EP1216770A2 - Werkzeug und Verfahren zum Giessen eines Formteils für die Herstellung einer Turbinenschaufel - Google Patents

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EP1216770A2
EP1216770A2 EP01128578A EP01128578A EP1216770A2 EP 1216770 A2 EP1216770 A2 EP 1216770A2 EP 01128578 A EP01128578 A EP 01128578A EP 01128578 A EP01128578 A EP 01128578A EP 1216770 A2 EP1216770 A2 EP 1216770A2
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EP
European Patent Office
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tool
insert
blocks
cavity
turbine blade
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01128578A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1216770A3 (de
Inventor
Alexander Dr. Beeck
Christoph Nagler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
Alstom Power NV
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Publication date
Application filed by Alstom Schweiz AG, Alstom Power NV filed Critical Alstom Schweiz AG
Publication of EP1216770A2 publication Critical patent/EP1216770A2/de
Publication of EP1216770A3 publication Critical patent/EP1216770A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02—Lost patterns
    • B22C7/023—Patterns made from expanded plastic materials

Definitions

  • the present invention relates to a tool for casting a molded part for the production of a Turbine blade, in which several tool blocks in assembled in a form-fitting manner form a cavity for the molding, in the over one or more flow openings Material, especially wax, can be introduced.
  • the invention further relates to a method for the production of a molded part for a turbine blade with such a tool.
  • one Turbine blade will first meet the requirements just shape of the turbine blade as three-dimensional Model calculated. From this model Injection molds are made that are casting a Molding with the calculated three-dimensional shape enable. These injection molding tools are used usually composed of several tool blocks, which in assembled in a form-fitting manner form a cavity for the molded part. In the formed cavity is over one or more Access openings melted wax under high pressure injected. The injected wax hardens its cooling to a molded part in the through the Injection molding tools given shape. Subsequently the tool blocks are removed. With that on this Form provided part is made in a known manner a ceramic mold for later precision casting the turbine blade produces.
  • tool blocks for the Injection mold is very complex because it is in the Usually made of steel and the shape of the later turbine blade already as precise as possible should set. Furthermore, the form fit sufficient between the individual tool blocks Sealing effect against that under high pressure achieve injected wax.
  • the object of a tool and a Process for producing a molded part for a Specify turbine blade with which a light Change of the inflow geometry or the angle of attack the turbine blade without completely rebuilding the Injection molding tool can be managed.
  • the tool according to the invention for casting a Molded parts for the manufacture of a turbine blade is composed of several tool blocks.
  • This Tool blocks form when in a given Form positively assembled or pushed together be, a cavity for the molding, in the one or more designated Access openings flowable material, such as melted wax, can be introduced.
  • the This tool is characterized in that at least one of the tool blocks rotates or slidable insert or insert that takes with one surface adjacent to the cavity and in different Positions and / or orientations is fixable with respect to the tool block, so that in the different positions and / or orientations the insertion or use different Cavity geometries or cavity volumes are formed become.
  • the insertion or use is preferably in this case made of the same material as the tool blocks and can be inserted in a form-fitting manner.
  • a subsequent adjustment of the geometry of the molded part by reintroducing or injecting the liquid material in the cavity at accordingly changed position and / or orientation of the Inserts can be made.
  • a new production of the entire injection mold, d. H. the shaping This means that the inner surfaces of the respective tool blocks not necessary anymore.
  • the slots will be then before pouring the flowable material into the desired position with a suitable one Fixative fixes it so that it holds its position and / or orientation during the filling and The flowable material no longer cures to change.
  • the fixation of one or more slots is preferably done using mounting pins that are in correspondingly provided recesses on the respective Intervene in tool blocks. The mounting pins through openings in the slot inserted. The corresponding recesses the tool blocks are according to the desired gradation the adjustment options as correspondingly fine Lace pattern.
  • the insert (s) are preferably like this designed to be the surfaces of the Determine molded part that the course of the hot gas path determine or co-determine the turbine blade.
  • a particularly advantageous embodiment relates here the arrangement of two inserts or inserts in opposite tool blocks.
  • the inserts or Inserts are designed such that they put together a cylindrical slide-in unit to determine the geometry of the airfoil form.
  • the one from the two inserts or inserts Compound slide-in unit is in the tool blocks rotatable about its longitudinal axis and can be in fix different rotation positions. By different Rotation positions of this plug-in unit different angles of attack of the Realize the airfoil.
  • Fixing options are preferred in spacing provided that the angle of attack can be changed in increments of 0.25 - 0.5 ° can. In this way it is very quick, easy and without the redesign of the tool blocks Create molded part with changed angle of attack, if it turns out during the further development that the angle of attack originally conceived due to Manufacturing tolerances the requirements for the hot gas path not fulfilled.
  • Such an embodiment of the tool has the further advantage that it also enables molded parts for Turbine blades made in different plants can be done without a separate tool to have to provide. This can, for example with one and the same tool turbine blades for turbine systems with different flow conditions or other mass flows as they are produced especially with different types of fuel operated gas turbines occur.
  • the essentially the shape of the blade platform and the blade root serves, one along an axis slidable insert provided by the Move the height of the bucket platform is set.
  • the displacement axis corresponds here the z-direction when using the later turbine blade coincides with the radial direction.
  • the individual tool blocks assembled, preferably pushed together, the insert or inserts brought into a position and / or orientation with the desired geometry of the cavity or later molding is generated, and in this position fixed to the tool blocks. Then will melted wax under high pressure in the sun generated cavity injected and there by cooling solidified. After solidification, the tool blocks with the associated inserts or inserts separated from the hardened wax molding. Through the Intermediate pieces already described will be a separation the inserts of the molded part relieved.
  • the tool and the associated procedure for Injection molding of a molded part for the production of a Turbine blade is particularly suitable for the Setting the angle of attack of the airfoil of the Turbine blade or for adjusting the height of the Blade platform of the turbine blade.
  • Special The tool offers advantages in cases where a higher number of adjustments during the development of the Turbine blade must be made. The more Adjustments are required, the more benefits offers the present method, because not for everyone Adaptation made a new injection mold must become. Rather, the adjustments can be made through easy adjustment of the slide within the Implement tool.
  • the tool or the associated procedure relate primarily to manufacturing of molded parts made of wax.
  • the expert is obvious that other meltable ones besides wax Materials for the production of the molded part with the present tool can be used.
  • the materials of the tool blocks also play no essential role for the invention, so that Specialist for this according to the respective Application required materials available stand.
  • the external design of the individual Tool blocks can also be used according to the known prior art.
  • Figure 1 shows an example of an injection mold for the production of molded parts for turbine blades.
  • the tool consists of a base plate 15, on which 4 tool blocks 1 - 4 are arranged.
  • Base plate and tool blocks consist of one Steel material.
  • the tool blocks can be in corresponding Guides of the base plate 15 shifted as can be seen from the figure.
  • the Inner surfaces of these tool blocks 1 - 4 are of this type shaped that after assembly, they unite Form cavity which is the shape for the finished item Specifies molding.
  • the individual tool blocks are in this Example pushed together in the respective tours, so that they form-fit the cavity to the outside caulk.
  • the base plate 15 is in this example a wax injection opening 6 is provided, via which injected liquid wax over corresponding Dotted channels in the cavity 5 arrives.
  • the wax is under high pressure injected and by cooling in the cavity solidified.
  • the present Example corresponding handles 16 on the tool blocks intended.
  • Such an arrangement is already out known in the art, but can also for Tool of the present invention can be used then at least one boundary surface of the through the tool blocks 1 - 4 formed cavity 5 through an area of a not in this illustration visible insert or insert is formed.
  • FIG. 2 shows the typical components of a turbine blade 10, the Blade 11, a blade band 13 and one Platform 12.
  • the present tool shows in this example two tool blocks 1 and 2, the one insert 7 or 8 each form-fitting take up.
  • the inner surfaces of the two tool blocks 1 and 2 formed accordingly.
  • the two inserts 7 and 8 form in cooperation the geometric shape for the airfoil 11, d. H. are the surfaces delimiting the cavity 5 corresponding to the pressure and suction side of the airfoil formed.
  • the insert unit 9 rotate any angle of attack of the airfoil 11th opposite the platform 12 or the blade band 13 produce.
  • the insertion unit 9 is about in the figure Fixing pins, not shown, relative to the Tool blocks 1 and 2 in the correspondingly desired Fixed position. Tool blocks 1 and 2 assign an appropriate hole pattern for this purpose different settings.
  • These intermediate pieces 14 facilitate the disassembly of the individual tool blocks after hardening of the injected material.
  • the tool is in a preferred embodiment designed so that the angle of attack, d. H. the insertion unit 9, in steps of approximately 0.25 - Turn 0.5 ° by a maximum angle of about 2 - 3 ° and can be fixed. This is enough for development a turbine blade considering possible later adjustment changes.
  • a corresponding insert this time in the direction of blocks 1 and 2 designed to be displaceable, in the tool block 3 be provided to the height of the platform 12 of the To be able to adjust molded part.
  • other surfaces of the molded part in this way changeable or adjustable if a corresponding movable insert is provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Gießen eines Formteils für die Herstellung einer Turbinenschaufel (10) mit mehreren Werkzeugblöcken (1, 2, 3, 4), die in einer vorgegebenen Weise formschlüssig zusammengesetzt einen Hohlraum (5) für das Formteil bilden, in den über einen oder mehrere Zugangsöffnungen (6) fließfähiges Material einbringbar ist. Zumindest einer der Werkzeugblöcke (1, 2) nimmt einen dreh- oder verschiebbaren Einschub oder Einsatz (7, 8) auf, der mit einer Fläche an den Hohlraum (5) angrenzt und in unterschiedliche Positionen und/oder Orientierungen gegenüber dem Werkzeugblock (1, 2) fixierbar ist, so dass in den unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen des Einschubs oder Einsatzes (7, 8) unterschiedliche Hohlraumgeometrien gebildet werden. Das Werkzeug ermöglicht eine nachträgliche Änderung der Geometrie des Formteils, insbesondere des Anstellwinkels, ohne hierfür neue Werkzeugblöcke fertigen zu müssen. <IMAGE>

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Gießen eines Formteils für die Herstellung einer Turbinenschaufel, bei dem mehrere Werkzeugblöcke in einer vorgegebenen Weise formschlüssig zusammengesetzt einen Hohlraum für das Formteil bilden, in den über einen oder mehrere Zugangsöffnungen fließfähiges Material, insbesondere Wachs, einbringbar ist. Die Erfindung befasst sich weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung eines Formteils für eine Turbinenschaufel mit einem derartigen Werkzeug.
Bei der Entwicklung von Turbinenschaufeln sind in den verschiedenen Entwicklungsstufen, wie der Guss-, der Bearbeitungs- oder der Fertigungsentwicklung, zahlreiche Tests und Anpassungen vorzunehmen, die sich auch auf die ursprüngliche Werkzeugentwicklung auswirken können. Gerade Unterschiede zwischen den aerodynamischen Modellberechnungen und den späteren realen Eigenschaften des gefertigten Systems können es erforderlich machen, einen neuen Satz Werkzeuge zur Erstellung der Ausgangs-Formteile anfertigen zu müssen.
Beim Herstellungs- und Entwicklungsprozess einer Turbinenschaufel wird zunächst die den Anforderungen gerechte Form der Turbinenschaufel als dreidimensionales Modell berechnet. Aus diesem Modell werden Spritzgusswerkzeuge hergestellt, die das Gießen eines Formteils mit der berechneten dreidimensionalen Form ermöglichen. Diese Spritzgusswerkzeuge setzen sich in der Regel aus mehreren Werkzeugblöcken zusammen, die in einer vorgegebenen Weise formschlüssig zusammengesetzt einen Hohlraum für das Formteil bilden. In den gebildeten Hohlraum wird über einen oder mehrere Zugangsöffnungen geschmolzenes Wachs unter hohem Druck eingespritzt. Das eingespritzte Wachs erhärtet nach seiner Abkühlung zu einem Formteil in der durch die Spritzgusswerkzeuge vorgegebenen Form. Anschließend werden die Werkzeugblöcke entfernt. Mit dem auf diese Weise bereitgestellten Formteil wird in bekannter Weise eine keramische Gussform für den späteren Präzisionsguss der Turbinenschaufel erzeugt.
Die Herstellung der Werkzeugblöcke für die Spritzgussform ist sehr aufwendig, da diese in der Regel aus Stahl hergestellt werden und die Form der späteren Turbinenschaufel bereits möglichst präzise festlegen sollen. Weiterhin muss der Formschluss zwischen den einzelnen Werkzeugblöcken eine ausreichende Dichtwirkung gegenüber dem unter hohen Druck eingespritzten Wachs erzielen.
Gerade die Dimensionierung und Herstellung der ersten Reihe von Eintrittsleitschaufeln der Turbine stellt sehr hohe Anforderungen, da durch diese erste Reihe der Strömungsverlauf des Heißgases sehr empfindlich beeinflusst wird. Eine minimale Abweichung des Anstellwinkels dieser Leitschaufeln von einem Idealwert führt bereits zu einer deutlichen Druckerhöhung oder Druckerniedrigung in der Gasturbine, die sich erheblich auf den Wirkungsgrad auswirken kann. Im Falle einer derartigen unerwünschten Abweichung muss daher ein neues Formteil mit entsprechend geändertem Anstellwinkel erzeugt werden, wofür die Erstellung eines vollkommen neuen Spritzgusswerkzeuges erforderlich ist. Weiterhin sind während des gesamten Herstellungsprozesses mehrere zusätzliche Toleranzen zu berücksichtigen, die ebenfalls wesentlichen Einfluss auf den Strömungsverlauf des Heißgases nehmen können. Beispielhaft seien hierbei Streuungen bei der Gussbearbeitung oder Abweichungen in Beschichtungsdicken genannt. Derartige Abweichungen sind bei der anfänglichen Dimensionierung des Formteiles noch nicht bekannt und können daher im nachhinein ebenfalls eine Änderung der Geometrie der Spritzgusswerkzeuge nach sich ziehen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils für eine Turbinenschaufel anzugeben, mit denen eine leichte Änderung der Anströmgeometrie bzw. des Anstellwinkels der Turbinenschaufel ohne völlige Neuherstellung des Spritzgusswerkzeuges bewältigt werden kann.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Werkzeug bzw. dem Verfahren der Patentansprüche 1 bzw. 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Werkzeuges und des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Werkzeug zum Gießen eines Formteils für die Herstellung einer Turbinenschaufel setzt sich aus mehreren Werkzeugblöcken zusammen. Diese Werkzeugblöcke bilden, wenn sie in einer vorgegebenen Weise formschlüssig zusammengesetzt bzw. zusammengeschoben werden, einen Hohlraum für das Formteil, in den über einen oder mehrere dafür vorgesehene Zugangsöffnungen fließfähiges Material, wie beispielsweise geschmolzenes Wachs, einbringbar ist. Das vorliegende Werkzeug zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest einer der Werkzeugblöcke einen dreh- oder verschiebbaren Einschub oder Einsatz aufnimmt, der mit einer Fläche an den Hohlraum angrenzt und in unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen gegenüber dem Werkzeugblock fixierbar ist, so dass in den unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen des Einschubs oder Einsatzes unterschiedliche Hohlraumgeometrien bzw. Hohlraumvolumina gebildet werden.
Der Einschub bzw. Einsatz besteht hierbei vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Werkzeugblöcke und ist in diese formschlüssig einfügbar. Durch die Möglichkeit, in den unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen des Einschubs oder Einsatzes unterschiedliche Hohlraumgeometrien zu erzeugen, kann eine nachträgliche Anpassung der Geometrie des Formteils durch erneutes Einbringen bzw. Einspritzen des flüssigen Materials in den Hohlraum bei entsprechend veränderter Position und/oder Orientierung des Einschubs vorgenommen werden. Eine Neuherstellung des gesamten Spritzgusswerkzeuges, d. h. der formenden Innenflächen der jeweiligen Werkzeugblöcke ist dadurch nicht mehr erforderlich. Selbstverständlich können ein oder mehrere Einschübe bzw. Einsätze in ein oder mehreren Werkzeugblöcken vorgesehen sein, die der Fachmann entsprechend der beabsichtigten Einstell- bzw. Verstellmöglichkeit anordnen kann. Die Einschübe werden dann vor dem Einfüllen des fließfähigen Materials in der gewünschten Position mit einem geeigneten Fixiermittel fixiert, so dass sie ihre Position und/oder Orientierung während des Einfüll- und Aushärtvorgangs des fließfähigen Materials nicht mehr ändern. Die Fixierung der ein oder mehreren Einschübe erfolgt vorzugsweise über Befestigungsstifte, die in entsprechend vorgesehene Ausnehmungen an den jeweiligen Werkzeugblöcken eingreifen. Die Befestigungsstifte werden durch entsprechende Öffnungen im Einschub eingeschoben. Die korrespondierenden Ausnehmungen an den Werkzeugblöcken sind je nach gewünschter Stufung der Verstellmöglichkeiten als entsprechend feines Lochmuster ausgebildet.
Vorzugsweise sind der oder die Einschübe so ausgestaltet, dass sie die Flächen des zu erstellenden Formteiles festlegen, die den Verlauf des Heißgaspfades der Turbinenschaufel bestimmen oder mitbestimmen. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform betrifft hierbei die Anordnung von zwei Einschüben oder Einsätzen in gegenüberliegenden Werkzeugblöcken. Die Einschübe bzw. Einsätze sind hierbei derart ausgebildet, dass sie zusammengesetzt eine zylinderförmige Einschubeinheit zur Festlegung der Geometrie des Schaufelblattes bilden. Die aus den beiden Einschüben bzw. Einsätzen zusammengesetzte Einschubeinheit ist in den Werkzeugblöcken um ihre Längsachse drehbar und lässt sich in verschiedenen Drehpositionen fixieren. Durch unterschiedliche Drehpositionen dieser Einschubeinheit lassen sich unterschiedliche Anstellwinkel des Schaufelblattes realisieren.
Vorzugsweise sind Fixiermöglichkeiten in derartigen Abständen vorgesehen, dass der Anstellwinkel in Winkelschritten von 0,25 - 0,5° verändert werden kann. Auf diese Weise lässt sich sehr schnell, einfach und ohne die Neukonstruktion der Werkzeugblöcke ein Formteil mit geändertem Anstellwinkel erzeugen, falls sich bei der Weiterentwicklung herausstellt, dass der ursprünglich konzeptionierte Anstellwinkel aufgrund von Fertigungstoleranzen die Anforderungen an den Heißgaspfad nicht erfüllt.
Eine derartige Ausführungsform des Werkzeuges hat den weiteren Vorteil, dass damit auch Formteile für Turbinenschaufeln unterschiedlicher Anlagen hergestellt werden können, ohne jeweils ein separates Werkzeug bereitstellen zu müssen. Hierdurch können beispielsweise mit ein und demselben Werkzeug Turbinenschaufeln für Turbinenanlagen mit anderen Strömungsverhältnissen oder anderen Massenflüssen hergestellt werden, wie sie insbesondere bei mit unterschiedlichen Brennstofftypen betriebenen Gasturbinen auftreten.
Für eine Anpassung der Trennlinien im Werkzeug bei Änderung der Position und/oder Orientierung des Einschubs können Zwischenstücke vorhanden sein, die die Trennlinien verschieben und/oder ein eventuelles Spiel zwischen dem Einschub und dem Werkzeugblock oder zwischen den einzelnen Einschüben ausgleichen. Hierbei ist es auch denkbar, bereits entsprechende vorzugsweise keilförmige Zwischenräume zwischen den Einschüben vorzusehen, in die die entsprechenden Zwischenstücke nach der Positionierung der Einschübe einschiebbar sind.
In einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit des vorliegenden Werkzeuges ist in einem Werkzeugblock, der im Wesentlichen der Formgebung der Schaufelplattform und des Schaufelfußes dient, ein entlang einer Achse verschiebbarer Einschub vorgesehen, durch dessen Verschiebeposition die Höhe der Schaufelplattform festgelegt wird. Die Verschiebeachse entspricht hierbei der z-Richtung, die beim Einsatz der späteren Turbinenschaufel mit der radialen Richtung übereinstimmt.
Bei der Herstellung des Formteils werden die einzelnen Werkzeugblöcke zusammengesetzt, vorzugsweise zusammengeschoben, der oder die Einschübe bzw. Einsätze in eine Position und/oder Orientierung gebracht, mit der die gewünschte Geometrie des Hohlraums bzw. des späteren Formteils erzeugt wird, und in dieser Position an den Werkzeugblöcken fixiert. Anschließend wird geschmolzenes Wachs unter hohem Druck in den so erzeugten Hohlraum eingespritzt und dort durch Erkalten verfestigt. Nach der Verfestigung werden die Werkzeugblöcke mit den zugehörigen Einschüben bzw. Einsätzen von dem erhärteten Wachs-Formteil getrennt. Durch die bereits beschriebenen Zwischenstücke wird eine Trennung der Einschübe von dem Formteil erleichtert.
Das Werkzeug sowie das zugehörige Verfahren zum Spritzgießen eines Formteils für die Herstellung einer Turbinenschaufel eignet sich insbesondere für die Einstellung des Anstellwinkels des Schaufelblattes der Turbinenschaufel oder für die Einstellung der Höhe der Schaufelplattform der Turbinenschaufel. Besondere Vorteile bietet das Werkzeug in Fällen, in denen eine höhere Zahl von Anpassung während der Entwicklung der Turbinenschaufel vorgenommen werden müssen. Je mehr Anpassungen erforderlich sind, desto mehr Vorteile bietet das vorliegende Verfahren, da nicht für jede Anpassung ein neues Spritzgusswerkzeug hergestellt werden muss. Die Anpassungen lassen sich vielmehr durch einfache Verstellung des Einschubs innerhalb des Werkzeuges realisieren.
Das Werkzeug bzw. das zugehörige Verfahren beziehen sich zwar in erster Linie auf die Herstellung von Formteilen aus Wachs. Dem Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass außer Wachs auch andere schmelzbare Materialien für die Herstellung des Formteils mit dem vorliegendem Werkzeug eingesetzt werden können. Weiterhin spielen die Materialien der Werkzeugblöcke keine für die Erfindung wesentliche Rolle, so dass dem Fachmann hierfür die entsprechend der jeweiligen Anwendung erforderlichen Materialien zur Verfügung stehen. Die äußere Ausgestaltung der einzelnen Werkzeugblöcke kann hierbei ebenfalls gemäß dem bekannten Stand der Technik vorgenommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1
ein Beispiel für ein Spritzgießwerkzeug, das sich aus mehreren Werkzeugblöcken zusammensetzt;
Fig. 2
schematisch den Aufbau einer Turbinenschaufel; und
Fig. 3
ein Beispiel für die Ausgestaltung eines Einsatzes in einem Werkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Beispiel für ein Spritzgießwerkzeug zur Herstellung von Formteilen für Turbinenschaufeln. Das Werkzeug besteht aus einer Grundplatte 15, auf der 4 Werkzeugblöcke 1 - 4 angeordnet sind. Grundplatte sowie Werkzeugblöcke bestehen aus einem Stahlmaterial. Die Werkzeugblöcke können in entsprechenden Führungen der Grundplatte 15 verschoben werden, wie dies aus der Figur ersichtlich ist. Die Innenflächen dieser Werkzeugblöcke 1 - 4 sind derart ausgeformt, dass sie nach dem Zusammensetzen einen Hohlraum bilden, der die Form für das zu fertigende Formteil vorgibt.
Die einzelnen Werkzeugblöcke werden in diesem Beispiel in den jeweiligen Führungen zusammengeschoben, so dass sie den Hohlraum formschlüssig nach außen abdichten. In der Grundplatte 15 ist in diesem Beispiel eine Wachseinspritzöffnung 6 vorgesehen, über die das eingespritzte flüssige Wachs über entsprechende gestrichelt angedeutete Kanäle in den Hohlraum 5 gelangt. Das Wachs wird hierbei unter hohem Druck eingespritzt und durch Erkalten in dem Hohlraum verfestigt. Anschließend werden die Werkzeugblöcke 1 - 4 von dem auf diese Weise entstandenen Wachsformteil getrennt. Diese Trennung geschieht über das Auseinanderziehen der einzelnen Werkzeugblöcke in den Führungen. Zu diesem Zweck sind im vorliegenden Beispiel entsprechende Griffe 16 an den Werkzeugblöcken vorgesehen. Eine derartige Anordnung ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, kann jedoch auch für das Werkzeug der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, wobei dann zumindest eine Begrenzungsfläche des durch die Werkzeugblöcke 1 - 4 gebildeten Hohlraums 5 durch eine Fläche eines in dieser Darstellung nicht sichtbaren Einschubs bzw. Einsatzes gebildet wird.
Mit einem derartigen Werkzeug werden Formteile für Turbinenschaufeln gefertigt, wie sie beispielsweise aus Figur 2 ersichtlich sind. Diese Figur 2 zeigt die typischen Bestandteile einer Turbinenschaufel 10, das Schaufelblatt 11, ein Schaufelband 13 sowie eine Plattform 12. Für die Herstellung eines derart aufgebauten Formteils sind die Innenflächen der Werkzeugblöcke 1 und 2 der Figur 1 zur Festlegung der Saug- und Druckseite des Schaufelblattes 11, der Werkzeugblock 3 zur Festlegung der Form der Schaufelplattform 12 sowie der Werkzeugblock 4 zur Festlegung der Form des Schaufelbandes 13 ausgestaltet.
Bei fest vorliegender Geometrie der Innenflächen dieser Werkzeugblöcke 1 - 4 besteht keinerlei Möglichkeit einer nachträglichen Anpassung der Geometrie beispielsweise zur Erzeugung eines anderen Anstellwinkels des Schaufelblattes. Eine derartige Einstellmöglichkeit wird mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug realisiert, das in einer möglichen Ausgestaltungsvariante in Figur 3 dargestellt ist. Figur 3 zeigt hierbei lediglich einen Teil des Werkzeuges mit den Werkzeugblöcken 1 und 2 zur Festlegung des Schaufelblattes 11. Die weiteren Werkzeugblöcke 3 und 4 entsprechend der Figur 1 sind ausgestaltet, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Im Unterschied zu den bekannten Werkzeugen des Standes der Technik für die Herstellung von Formteilen für Turbinenschaufeln weist das vorliegende Werkzeug in diesem Beispiel zwei Werkzeugblöcke 1 und 2 auf, die jeweils einen Einschub 7 bzw. 8 formschlüssig aufnehmen. Zu diesem Zweck sind die Innenflächen der beiden Werkzeugblöcke 1 und 2 entsprechend ausgeformt. Beim Zusammensetzen der beiden Werkzeugblöcke mit ihren Einschüben bzw. Einsätzen 7 und 8 wird eine zylinderförmige Einschubeinheit 9 gebildet, die innerhalb der Werkzeugblöcke 1, 2 um ihre Längsachse drehbar ist, wie dies in der Figur 3 mit dem Pfeil angedeutet ist. Die beiden Einschübe 7 und 8 bilden hierbei in Zusammenwirkung die geometrische Form für das Schaufelblatt 11, d. h. ihre den Hohlraum 5 begrenzenden Flächen sind entsprechend der Druck- und Saugseite des Schaufelblattes ausgeformt.
Durch die Drehbarkeit der Einschubeinheit 9 lassen sich beliebige Anstellwinkel des Schaufelblattes 11 gegenüber der Plattform 12 bzw. dem Schaufelband 13 erzeugen. Die Einschubeinheit 9 wird über in der Figur nicht dargestellte Befestigungsstifte gegenüber den Werkzeugblöcken 1 und 2 in der entsprechend gewünschten Position fixiert. Die Werkzeugblöcke 1 und 2 weisen zu diesem Zweck ein entsprechendes Lochraster für verschiedene Einstellungen auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird weiterhin ein im Wesentlichen keilförmiger Hohlraum zwischen den beiden Einschüben 7, 8 am Übergang zu den Werkzeugblöcken 1, 2 vorgesehen, in dem austauschbare Zwischenstücke 16 eingesetzt werden. Diese Zwischenstücke 14 erleichtern die Demontage der einzelnen Werkzeugblöcke nach der Erhärtung des eingespritzten Materials.
Das Werkzeug wird in einer bevorzugten Ausführungsform so ausgestaltet, dass sich der Anstellwinkel, d. h. die Einschubeinheit 9, in Schritten von etwa 0,25 - 0,5° um einen Maximalwinkel von etwa 2 - 3° drehen und fixieren lässt. Dies reicht für die Entwicklung einer Turbinenschaufel unter Berücksichtigung möglicher späterer Anpassungsänderungen aus.
In gleicher Weise kann ein entsprechender Einschub, diesmal in Richtung der Blöcke 1 und 2 verschiebbar ausgestaltet, im Werkzeugblock 3 vorgesehen sein, um die Höhe der Plattform 12 des Formteils einstellen zu können. Selbstverständlich sind auch andere Flächen des Formteils auf diese Weise veränder- bzw. einstellbar, wenn ein entsprechend beweglicher Einschub vorgesehen wird.
Bezugszeichenliste
1
Werkzeugblock für die Druckseite
2
Werkzeugblock für die Saugseite
3
Werkzeugblock für die Schaufelplattform
4
Werkzeugblock für das Schaufelband
5
Hohlraum
6
Zugangsöffnungen
7
Einschub oder Einsatz
8
Einschub oder Einsatz
9
zusammengesetzte Einschubeinheit
10
Turbinenschaufel
11
Schaufelblatt
12
Schaufelplattform
13
Schaufelband
14
Zwischenstücke
15
Grundplatte
16
Handgriff

Claims (13)

  1. Werkzeug zum Gießen eines Formteils für die Herstellung einer Turbinenschaufel,
    mit mehreren Werkzeugblöcken (1, 2, 3, 4), die in einer vorgegebenen Weise formschlüssig zusammengesetzt einen Hohlraum (5) für das Formteil bilden, in den über einen oder mehrere Zugangsöffnungen (6) fließfähiges Material einbringbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Werkzeugblöcke (1, 2) einen dreh- oder verschiebbaren Einschub oder Einsatz (7, 8) aufnimmt, der mit einer Fläche an den Hohlraum (5) angrenzt und in unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen gegenüber dem zumindest einen Werkzeugblock (1, 2) fixierbar ist, so dass in den unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen des Einschubs oder Einsatzes (7, 8) unterschiedliche Hohlraumgeometrien gebildet werden.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass der Einschub oder Einsatz (7, 8) die Heißgasgeometrie des Schaufelblattes (11) der Turbinenschaufel (10) bestimmt oder mit bestimmt.
  3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Einschübe oder Einsätze (7, 8) in gegenüberliegenden Werkzeugblöcken (1, 2) derart ausgebildet sind, dass sie zusammengesetzt eine zylinderförmige Einschubeinheit (9) zur Festlegung der Geometrie des Schaufelblattes (11) bilden, die zur Einstellung des Anstellwinkels des Schaufelblattes (11) um ihre Längsachse in den Werkzeugblöcken (1, 2) drehbar und in verschiedenen Drehpositionen fixierbar ist.
  4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Einschub oder Einsatz (7, 8) in Drehpositionen fixierbar ist, die sich jeweils um 0,25 bis 0,5° unterscheiden.
  5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der oder ein weiterer Einschub oder Einsatz in einem Werkzeugblock (3), der die Geometrie der Schaufelplattform (12) festlegt, derart entlang einer Achse verschiebbar angeordnet ist, dass in unterschiedlichen Verschiebepositionen unterschiedliche Höhen der Schaufelplattform (12) erzeugt werden.
  6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenstücke (14) vorgesehen sind, die in zwischen dem Einschub oder Einsatz (7, 8) und den Werkzeugblöcken (1, 2) und/oder zwischen mehreren Einschüben oder Einsätzen (7, 8) auftretende Zwischenräume einschiebbar sind.
  7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Einschub oder Einsatz (7, 8) in den unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen über Befestigungsstifte gegenüber dem Werkzeugblock (1, 2) fixierbar ist, die in entsprechende Ausnehmungen im Werkzeugblock (1, 2) eingreifen.
  8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugblöcke (1, 2, 3, 4) einen Werkzeugblock (1) für die Druckseite des Schaufelblattes (11), einen Werkzeugblock (2) für die Saugseite des Schaufelblattes (11), einen Werkzeugblock (3) für die Schaufelplattform (12) sowie einen Werkzeugblock (4) für das Schaufelband (13) der Turbinenschaufel (10) umfassen, die auf einer Grundplatte (15) angeordnet sind.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Formteils für eine Turbinenschaufel, bei dem mehrere Werkzeugblöcke (1, 2, 3, 4) zur Bildung eines Hohlraums (5), der die Form der Turbinenschaufel vorgibt, formschlüssig zusammengesetzt werden, flüssiges Material, insbesondere Wachs, in den Hohlraum (5) eingebracht und in dem Hohlraum (5) ausgehärtet wird und die Werkzeugblöcke (1, 2, 3, 4) anschließend entfernt werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Werkzeugblock (1, 2) eingesetzt wird, der einen dreh- oder verschiebbaren Einschub oder Einsatz (7, 8) aufnimmt, der mit einer Fläche an den Hohlraum (5) angrenzt, wobei der Einschub oder Einsatz (7, 8) vor dem Einbringen des flüssigen Materials in einer Position und/oder Orientierung gegenüber dem zumindest einen Werkzeugblock (1, 2) fixiert wird, um mit der gewählten Position und/oder Orientierung die Form des Hohlraums (5) einzustellen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9
    dadurch gekennzeichnet, dass der Einschub oder Einsatz (7, 8) in der gewählten Position und/oder Orientierung über Befestigungsstifte gegenüber dem Werkzeugblock (1, 2) fixiert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen des flüssigen Materials Zwischenstücke (14) in zwischen dem Einschub oder Einsatz (7, 8) und den Werkzeugblöcken (1, 2) und/oder zwischen mehreren Einschüben oder Einsätzen (7, 8) auftretende Zwischenräume eingeschoben werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zur Einstellung des Anstellwinkels des Schaufelblattes (11) der Turbinenschaufel (10) am Formteil.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zur Einstellung der Höhe der Schaufelplattform (12) der Turbinenschaufel (10) am Formteil.
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