattprofilierung jeweils verdickten Endabschnitts 3 einer Leitschaufel 2; der Endabschnitt 3 kann über seine Länge hinweg etwa einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen; dabei liegt eine relativ zur Schaufelkrümmung sowie relativ zur Öffnung 7 geradlinige Erstreckung des Endabschnitts 3 und des Längsschlitzes 6 vor; in der mit ausgezogenen Linien dargestellten Ausgangskontur sitzt der Endabschnitt zumindest teilweise an der Öffnung 7 auf dem Außenring 1 auf; vorteilhaft definiert der Endabschnitt 3 (Fig.3) ein exakt vorpositionierte Einbaulage der Leitschaufel 2.
  • Unter Berücksichtigung eines gegenüber Fig. 3 abweichenden Schaufelanstellwinkels sowie abweichender Profilgestaltung verkörpert Fig. 4 eine aus dem zu Fig. 3 dargelegten Grundprinzip mögliche, relativ großflächig am Ringumfang verteilte gegenseitige Überlappung der jeweils pro Schaufel 2 vom Längsschlitz 6 einander entgegengerichtet umgebogenen Teile 4,5 oder "Lappen".
  • In Verbindung mit Fig. 3 und 4 kann ebenfalls die zu Fig. 1 und 2 bereits erläuterte Klebe- und/oder mechanische Verbindung der umgebogenen Teile 4,5 mit dem Außenring 1 bzw. der Teile 4,5 untereinander sowie mit dem Außenring 1 vorgesehen werden.
  • Fig. 6 und 7 erläutern bei einem Leitgitter mit Außenring 1 und Innring 10 vorrangig Befestigungsalternativen. Gemäß Fig. 6 greift die von oben, außen über die Öffnung 7 durch den Außenring 1 hindurchgeschobene Schaufel 2 an ihrem übrigen freien Ende mit einem gegenüber dem Blattprofil dünneren Endteil 11 bzw. Vorsprung bzw. Zapfen bzw. Profilendteil in eine vorgefertigte korrespondierende Ausnehmung 12 des Innenringes 10 ein; auf diese Weise ist jede Leitschaufel 2 vor dem verformenden Biegevorgang der Teile 4,5 des Endabschnitts 3 beidseitig exakt vorpositioniert.
  • Gemäß der Alternative nach Fig. 7 kann die Leitschaufel 2 auf der von der Öffnung 7 (Fig.6) im Außenring 1 abgewandeten Seite ihres Blattprofils eine Ausnehmung 13 aufweisen, mit der die Schaufel 2 in einen korrespondierenden Vorsprung 14 oder Zapfen oder Steg oder dergleichen eingreift, der am Innenring 10 radial vorstehend angeordnet ist.
  • Die radial äußere Umbiegung und Festlegung der umgebogenen Teile 4,5 des Endabschnitts 3 der Leitschaufel 2 am Außenring 1 kann sinngemäß in bereits zu Fig. 1 erläuterter Art und Weise erfolgen.
  • Fig. 6 kennzeichnet deutlicher gegenüber Fig. 1 das radial außen angesetzte Werkzeug W mit seinen beiden Keilflächen W1,W2, deren gemeinsame Spitze für die Umbiegung in Richtung B zunehmend tiefer (Pfeil R) in den Spalt zwischen den beiden Blechplatten 8 einfahrbar ist. In Zwischenphasen oder zumindest für die abschließende Umbiegungsphase gegen den Außenring 1 - auch im Hinblick auf die Verwendung von Wülsten 9 (Fig. 1) - kann das erste Werkzeug W durch ein Werkzeug ersetzt werden, das auf die für die örtliche Befestigung am Ring 1 tatsächlich verlangte Konturierung deutlicher abgestimmt gestaltet ist.
  • Die für die Umbiegung der Teile 4,5 und/oder deren festlegende Verklebung erforderliche Wärmezufuhr kann z.B. durch Induktionsspulen oder elektrisch Widerstandsheizspiralen erzeugt werden; in derartiger oder vergleichbarer Weise können aber auch das Werkzeug W selbst und/oder die Platten 8 beheizt oder als Heizkörper ausgebildet sein.
  • Maschinell beweglich gehaltert oder von Hand kann die erforderliche örtliche Erwärmung der Bauteile 4,5 und/oder 1(Außenring) auch durch haartrockner-artige Heißluftgeneratoren erzeugt werden, mit denen z.B. gleichzeitig unterschiedlich gerichtete Heißluftströme hervorgerufen werden.
  • Die für die verformende Umbiegung und/oder für die Verklebung erforderliche Bauteilerwärmung kann in einer Kammer im Vakuum oder unter Druck erfolgen. Eine derartige Kammer könnte aus zwei schalen- oder kastenartigen komplementären Halbteilen bestehen, die unter Umfassung eines Abschnitts des Außenringes 1 und der Endteile 4,5 beidseitig über den Ringabschnitt gestülpt und dann entlang ihrer Außenränder hermetisch verschlossen werden.
  • Im Hinblick auf Fig. 6, also bei einem Axialleitgitter mit Außen- und Innenring 1,10, wäre es vorstellbar, den Innenring 10 mit den Schaufeleinfüll-Öffnungen 7 auszustatten und die Leitschaufeln 2, im Sinne der Fig. 1 bis 6, außen am Innenring 10 festzulegen, wobei die übrigen Befestigungsalternativen 11,12 (Fig.6) bzw. 13,14 (Fig.7) dann sinngemäß in Bezug auf den Außenring 1 anwendbar wären.
  • Sofern nicht schon ausdrücklich beansprucht, sind die zuvor beschriebenen und/oder zeichnerisch behandelten Merkmale ebenfalls Bestandteil der Erfindung.

Claims (23)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Leitgitters für Turbomaschinen, insbesondere eines Leitgitters in Ringbauweise für Axialverdichter, mit aus faserverstärktem Kunststoff gefertigten Leitschaufeln (2), die in über dem Umfang verteilte Öffnungen (7) eines Ringes (1) eingesetzt und an einem Schaufelende mit dem Ring (1) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (2) jeweils mit einem in Profillängsrichtung verlaufenden Endabschnitt (3) vorgefertigt werden, der nach dem Einsetzen der Leitschaufeln (2) in die Öffnungen (7) erwärmt, gegen die Ringoberfläche umgebogen und mit dem Ring (1) verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Teile (4,5) des Endabschnitts (3) nach Einschiebung der Schaufel in die Öffnung (7) in Umfangsrichtung einander entgegengerichtet gegen die Ringoberfläche umgebogen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitschaufel (2) mit einem vor dem Einsetzen der Schaufel in die Öffnung (7) des Ringes (1) durch einen Längsschlitz (6) in mindestens zwei Teile (4,5) zergliederten Endabschnitt (3) vorgefertigt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (2) mit einem zweiteiligen Blecheinsatz (8) im Längschlitz (6) des Endabschnitts (3) gefertigt werden , der vor dem Umbiegen entfernt oder als schützende Biegehilfe verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (3) derart gegenüber den vorgefertigten Öffnungen (7) im Ring (1) größer dimensioniert gefertigt wird, daß die betreffende Leitschaufel (2) zumindest teilweise mit dem Endabschnitt an der Öffnung (7) auf dem Ring aufsitzt.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) mit beiderseits einer Öffnung (7) enthaltenen wulstartigen Verdickungen (9) vorgefertigt wird, um die die Teile (4,5) des jeweiligen Schaufelabschnitts (3) am Ringumfang jeweils in einer oder in einer einander entgegengesetzten Richtung umgebogen werden.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweilige Teile (4,5) der Endabschnitte (3) von in Umfangsrichtung benachbarten Leitschaufeln (2) in sich überlappender Weise umgebogen und untereinander sowie mit dem Ring (1) verbunden werden.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere kammerartig radial an einer Öffnung (7) gegenüber der Ringoberfläche vorstehende, durch einen Längsschlitz (6) voneinander getrennte Teile (4,5) eines Endabschnitts (3) unter gleichzeitiger Schlitz- und Öffungsüberdeckung fortlaufend einander entgegengerichtet umgebogen werden.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Teile (4,5) eines Endabschnitts (3) aus vor dem Einsetzen in die Öffnungen (7) gefertigten Schaufelsegmenten oder -mantelteilen hergestellt werden.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitgitter aus zwei radial gleichförmig beabstandeten, koaxialen Ringen (1,10) gefertigt wird, von denen der eine, z.B. den Innenring (10), mit gleichförmig über dem Umfang verteilten Vorsprüngen (14) oder Aussparungen (12) vorgefertigt wird, an denen die durch den anderen, z.B. den Außenring (1), hindurchgeschobenen Leitschaufeln (2) mit ihrem jeweils übrigen freien Ende verankert werden.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der eine, die Öffnungen (7) enthaltende Ring (1) aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (2) und der zumindest eine Ring (1) des Leitgitters aus in eine Kunstharzmatrix eingebetteten Kohlenstoff- oder Glas- oder Keramik-Fasern oder aus einem insbesondere aromatisierten Poliimid (Kevlar R ) bestehenden Fasern oder aus Kombinationen genannter Faserarten gefertigt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharzmatrix ein Duroplast oder ein Duromerkunststoff oder ein Poliimidharz oder ein Epoxidharz verwendet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Endabschnitt (3) oder Teile (4,5) desselben bei örtlichen Wärmezufuhr umgebogen und mit dem einen Ring (1) oder untereinander und mit dem einen Ring (1) durch einen Kleber oder selbst-klebend durch Wärmezufuhr verbunden werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Endabschnitt (3) oder Teile (4,5) desselben durch örtliche Wärmezufuhr umgebogen und für sich allein oder in sich überlappender Anordnung zusätzlich mit dem die Öffnungen (7) enthaltenden einen Ring (1) durch Bolzen oder Niete oder eine Verschraubung verbunden werden.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (3) oder Teile (4,5) desselben nach der Umformung durch Bolzen oder Niete oder Verschraubungen mit dem die Öffnungen (7) enthaltenden Ring (1) verbunden werden.
  17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 sowie 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Schaufeln oder Schaufelgruppen durch Erwärmung der Klebeverbindung vom betreffenden Ring (1) gelöst werden.
  18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gekennzeichnet durch ein aufheizbares Verformungswerkzeug (W), das an einem druck-belasteten Führungsteil keilförmig spitz endende Abschnitte (W1,W2) aufweist und mit dem spitzen Ende, zwecks am Ring einander entgegengerichteter Umbiegung, in den offenen Längsschlitz (6) oder zwischen zwei Platten (8) am Schaufelendabschnitt einfahrbar angeordnet ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungswerkzeug mit einer elektrischen Heizvorrichtung ausgestattet ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Schlitz (6) eines Endabschnitts (3) einer Leitschaufel (2) eingesetzten Platten (8) Bestandteile einer elektro-induktiven Heizvorrichtung sind.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine föhnartige Heißlufteinrichtung zur Erwärmung mindestens eines Leitschaufelendabschnitts (3) und/oder des Verformungs- bzw. Biegewerkzeugs (W;8) vorgesehen ist.
  22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 14 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in einer beheizbaren Kammer im Vakuum oder unter Druck erfolgt.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erwärmung eine Druckkammer vorgesehen ist.
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