EP0997549A1 - Method for producing components reinforced by long fibres - Google Patents
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- EP0997549A1 EP0997549A1 EP99118781A EP99118781A EP0997549A1 EP 0997549 A1 EP0997549 A1 EP 0997549A1 EP 99118781 A EP99118781 A EP 99118781A EP 99118781 A EP99118781 A EP 99118781A EP 0997549 A1 EP0997549 A1 EP 0997549A1
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- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
Definitions
- the invention relates to a method for manufacturing of a long fiber reinforced component that is a matrix material with at least one group embedded in it essentially coated with matrix material parallel long fibers.
- the fiber reinforcement material expediently consists of with a Fibers coated with matrix material; this has the advantage that neighboring fibers do not touch but rather from a material, the matrix material are surrounded.
- the matrix material Titanium based alloys are used while the fiber itself consists of silicon carbide (SiC).
- fiber is a monofiber meant, which consists of fiber material inside and has a coating of matrix material on the outside.
- DE 43 35 557 C1 describes a method for manufacturing known from long fiber reinforced components, in which in a workpiece made of, in particular, matrix material, a cavity is introduced, which is then by individual side by side and essentially parallel to each other running long fibers is filled. After encapsulation of the workpiece thus prepared or after closure the access to the cavity is hot isostatic Pressing process in which the workpiece is extremely exposed to high temperatures and pressures. Here the component or workpiece deforms because of the gaps closed between the individual fibers become. This is postprocessing in any case of the workpiece is required to ultimately Manufacture the component with the desired outer contour can. This post processing is usually very difficult and expensive.
- DE 29 15 412 C2 describes a method for manufacturing a molded body made of fiber-reinforced metal material known in which a prefabricated in a cavity Tube is used that is parallel to each other individual fibers is filled. But also with this well-known The disadvantage of this method is that the molded bodies provided with the fiber-filled tubes relatively strong during the hot isostatic pressing process Is exposed to shrinkage.
- the invention has for its object a method to manufacture a long fiber reinforced component create, with which the component without significant Manufacture post-treatments close to the contour and dimensionally stable leaves.
- This reinforcing element is prefabricated according to the invention and exists from the matrix material of the long fiber coating, in that the long fibers are embedded. This pre-made Reinforcing element is then with the component hot isostatically pressed.
- the component before hot isostatic pressing process its desired outer contour to rent.
- This can be used for neighboring work steps to be dispensed with.
- manufacturing techniques such as casting, Form milling or shell technology can be used which are much less expensive than in the case in which the component is only after the hot isostatic Pressing process is processed.
- Achieving advantage of the extremely low shrinkage of the hot isostatically pressed component makes it possible the component before the fiber reinforcement is introduced to give the desired outer contour, with manufacturing techniques for creating the component can be used with the desired outer contour, which are much cheaper than machining a fiber-reinforced workpiece, around this one to give the desired outer contour.
- the cavity due to spark erosion in particular or introduced by drilling from outside the component becomes. Drilling can be done on chemical or mechanical techniques can be used.
- the cavities extend straighter Lines and step on one side (blind hole formation) or on two opposite sides of the component (through hole) out of it.
- the matrix material without Fiber reinforced component is for example divided into two parts or these two Parts are manufactured separately, then to the component to be put together.
- the cavity will either introduced in one of the two or in both parts. In the latter case, the Cavity then through both component halves.
- the "access" to such a cavity can for example than along the adjacent interfaces of the component halves are viewed in an extended manner.
- the gas-tight closure of the access takes place in particular by electron beam welding. This welding technique can only be done in vacuum become. Exactly a vacuum is needed, however the remaining free spaces between the reinforcing element and to evacuate the rest of the component.
- Fig. 1 shows an example of a long fiber reinforced Component a fan blade 10 with a variety of rod-shaped long fiber reinforced reinforcement elements 12 (hereinafter referred to as fiber-reinforced rods) is provided.
- the fiber reinforced rods 12 extend itself from the blade tip 14 to the blade root 16 straight through the fan blade 10.
- the fiber-reinforced rods 12 are prefabricated Reinforcing elements in the fan blade Cavities 18 have been introduced and fill them in Completely manufactured state of the fan blade 10 completely out.
- FIG. 7 are in the material 20 of the fiber-reinforced rods 12th Long fibers 22 parallel to one another embedded (see also Fig. 2).
- these reinforcing elements 12 takes place, for example, in that the one Long fibers 22 coated with matrix material in a tube or tubes made of matrix material. Then that which is filled with long fibers 22 in this way Pipe after evacuation and gas-tight seal on its A hot isostatic pressing process for several hours at temperatures from 1000 ° C to Exposed to 1300 ° C and pressures from 150 MPa to 230 Mpa.
- This hot isostatic pressing process happens a fusion of the matrix material of the long fibers 22 with each other and the matrix material of the tube.
- the hot isostatic pressing process is a Reinforcing element 12 before that no voids has more; becomes such a reinforcing element 12 again a hot isostatic at a later time Pressing exposed, there is none Shrinkage or change in shape.
- a suitable Material for example the matrix material of the Coating of the long fibers 22 or a compatible one Material the fan blade 10 in the desired Shape.
- the fan blade 10 At the end of this manufacturing process is the fan blade 10 with its final Outer contour, but still the Fiber reinforcement is missing (see Fig. 3).
- the cavities are created 18 introduced into the fan blade 10.
- spark erosion technology or a mechanical or chemical drilling technique the part shown in Fig. 4 at 23 is said symbolize the workpiece required for the respective technology.
- the Cavities 18 the prefabricated fiber reinforced rods 12 introduced.
- the outside diameter is the fiber-reinforced rods 12 so on the inner diameter the cavities 18 turned off that the fiber-reinforced Allow rods 12 to slide into the cavities 18.
- Fig. 7 The situation after inserting the reinforcement elements 12 in the fan blade 10 and in front of the hot isostatic Pressing process is shown in Fig. 7.
- the Spaces 24 are shown in Fig. 7 for clarity shown larger than technologically necessary.
- Fig. 8 shows the situation after the hot isostatic Pressing process.
- the gaps are created by this pressing process 24 with matrix material 20 or the material the fan blade 10 filled, this Matrix material 20 with the material of the fan blade 10 intimately connects. Because the gaps 24 are extremely small hot isostatic pressing with the reinforcing elements 12 provided fan blade 10 to no significant shrinkage or changes in shape the fan blade 10 so that this their front the outer contour imparted to the hot isostatic pressing process maintains. This has the decisive advantage that after the hot isostatic pressing process there are no more Machining the fan blade needs to make this theirs To give outer contour.
- the outer contour of the fiber-reinforced component is already in the essentially at a time before the hot isostatic Pressing process is fixed. It can be used independently from fiber reinforcement other manufacturing techniques be used for the fan blade than those in which only after the hot isostatic pressing process Component receives its final outer contour. That's the way it is for example, the fan blade with your desired Outer contour in cast technique, shell technique or by milling. In any case here cheaper technology can be used, than when the fan blade has the final shape is awarded after the hot isostatic pressing process, since then only complex workpiece and surface processing techniques can be used.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines langfaserverstarkten Bauteils, das ein Matrixmaterial mit mindestens einer darin eingebetteten Gruppe von mit Matrixmaterial beschichteten im wesentlichen parallelen Langfasern aufweist.The invention relates to a method for manufacturing of a long fiber reinforced component that is a matrix material with at least one group embedded in it essentially coated with matrix material parallel long fibers.
Um Bauteilen bei geringerem Gewicht größere Stabilität zu verleihen, ist es grundsätzlich bekannt, in die Bauteile Fasern einzubetten. Je nach Wahl des Materials für die Faser werden auch die Temperaturausdehnung verringert und die Temperaturfestigkeit des derart faserverstärkten Bauteils erhöht. Das Faserverstärkungsmaterial besteht zweckmäßigerweise aus mit einem Matrixmaterial beschichteten Fasern; dies hat den Vorteil, daß sich benachbarte Fasern nicht berühren sondern vielmehr von einem Material, dem Matrixmaterial umgeben sind. Vorzugsweise werden als Matrixmaterial Titanbasis-Legierungen verwendet, während die Faser selbst aus Siliziumcarbid (SiC) besteht. Im Rahmen dieser Erfindung ist mit dem Begriff "Faser" eine Monofaser gemeint, die im Innern aus Fasermaterial besteht und außen eine Beschichtung aus Matrixmaterial aufweist.Greater stability for components with lower weight to lend it is generally known in the components Embed fibers. Depending on the choice of material for the fiber, the thermal expansion is also reduced and the temperature resistance of the fiber-reinforced Component increased. The fiber reinforcement material expediently consists of with a Fibers coated with matrix material; this has the advantage that neighboring fibers do not touch but rather from a material, the matrix material are surrounded. Preferably used as the matrix material Titanium based alloys are used while the fiber itself consists of silicon carbide (SiC). As part of this Invention with the term "fiber" is a monofiber meant, which consists of fiber material inside and has a coating of matrix material on the outside.
Aus DE 43 35 557 C1 ist ein Verfahren zum Herstellen von langfaserverstärkten Bauteilen bekannt, bei dem in ein Werkstück aus insbesondere Matrixmaterial ein Hohlraum eingebracht wird, der dann von einzelnen nebeneinanderliegenden und im wesentlichen zueinander parallel verlaufenden Langfasern ausgefüllt wird. Nach Kapselung des derart präparierten Werkstücks bzw. nach Verschluß des bzw. der Zugänge zum Hohlraum erfolgt ein heißisostatischer Preßvorgang, bei dem das Werkstück extrem hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt ist. Dabei verformt sich das Bauteil bzw. Werkstück, da die Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern geschlossen werden. Damit ist in jedem Fall eine Nachbearbeitung des Werkstücks erforderlich, um letztendlich dann das Bauteil mit der gewünschten Außenkontur herstellen zu können. Diese Nachbearbeitung ist in der Regel sehr schwierig und kostenintensiv.DE 43 35 557 C1 describes a method for manufacturing known from long fiber reinforced components, in which in a workpiece made of, in particular, matrix material, a cavity is introduced, which is then by individual side by side and essentially parallel to each other running long fibers is filled. After encapsulation of the workpiece thus prepared or after closure the access to the cavity is hot isostatic Pressing process in which the workpiece is extremely exposed to high temperatures and pressures. Here the component or workpiece deforms because of the gaps closed between the individual fibers become. This is postprocessing in any case of the workpiece is required to ultimately Manufacture the component with the desired outer contour can. This post processing is usually very difficult and expensive.
Aus DE 29 15 412 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus faserverstärktem Metallwerkstoff bekannt, bei dem in einen Hohlraum ein vorgefertigtes Röhrchen eingesetzt wird, das mit zueinander parallelen einzelnen Fasern gefüllt ist. Aber auch bei diesem bekannten Verfahren besteht der Nachteil darin, daß der mit den fasergefüllten Röhrchen versehene Formkörper beim heißisostatischen Preßvorgang relativ starken Schrumpfungen ausgesetzt ist.DE 29 15 412 C2 describes a method for manufacturing a molded body made of fiber-reinforced metal material known in which a prefabricated in a cavity Tube is used that is parallel to each other individual fibers is filled. But also with this well-known The disadvantage of this method is that the molded bodies provided with the fiber-filled tubes relatively strong during the hot isostatic pressing process Is exposed to shrinkage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines langfaserverstärkten Bauteils zu schaffen, mit dem sich das Bauteil ohne nennenswerte Nachbehandlungen konturnah und formstabil fertigen läßt.The invention has for its object a method to manufacture a long fiber reinforced component create, with which the component without significant Manufacture post-treatments close to the contour and dimensionally stable leaves.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines langfaserverstärkten Bauteils vorgeschlagen, das ein Matrixmaterial mit mindestens einer darin eingebetteten Gruppe von mit Matrixmaterial beschichteten im wesentlichen parallelen Langfasern aufweist, wobei bei dem Verfahren
- das Bauteil mit im wesentlichen der gewünschten Außenkontur aus insbesondere Matrixmaterial hergestellt wird,
- in dem so hergestellten Bauteil mindestens ein eine vorgebbare Form aufweisender Hohlraum ausgebildet wird, der von außerhalb des Bauteils zugänglich ist,
- in dem mindestens einen Hohlraum mindestens ein vorgefertigtes langfaserverstärktes Verstärkungselement eingebracht wird und
- das Bauteil mitsamt mit mindestens einen Verstärkungselement einem heißisostatischen Preßvorgang ausgesetzt wird.
- the component with essentially the desired outer contour is made of in particular matrix material,
- at least one cavity which has a predeterminable shape is formed in the component thus produced and is accessible from outside the component
- at least one prefabricated long fiber reinforced reinforcing element is introduced into the at least one cavity and
- the component together with at least one reinforcing element is subjected to a hot isostatic pressing process.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das faserzuverstärkende Bauteil zunächst mit der gewünschten Außenkontur aus einem insbesondere Metallwerkstoff, bei dem es sich vorzugsweise um das Matrixmaterial handelt, hergestellt. Anschließend wird in dieses bereits konturennah hergestellte und noch ohne Faserverstärkung versehene Bauteil mindestens ein Hohlraum eingebracht. Dieser Hohlraum ist von außerhalb des Bauteils zugänglich, um nämlich in ihn ein langfaserverstärktes Verstärkungselement einzubringen. Dieses Verstärkungselement ist erfindungsgemäß vorgefertigt und besteht aus dem Matrixmaterial der Langfaserbeschichtung, in das die Langfasern eingebettet sind. Dieses vorgefertigte Verstärkungselement wird dann mit dem Bauteil heißisostatisch verpreßt. Da sich nun die vor dem heißisostatischen Preßvorgang eventuell noch verbleibenden Hohlräume einzig und allein auf den sehr geringen Zwischenraum zwischen dem Verstärkungselement und dem Bauteil reduzieren, ist bei dem erfindungsgemäß hergestellten Bauteil nach dem heißisostatischen Preßvorgang kaum noch eine Formveränderung bzw. Schrumpfung des Bauteils zu beobachten. Damit bedarf es also insbesondere keiner Nachbearbeitung des Bauteils, um diesem die gewünschte Außenkontur zu verleihen. Eine Bearbeitung des Bauteils ist lediglich noch in den Bereichen des bzw. der Zugänge zu dem mindestens einen Hohlraum erforderlich. Denn bei dem heißisostatischen Preßvorgang muß das Bauteil bzw. die in ihm noch verbleibenden Frei- oder Zwischenräume evakuiert sein, damit diese Frei- bzw. Zwischenräume nach dem heißisostatischen Preßvorgang von Matrixmaterial bzw. Fasern ausgefüllt sind.In the method according to the invention, the fiber to be reinforced Component with the desired one Outer contour made of a metal material, in particular which is preferably the matrix material, manufactured. Then this is already close to the contour manufactured and still without fiber reinforcement provided component introduced at least one cavity. This cavity is accessible from outside the component, namely, in it a long fiber reinforced reinforcing element bring in. This reinforcing element is prefabricated according to the invention and exists from the matrix material of the long fiber coating, in that the long fibers are embedded. This pre-made Reinforcing element is then with the component hot isostatically pressed. Now that before the hot isostatic Pressing process possibly still remaining Cavities solely on the very small space between the reinforcing element and the component reduce, is in the manufactured according to the invention Component after the hot isostatic pressing process hardly any change in shape or shrinkage of the Component to observe. So this is particularly important no post-processing of the component to make this the to give the desired outer contour. An editing of the component is only in the areas of or the accesses to the at least one cavity are required. Because with the hot isostatic pressing process must the component or those still remaining in it Open spaces or spaces must be evacuated so that these Free spaces between the hot isostatic Pressing process of matrix material or fibers filled are.
Durch die Verwendung vorgefertigter langfaserverstärkter Verstärkungselemente aus Matrixmaterial ist es also erfindungsgemäß möglich, dem Bauteil bereits vor dem heißisostatischen Preßvorgang seine gewünschte Außenkontur zu verleihen. Damit kann auf Nachbarbeitungsschritte verzichtet werden. Der Vorteil besteht darin, daß nun Herstellungstechniken, wie beispielsweise Guß, Formfräsen oder Schalentechnik verwendet werden können, die wesentlich weniger aufwendig sind als in dem Fall, in dem das Bauteil erst nach dem heißisostatischen Preßvorgang bearbeitet wird. Der erfindungsgemäß zu erzielende Vorteil des extrem geringen Schrumpfens des heißisostatisch verpreßten Bauteils macht es also möglich, dem Bauteil bereits vor dem Einbringen der Faserverstärkung die gewünschte Außenkontur zu verleihen, womit Herstellungstechniken zur Erstellung des Bauteils mit der gewünschten Außenkontur eingesetzt werden können, die wesentlich preiswerter sind als die Bearbeitung eines faserverstärkten Werkstücks, um diesem eine gewünschte Außenkontur zu verleihen.By using prefabricated long fiber reinforced So it is reinforcing elements made of matrix material possible according to the invention, the component before hot isostatic pressing process its desired outer contour to rent. This can be used for neighboring work steps to be dispensed with. The advantage is that manufacturing techniques, such as casting, Form milling or shell technology can be used which are much less expensive than in the case in which the component is only after the hot isostatic Pressing process is processed. According to the invention Achieving advantage of the extremely low shrinkage of the hot isostatically pressed component makes it possible the component before the fiber reinforcement is introduced to give the desired outer contour, with manufacturing techniques for creating the component can be used with the desired outer contour, which are much cheaper than machining a fiber-reinforced workpiece, around this one to give the desired outer contour.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hohlraum durch insbesondere Funkenerrosion oder durch Bohren von außerhalb des Bauteils eingebracht wird. Beim Bohren kann auf chemische oder mechanische Techniken zurückgegriffen werden. Insbesondere erstrecken sich die Hohlräume entlang gerader Linien und treten dabei an einer Seite (Sackloch-Ausbildung) oder an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Bauteils (durchgehende Bohrung) aus diesem heraus. Bei geradlinig ausgerichteten Hohlräumen sind die Verstärkungselemente, deren Querschnitt gleich dem Querschnitt der Hohlräume ist, stabförmig. Hier sind runde, aber auch polygonale Stäbe denkbar.In an advantageous development of the invention, that the cavity due to spark erosion in particular or introduced by drilling from outside the component becomes. Drilling can be done on chemical or mechanical techniques can be used. In particular the cavities extend straighter Lines and step on one side (blind hole formation) or on two opposite sides of the component (through hole) out of it. In the case of rectilinearly aligned cavities, these are Reinforcing elements, the cross section of which is the same Cross section of the cavities is rod-shaped. Here are round, but also polygonal rods conceivable.
Während bei einem sich durch das Bauteil hindurch erstreckenden Hohlraum dessen Zugang über die stirnseitigen Enden erfolgt, kann bei einem allseitig abgeschlossenen Hohlraum auf diesen dadurch zugegriffen werden, daß das Bauteil zweiteilig ist, also beispielsweise zwei Hälften aufweist. Das aus Matrixmaterial ohne Faserverstärkung hergestellte Bauteil wird beispielsweise in zwei Teile unterteilt oder aber diese beiden Teile werden getrennt gefertigt, um dann zum Bauteil zusammengesetzt zu werden. Der Hohlraum wird entweder in einem der beiden oder aber in beiden Teilen eingebracht. Im zuletzt genannten Fall erstreckt sich der Hohlraum also dann durch beide Bauteilhälften hindurch. While one extends through the component Cavity whose access via the front Ends, can be closed on all sides Cavity these are accessed by that the component is in two parts, for example has two halves. The matrix material without Fiber reinforced component is for example divided into two parts or these two Parts are manufactured separately, then to the component to be put together. The cavity will either introduced in one of the two or in both parts. In the latter case, the Cavity then through both component halves.
Der "Zugang" zu einem solchen Hohlraum kann beispielsweise als sich entlang der aneinanderliegenden Grenzflächen der Bauteilhälften erstreckend betrachtet werden. Durch Verschweißung der beiden Bauteilhälften bzw. der beiden Teile des Bauteils kann der Hohlraum bzw. der sich zwischen dem Verstärkungselement und den Bauteilhälften ergebende Frei- oder Zwischenraum verschlossen werden.The "access" to such a cavity can for example than along the adjacent interfaces of the component halves are viewed in an extended manner. By welding the two component halves or of the two parts of the component, the cavity or which is between the reinforcing element and the component halves resulting free space or space closed become.
Die gasdichte Verschließung des Zugangs erfolgt insbesondere durch Elektronenstrahlverschweißen. Diese Verschweißungstechnik kann lediglich im Vakuum durchgeführt werden. Exakt ein Vakuum wird aber benötigt, um die noch verbleibenden Freiräume zwischen dem Verstärkungselement und dem übrigen Teil des Bauteils zu evakuieren.The gas-tight closure of the access takes place in particular by electron beam welding. This welding technique can only be done in vacuum become. Exactly a vacuum is needed, however the remaining free spaces between the reinforcing element and to evacuate the rest of the component.
Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
- Fig. 1
- eine Darstellung einer Fanschaufel eines Düsentriebwerks mit in die Schaufel eingebrachten stabförmigen faserverstärkten Verstärkungselementen als Beispiel eines erfindungsgemäß herzustellenden Bauteils,
- Fig. 2
- einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 durch die Fanschaufel im Bereich eines in diese eingebrachten Verstärkungsstabes,
- Fign. 3 bis 6
- graphische Darstellungen zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung der einzelnen Aufnahmebohrungen für die Verstärkungsstäbe der Fanschaufel,
- Fig. 7
- einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6 vor dem heißisostatischen Preßvorgang und
- Fig. 8
- die Situation gemäß Fig. 7 nach dem heißisostatischen Preßvorgang.
- Fig. 1
- 1 shows a fan blade of a jet engine with rod-shaped fiber-reinforced reinforcing elements introduced into the blade as an example of a component to be manufactured according to the invention,
- Fig. 2
- 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1 through the fan blade in the region of a reinforcing rod introduced into it,
- Fig. 3 to 6
- graphic representations to explain the individual process steps for producing the individual receiving bores for the reinforcing rods of the fan blade,
- Fig. 7
- a section along the line VII-VII of Fig. 6 before the hot isostatic pressing process and
- Fig. 8
- 7 after the hot isostatic pressing process.
Fig. 1 zeigt als Beispiel eines langfaserverstärkten
Bauteils eine Fanschaufel 10, die mit einer Vielzahl
von stabförmigen langfaserverstärkten Verstärkungselementen
12 (nachfolgend faserverstärkte Stäbe genannt)
versehen ist. Die faserverstärkten Stäbe 12 erstrecken
sich von der Schaufelspitze 14 bis zum Schaufelfuß
16 geradlinig durch die Fanschaufel 10 hindurch.
Die faserverstärkten Stäbe 12 sind als vorgefertigte
Verstärkungselemente in in die Fanschaufel eingebrachte
Hohlräume 18 eingebracht worden und füllen diese im
fertig hergestellten Zustand der Fanschaufel 10 gänzlich
aus. Wie beispielsweise in Fig. 7 zu erkennen ist,
sind in das Material 20 der faserverstärkten Stäbe 12
zueinander parallele Langfasern 22 eingebettet (s. auch
Fig. 2). Die Herstellung dieser Verstärkungselemente 12
erfolgt beispielsweise dadurch, daß die mit einem
Matrixmaterial beschichteten Langfasern 22 in ein Rohr
bzw. Röhrchen aus Matrixmaterial eingebracht werden.
Anschließend wird das derart mit Langfasern 22 gefüllte
Rohr nach Evakuierung und gasdichtem Verschluß an seinen
Stirnseiten einem heißisostatischen Preßvorgang für
mehrere Stunden bei Temperaturen von 1000 °C bis
1300 °C und Drücken von 150 MPa bis 230 Mpa ausgesetzt.
Bei diesem heißisostatischen Preßvorgang kommt es zu
einem Verschmelzen des Matrixmaterials der Langfasern
22 untereinander und des Matrixmaterials des Röhrchens.
Nach dem heißisostatischen Preßvorgang liegt also ein
Verstärkungselement 12 vor, das keinerlei Hohlräume
mehr aufweist; wird ein derartiges Verstärkungselement
12 zu einem späteren Zeitpunkt nochmals einem heißisostatischen
Preßvorgang ausgesetzt, so ist keinerlei
Schrumpfung bzw. Formveränderung zu verzeichnen.Fig. 1 shows an example of a long fiber reinforced
Component a
Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung der
Fanschaufel 10 gemäß Fig. 1 werden nachfolgend anhand
der Fign. 3 bis 6 erläutert.The individual process steps for producing the
In einem ersten Verfahrensschritt wird aus einem geeigneten
Material, beispielsweise dem Matrixmaterial der
Beschichtung der Langfasern 22 bzw. einem damit verträglichen
Material die Fanschaufel 10 in der gewünschten
Form hergestellt. Hier kann man sich beispielsweise
Techniken wie z.B. dem Gießen, dem Formfräsen oder der
Schalentechnik bedienen. Am Ende dieses Herstellungsprozesses
liegt also die Fanschaufel 10 mit ihrer endgültigen
Außenkontur vor, wobei allerdings noch die
Faserverstärkung fehlt (s. Fig. 3).In a first process step, a suitable
Material, for example the matrix material of the
Coating of the
In einem nächsten Arbeitsschritt werden nun die Hohlräume
18 in die Fanschaufel 10 eingebracht. Dabei bedient
man sich beispielsweise der Funkenerrosionstechnik
oder einer mechanischen bzw. chemischen Bohrtechnik;
das in Fig. 4 bei 23 dargestellte Teil soll das
für die jeweilige Technik erforderliche Werkstück symbolisieren.
Nach dem Einbringen sämtlicher Hohlräume 18
liegt also eine Fanschaufel 10 vor, die von einer Vielzahl
von Bohrungen ausgehend von der Schaufelspitze 14
bis zum Schaufelfuß 16 durchzogen ist. In a next step, the cavities are created
18 introduced into the
In einem nächsten Verfahrensschritt werden nun in die
Hohlräume 18 die vorgefertigten faserverstärkten Stäbe
12 eingeführt. Dabei ist der Außendurchmesser der
faserverstärkten Stäbe 12 derart auf den Innendurchmesser
der Hohlräume 18 abgestellt, daß sich die faserverstärkten
Stäbe 12 in die Hohlräume 18 einschieben lassen.
Hierbei läßt es sich nicht vermeiden, daß sich
zwischen den faserverstärkten Stäben 12 und der Fanschaufel
10 kleinste Zwischenräume 24 (s. Fig. 7) bilden.In a next step, the
Zur innigen Verbindung der faserverstärkten Stäbe 12
mit der Fanschaufel 10 wird diese einem heißisostatischen
Preßvorgang beispielsweise bei den oben angegebenen
Bedingungen ausgesetzt. Dazu ist es erforderlich,
die Zwischenräume 24 wischen den faserverstärkten
Stäben 12 und der Fanschaufel 10 zu evakuieren und alsdann
diese Zwischenräume 24 gegenüber der Umgebung der
Fanschaufel 10 gasdicht zu verschließen. Dies geschieht
bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch,
daß auf die Schaufelspitze 14 und auf den Schaufelfuß
16 folienartige Abdeckplatten 26 aus dem Material der
Fanschaufel 10 aufgeschweißt werden (s. Fig. 6). Wird
als Schweißtechnik die Elektronenstrahlschweißung eingesetzt,
so hat dies den Vorteil, daß beim Verschweißen
automatisch auch die Evakuierung der Fanschaufel 10
erfolgt, da das Elektronenstrahlschweißen lediglich im
Vakuum möglich ist.For the intimate connection of the fiber-reinforced
Die Situation nach dem Einführen der Verstärkungselemente
12 in die Fanschaufel 10 und vor dem heißisostatischen
Preßvorgang ist in Fig. 7 dargestellt. Die
Zwischenräume 24 sind in Fig. 7 zur Verdeutlichung
größer als technologisch erforderlich dargestellt. The situation after inserting the
Fig. 8 zeigt die Situation nach dem heißisostatischen
Preßvorgang. Durch diesen Preßvorgang sind die Zwischenräume
24 mit Matrixmaterial 20 bzw. dem Material
der Fanschaufel 10 ausgefüllt, wobei sich dieses
Matrixmaterial 20 mit dem Material der Fanschaufel 10
innig verbindet. Da die Zwischenräume 24 extrem gering
sind, kommt es also beim heißisostatischen Pressen der
mit den Verstärkungselementen 12 versehenen Fanschaufel
10 zu keinen nennenswerten Schrumpfungen bzw. Formveränderungen
der Fanschaufel 10, so daß diese ihre vor
dem heißisostatischen Preßvorgang verliehene Außenkontur
beibehält. Das hat den entscheidenden Vorteil, daß
nach dem heißisostatischen Preßvorgang es keiner weiteren
Bearbeitung der Fanschaufel bedarf, um dieser ihre
Außenkontur zu verleihen. Umgekehrt heißt das, daß die
Außenkontur des faserverstärkten Bauteils bereits im
wesentlichen zu einem Zeitpunkt vor dem heißisostatischen
Preßvorgang feststeht. Damit können unabhängig
von der Faserverstärkung andere Herstellungstechniken
für die Fanschaufel eingesetzt werden als diejenigen,
bei der erst nach dem heißisostatischen Preßvorgang das
Bauteil seine endgültige Außenkontur erhält. So ist es
beispielsweise möglich, die Fanschaufel mit ihrer gewünschten
Außenkontur in Guß-Technik, Schalen-Technik
oder durch Formfräsen herzustellen. In jedem Fall hier
auf eine preisgünstigere Technik zurückgegriffen werden,
als wenn der Fanschaufel die endgültige Form erst
nach dem heißisostatischen Preßvorgang verliehen wird,
da dann nur noch aufwendige Werkstück- und Oberflächenbearbeitungstechniken
eingesetzt werden können.Fig. 8 shows the situation after the hot isostatic
Pressing process. The gaps are created by this
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