EP1708833A1 - Verfahren zur herstellung von hohlschaufeln - Google Patents

Verfahren zur herstellung von hohlschaufeln

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Publication number
EP1708833A1
EP1708833A1 EP04802965A EP04802965A EP1708833A1 EP 1708833 A1 EP1708833 A1 EP 1708833A1 EP 04802965 A EP04802965 A EP 04802965A EP 04802965 A EP04802965 A EP 04802965A EP 1708833 A1 EP1708833 A1 EP 1708833A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
elements
hollow blade
diffusion welding
hollow
forms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04802965A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Knott
Wolfgang Krüger
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP1708833A1 publication Critical patent/EP1708833A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/78—Making other particular articles propeller blades; turbine blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/053—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure characterised by the material of the blanks
    • B21D26/055—Blanks having super-plastic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/001—Turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49336—Blade making
    • Y10T29/49339—Hollow blade

Definitions

  • the invention relates to a method for producing hollow blades, in particular for gas turbines, according to the preamble of patent claim 1.
  • SPF DB A process known from the prior art for producing hollow blades is the so-called SPF DB process, SPF being an abbreviation for Super Plastic Forming and DB being an abbreviation for Diffusion Bonding.
  • SPF DB the procedure is such that at least three elements are arranged one above the other in a sandwich-like manner, connected to one another at least in sections by diffusion welding, and then superplastically formed by inflation or inflation.
  • a first element forms a first outer wall of the hollow blade to be produced
  • a second element forms a second outer wall of the hollow blade to be manufactured
  • a third element which is arranged in a sandwich structure between the first and the second element before diffusion welding, forms a one running between the two outer walls Middle element of the hollow blade or vane.
  • the present invention is based on the problem of proposing a novel method for producing hollow blades.
  • the or each notch-minimizing structure is introduced into an inside of the first element and the second element in such a way that the elements have a lower material thickness in a central section than in lateral sections.
  • the elements have a continuous or steady transition profile between the central section and the lateral sections.
  • the pressure required for diffusion welding is preferably provided in such a way that during diffusion welding the first element and the second element are acted upon in the region of the or each continuous or continuous transition profile in such a way that a groove is formed after the diffusion welding in the region of the or each transition profile.
  • Fig. 1 is a schematic representation to illustrate a method according to the
  • FIG. 2 shows a further schematic illustration to illustrate the method according to the prior art for the production of hollow blades
  • FIG. 3 shows a further schematic illustration to clarify the method according to the prior art for producing hollow blades
  • Fig. 4 is a schematic representation to illustrate the invention
  • FIG. 6 shows a further schematic illustration to illustrate the method according to the invention for producing hollow blades.
  • the elements 10, 11, 12 and 13 arranged in a sandwich structure one above the other are connected to one another at least in sections by diffusion welding.
  • the sandwich structure of FIG. the device 15 is positioned and a pressure required for diffusion welding is applied to the sandwich structure.
  • the elements 10, 11, 12 and 13 are at least partially diffusion-welded to one another under the influence of the pressure which is visualized by arrows 16. This is shown in FIG. 2.
  • the diffusion-welded package consisting of the elements 10 to 13 is shaped superplastically by inflating or inflating.
  • gas is introduced into the diffusion-welded package comprising the elements 10, 11, 12 and 13 in the direction of the arrows 17.
  • the elements 10 and 12 are brought into a shape which corresponds to the desired blade profile of the hollow blade. This blade profile is curved to provide a suction side and pressure side of the blade.
  • the two elements 10 and 12, which form the outer walls of the hollow blade to be produced run parallel to one another after inflation or superplastic forming.
  • the element 11 running between the two elements 10 and 12 serving as outer walls assumes a meandering structure in the area between the frame strips 13.
  • the element 11 running between the elements 10 and 12 serving as outer walls is connected in sections to one of the two elements 10 and 12 serving as outer walls.
  • the central element 1 1 is not connected to one of the two elements 10 and 12
  • the element 11 runs after the superplastic forming in a zigzag or meandering manner between the elements 10 and 12 forming the two outer walls 3, the central element 11 is partially coated with an antidiffusion layer, with no connection of the central element 11 with the elements 10 or 12 in the area of the antidiffusion layer 12 takes place.
  • notches 19 are formed in a transition area between the elements 10 and 12 and the frame strips 13 which impair the strength of the hollow blade produced.
  • the method according to the invention for producing hollow blades is described below with reference to FIGS. 4 to 6.
  • three elements 20, 21 and 22 are in turn arranged one above the other in a sandwich-like manner, connected to one another at least in sections by diffusion welding, and superplastically formed after the diffusion welding.
  • a first element 20 forms a first outer wall of the hollow blade to be manufactured
  • a second element 22 forms a second outer wall of the hollow blade to be manufactured
  • a third element 21 forms a middle element which runs between the two outer walls of the hollow blade to be manufactured.
  • structures that minimize notches are introduced into the first element 20 and the second element 22, which form the two outer walls of the hollow blade to be produced, before arranging the same to form a sandwich structure with the third element 21.
  • the notch-minimizing structures are each introduced into an inside 23 and 24 of the two elements 20 and 22, respectively. 4 shows that after the elements 20, 21 and 22 have been arranged to form the sandwich structure, the inner sides 23 and 24 face the middle element 21.
  • the notch-minimizing structures are recesses 25 and 26.
  • the recesses 25 and 26 extend flatly on the respective inner side 23 and 24 of the elements 20 and 22.
  • the recesses 25 and 26 are in this way in the inner sides 23 and 24 of the Elements 20 and 22 introduced that the elements 20 and 22 have a smaller material thickness or cross-sectional area in a central section 27 and 28 than in lateral sections 29 and 30.
  • the recesses 25 and 26 In a transition region between the central section 27 and 28 and the lateral sections 29 and 30, the recesses 25 and 26 have a continuous or continuous transition profile 31.
  • the transition profiles 31 are designed in the form of a circular arc or an elliptical arc in cross section.
  • cutouts 25 and 26 are machined in particular by milling into the inner sides 23 and 24 of the elements 20 and 22.
  • elements 20 to 22 configured in this way are arranged one above the other to form a sandwich structure, wherein, as already mentioned, the inner sides 23 and 24 with the recesses 25 and 26 lie opposite the central element 21.
  • a sandwich structure designed in this way is then diffusion welded to one another at least in sections or in regions by diffusion welding.
  • a corresponding pressure is again applied to the sandwich structure in the sense of arrows 32.
  • the pressure required for diffusion welding is provided in such a way that a groove 33 is formed in the region of the transition profiles 31 after the diffusion welding.
  • the pressure required for the diffusion welding is preferably provided by a mechanical press which limits the pressure introduced in the region of the transition profiles 31.
  • FIG. 5 shows the structure that forms after diffusion welding and the grooves 33 that form after diffusion welding in the region of the transition profiles 31.
  • the process according to the invention in the sense of FIGS. 4 to 6 differs from the process known from the prior art in the sense of FIGS. 1 to 3 in that specially designed elements 20 and 22, which later form the outer walls of the hollow blade to be produced, to be provided. In this way, notches within the hollow blade that reduce the strength can be avoided on the one hand, and on the other hand, separately formed frame strips can be dispensed with.
  • the function of the frame strips required according to the prior art is assumed by the lateral sections 29 and 30 of the elements 20 and 22 in the method according to the invention. the manufacturing process can be significantly simplified compared to the prior art.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln, insbesondere for Gasturbinen wie Flugtriebwerke. Mindestens drei Elemente (20, 21, 22) werden sandwichartig übereinander angeordnet, durch Diffusionsschweissen zumindest abschnittsweise miteinander verbunden und im Anschluss durch Aufblähen superplastisch umgeformt, sodass ein erstes Element (20) eine erste Aussenwand der herzustellenden Hohlschaufel, ein zweites Element (22) eine zweite Aussenwand der herzustellenden Hohlschaufel und ein drittes Element (21) ein zwischen den beiden Aussenwänden verlaufendes Mittelelement der herzustellenden Hohlschaufel bildet. Erfindungsgemäss wird in das erste Element (20) und in das zweite Element (22), welche die beiden Aussenwände der herzustellenden Hohlschaufel bilden, vor dem Anordnen derselben zu einer Sandwichstruktur mit dem dritten Element (21) jeweils mindestens eine kerbminimierende Struktur eingebracht.

Description

Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln, insbesondere für Gasturbinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Moderne Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Gewicht, Leistung, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. In den letzten Jahrzehnten wurden insbesondere auf dem zivilen Sektor Flugtriebwerke entwickelt, die den obigen Anforderungen voll gerecht werden und ein hohes Maß an technischer Perfektion erreicht haben. Bei der Entwicklung von Flugtriebwerken spielt unter anderem die Werkstoffauswahl, die Suche nach neuen, geeigneten Werkstoffen sowie die Suche nach neuen Fertigungsverfahren eine entscheidende Rolle.
Zur Reduzierung des Gewichts von Gasturbinenbauteilen ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, Schaufeln von Gasturbinen als Hohlschaufeln auszubilden. Die Schaufeln von Gasturbinen tragen nämlich maßgeblich zum Gewicht einer Gasturbine bei. Je stärker das Gewicht der Gasturbine reduziert werden kann, desto günstiger fällt das sogenannte Schub-Gewichtsverhältnis des Flugtriebwerks aus, welches ein entscheidendes Wettbewerbsmerkmal für Flugtriebwerke darstellt.
Ein aus dem Stand der Technik geläufiges Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln ist das sogenannte SPF DB-Verfahren, wobei SPF eine Abkürzung für Super Plastic Forming und DB eine Abkürzung für Diffusion Bonding ist. Beim SPF DB-Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln wird so vorgegangen, dass mindestens drei Elemente sandwichartig übereinander angeordnet, durch Diffusionsschweißen zumindest abschnittsweise miteinander verbunden und im Anschluss durch Aufblähen bzw. Aufblasen superplastisch umgeformt werden. Dabei bildet ein erstes Element eine erste Außenwand der herzustellenden Hohlschaufel, ein zweites Element bildet eine zweite Außenwand der herzustellenden Hohlschaufel und ein drittes Elemente, welches vor dem Diffusionsschweißen in Sandwichstruktur zwischen dem ersten und dem zweiten Element angeordnet wird, bildet ein zwischen den beiden Außenwänden verlaufendes Mittelelement der herzustellenden Hohl- schaufei. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten SPF DB-Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln können sich innerhalb der Hohlschaufel innere Kerben ausbilden, die sich festigkeitsmindemd auswirken. Dies ist von Nachteil.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln vorzuschlagen.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das eingangs genannte Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß wird in das erste Element und in das zweite Element, welche die beiden Außenwände der herzustellenden Hohlschaufel bilden, vor dem Anordnen derselben zu einer Sandwichstruktur mit dem dritten Element jeweils mindestens eine kerbminimierende Struktur eingebracht. Mit dem hier vorliegenden, erfindungsgemäßen Verfahren wird ein SPF DB-Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln vorgeschlagen, wobei die Hohlschaufel keine festigkeitsmindernde, innere Kerben aufweist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die oder jede kerbminimierende Struktur in eine Innenseite des ersten Elements und des zweiten Elements derart eingebracht, dass die Elemente in einem mittleren Abschnitt über eine geringere Materialdicke verfügen als in seitlichen Abschnitten. Die Elemente weisen zwischen dem mittleren Abschnitt und den seitlichen Abschnitten ein kontinuierliches bzw. stetiges Übergangsprofil auf.
Vorzugsweise wird der zum Diffusionsschweißen benötigte Druck derart bereitgestellt, dass beim Diffusionsschweißen das erste Element und das zweite Element im Bereich des oder jeden kontinuierlichen bzw. stetigen Übergangsprofils derart beaufschlagt werden, dass sich nach dem Diffusionsschweißen im Bereich des oder jeden Übergangsprofils eine Nut ausbildet.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematisierte Darstellung zur Verdeutlichung eines Verfahrens nach dem
Stand der Technik zur Herstellung von Hohlschaufeln;
Fig. 2 eine weitere schematisierte Darstellung zur Verdeutlichung des Verfahrens nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Hohlschaufeln;
Fig. 3 eine weitere schematisierte Darstellung zur Verdeutlichung des Verfahrens nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Hohlschaufeln;
Fig. 4 eine schematisierte Darstellung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur H erst eilung von Hohlschaufeln;
Fig. 5 eine weitere schematisierte Darstellung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Hohlschaufeln; und
Fig. 6 eine weitere schematisierte Darstellung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Hohlschaufeln.
Bevor nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 6 das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln im Detail beschrieben wird, soll vorab zur Verdeutlichung der Unterschiede zwischen dem Stand der Technik und der hier vorliegenden Erfindung das aus dem Stand der Technik bekannte SPF DB-Verfahren zum Herstellen von Hohlschaufeln beschrieben werden.
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten SPF {Super Plastic Forming) DB (Diffusion Bonding)-Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln wird so vorgegangen, dass drei plat- tenförmige bzw. blechförmige Elemente 10, 1 1 und 12 sandwichartig übereinander angeordnet werden, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten, plattenförmigen Elementen 10 und 1 1 sowie 1 1 und 12 Rahmenelemente bzw. Rahmenleisten 13 positioniert werden. Diese Sandwichstruktur zeigt Fig. 1, wobei in den Bereichen, in welchen zwischen jeweils zwei benachbarten Elementen 10 und 1 1 sowie 1 1 und 12 keine Rahmenleisten 13 positioniert sind, Hohlräume 14 ausgebildet sind.
Nach dem Stand der Technik werden die so in Sandwichstruktur übereinander angeordneten Elemente 10, 1 1, 12 und 13 durch Diffusionsschweißen zumindest abschnittsweise miteinander verbunden. Hierzu wird die Sandwichstruktur der Fig. 1 in einer entsprechen- den Vorrichtung 15 positioniert und ein zum Diffusionsschweißen erforderlicher Druck wird an die Sandwichstruktur angelegt. Die Elemente 10, 1 1, 12 und 13 werden unter Einwirkung des Drucks, der durch Pfeile 16 visualisiert ist, zumindest abschnittweise miteinander diffusionsverschweißt. Dies zeigt Fig. 2.
So dann wird gemäß Fig. 3 nach dem Stand der Technik das diffusionsverschweißte Paket aus den Elementen 10 bis 13 durch Aufblähen bzw. Aufblasen superplastisch umgeformt. Hierzu wird in das diffusionsverschweißte Paket aus den Elementen 10, 1 1, 12 und 13 im Sinne der Pfeile 17 Gas eingeleitet. Beim superplastischen Umformen werden die Elemente 10 und 12 in eine Form gebracht, die dem gewünschten Schaufelprofil der Hohlschaufel entspricht. Dieses Schaufelprofil ist zur Bereitstellung einer Saugseite sowie Druckseite der Schaufel gewölbt. In Fig. 3 verlaufen aus Gründen einer einfacheren Darstellung die beiden Elemente 10 und 1 2, welche die Außenwände der herzustellenden Hohlschaufel bilden, nach dem Aufblähen bzw. superplastischen Umformen parallel zueinander.
Wie Fig. 3 entnommen werden kann, nimmt das zwischen den beiden als Außenwänden dienenden Elementen 10 und 1 2 verlaufende Element 1 1 eine mäanderförmige Struktur im Bereich zwischen den Rahmenleisten 13 an. Wie Fig. 3 entnommen werden kann, ist das zwischen den als Außenwänden dienenden Elementen 10 und 12 verlaufende Element 1 1 abschnittweise mit einem der beiden als Außenwände dienenden Elemente 10 und 12 verbunden. In den Abschnitten, in welchen das Mittelelement 1 1 nicht mit einem der beiden Elemente 10 und 12 verbunden ist, verläuft das Element 1 1 nach dem superplastischen Umformen zickzackartig bzw. mäanderartig zwischen den die beiden Außenwänden bildenden Elementen 10 und 12. Um das teilweise bzw. abschnittsweise Verbinden des Mittelelements 1 1 mit den beiden Elementen 10 und 12 im Sinne der Fig. 3 zu gewährleisten, ist das Mittelelement 1 1 abschnittsweise mit einer Antidiffusionsschicht beschichtet, wobei im Bereich der Antidiffusionsschicht keine Verbindung des Mittelelements 1 1 mit den Elementen 10 bzw. 12 erfolgt.
Wie Fig. 3 entnommen werden kann, bilden sich beim Stand der Technik in einem Übergangsbereich zwischen den Elementen 10 und 12 und den Rahmenleisten 13 Kerben 19 aus, welche die Festigkeit der hergestellten Hohlschaufel beeinträchtigen. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 6 das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln beschrieben. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung werden drei Elemente 20, 21 und 22 wiederum sandwichartig übereinander angeordnet, durch Diffusionsschweißen zumindest abschnittsweise miteinander verbunden und im Anschluss an das Diffusionsschweißen superplastisch umgeformt. Ein erstes Element 20 bildet eine erste Außenwand der herzustellenden Hohlschaufel, ein zweites Element 22 bildet eine zweite Außenwand der herzustellenden Hohlschaufel und ein drittes Element 21 bildet ein Mittelelement, welches zwischen den beiden Außenwänden der herzustellenden Hohlschaufel verläuft.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung werden in das erste Element 20 sowie in das zweite Element 22, welche die beiden Außenwände der herzustellenden Hohlschaufel bilden, vor dem Anordnen derselben zu einer Sandwichstruktur mit dem dritten Element 21 kerbminimierende Strukturen eingebracht. Die kerbminimierenden Strukturen werden dabei jeweils in eine Innenseite 23 bzw. 24 der beiden Elemente 20 bzw. 22 eingebracht. Fig. 4 zeigt, dass nach dem Anordnen der Elemente 20, 21 und 22 zur Sandwichstruktur die Innenseiten 23 und 24 dem mittleren Element 21 zugewandt sind.
Bei den kerbminimierenden Strukturen handelt es sich um Ausnehmungen 25 und 26. Die Ausnehmungen 25 und 26 erstrecken sich flächig auf der jeweiligen Innenseite 23 bzw. 24 der Elemente 20 bzw. 22. Die Ausnehmungen 25 und 26 werden derart in die Innenseiten 23 und 24 der Elemente 20 und 22 eingebracht, dass die Elemente 20 und 22 in einem mittleren Abschnitt 27 bzw. 28 über eine geringere Materialdicke bzw. Querschnittsfläche verfügen als in seitlichen Abschnitten 29 bzw. 30. In einem Übergangsbereich zwischen dem mittleren Abschnitt 27 bzw. 28 und den seitlichen Abschnitten 29 bzw. 30 weisen die Ausnehmungen 25 bzw. 26 ein kontinuierliches bzw. stetiges Übergangsprofil 31 auf. Die Übergangsprofile 31 sind im Querschnitt kreisbogenförmig bzw. ellipsenbogenförmig ausgebildet. Die Ausnehrnungen 25 bzw. 26 werden insbesondere durch Fräsen in die Innenseiten 23 und 24 der Elemente 20 und 22 eingearbeitet. Gemäß Fig. 4 werden derart ausgestaltete Elemente 20 bis 22 zu einer Sandwichstruktur übereinander angeordnet, wobei, wie bereits erwähnt, die Innenseiten 23 bzw. 24 mit den Ausnehmungen 25 bzw. 26 dem Mittelelement 21 gegenüberliegen.
Eine derart ausgestaltete Sandwichstruktur wird dann durch Diffusionsschweißen zumindest abschnittsweise bzw. bereichsweise miteinander diffusionsverschweißt. Hierzu wird im Sinne der Pfeile 32 wieder ein entsprechender Druck an die Sandwichstruktur angelegt. Der zum Diffusionsschweißen benötigte Druck wird derart bereitgestellt, dass sich nach dem Diffusionsschweißen im Bereich der Übergangsprofile 31 eine Nut 33 ausbildet. Um ein Einfallen der Nuten 33 während des Diffusionsschweißens zu verhindern, wird der zum Diffusionsschweißen benötigte Druck vorzugsweise durch eine mechanische Presse bereitgestellt, die den im Bereich der Übergangsprofile 31 eingebrachten Druck begrenzt. Fig. 5 zeigt die sich nach dem Diffusionsschweißen ausbildende Struktur sowie die Nuten 33, die sich nach Diffusionsschweißen im Bereich der Übergangsprofile 31 ausbilden.
Die auf die obige Art und Weise diffusionsverschweißte Anordnung aus den Elementen 20 bis 22 wird dann anschließend durch Aufblähen bzw. Aufblasen wiederum superplastisch umgeformt. Hierzu wirkt im Sinne der Pfeile 34 wiederum Druck auf die Innenseiten 23 und 24 der Elemente 20 und 22, was dadurch erreicht wird, dass in die diffusionsverschweißte Struktur Gas eingeleitet wird. Nach dem superplastischen Umformen liegt eine kerbfreie Struktur der Hohlschaufel insbesondere im Bereich der Übergangsprofile 31 vor (siehe Fig. 6).
Das erfindungsgemäße Verfahren im Sinne der Fig. 4 bis 6 unterscheidet sich von dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren im Sinne der Fig. 1 bis 3 demnach dadurch, dass speziell ausgebildete Elemente 20 und 22, die später die Außenwände der herzustellenden Hohlschaufel bilden, bereitgestellt werden. Auf diese Weise können einerseits festigkeitsmindemde Kerben innerhalb der Hohlschaufel vermieden werden, andererseits kann auf separat ausgebildete Rahmenleisten verzichtet werden. Die Funktion der nach dem Stand der Technik erforderlichen Rahmenleisten übernehmen beim erfindungsgemäßen Verfahren die seitlichen Abschnitte 29 bzw. 30 der Elemente 20 bzw. 22. Hier- durch kann das Herstellverfahren gegenüber dem Stand der Technik deutlich vereinfacht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln, insbesondere für Gasturbinen wie Flugtriebwerke, wobei mindestens drei Elemente (20, 21, 22) sandwichartig übereinander angeordnet, durch DifFusionsschweißen zumindest abschnittsweise miteinander verbunden und im Anschluss durch Aufblähen superplastisch umgeformt werden, sodass ein erstes Element (20) eine erste Außenwand der herzustellenden Hohlschaufel, ein zweites Element (22) eine zweite Außenwand der herzustellenden Hohlschaufel und ein drittes Element (21) ein zwischen den beiden Außenwänden verlaufendes Mittelelement der herzustellenden Hohlschaufel bildet, dadurch gekennzeichnet, dass in das erste Element (20) und in das zweite Element (22), welche die beiden Außenwände der herzustellenden Hohlschaufel bilden, vor dem Anordnen derselben zu einer Sandwichstruktur mit dem dritten Element (21) jeweils mindestens eine kerbminimierende Struktur eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede kerbminimierende Struktur in eine Innenseite (23, 24) des ersten Elements (20) und des zweiten Elements (22) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (20) und das zweite Element (22) derart zusammen mit dem dritten Element (21 ) zu einer Sandwichstruktur angeordnet werden, dass die Innenseiten (23, 24) von erstem Element (20) und zweitem Element (22) mit den kerbminimierenden Strukturen dem dritten Element (21) zugewandt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als kerbminimierende Struktur in die Innenseiten (23, 24) des ersten Elements (20) und des zweiten Elements (22) jeweils eine Ausnehmung (25, 26) eingebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine flächige Ausnehmung (25, 26) in die Innenseite (23, 24) des ersten Elements (20) und des zweiten Elements (22) eingebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25, 26) derart in die Innenseite (23, 24) des ersten Elements (20) und des zweiten Elements (22) eingebracht werden, dass die Elemente (20, 22) in einem mittleren Abschnitt (27, 28) über eine geringere Materialdicke verfügen als in seitlichen Abschnitten (29, 30).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25, 26) derart in die Innenseite (23, 24) des ersten Elements (20) und des zweiten Elements (22) eingebracht werden, dass die Elemente (20, 22) zwischen dem mittleren Abschnitt (27, 28) und den seitlichen Abschnitten (29, 30) ein kontinuierliches bzw. stetiges Übergangsprofil (31) aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche bzw. stetige Übergangsprofil (31) im Querschnitt kreisbogenförmig oder ellipsenbogenförmig ausgebildet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25, 26) durch Fräsen in die Innenseiten (27, 28) von erstem Element (20) und zweitem Element (22) eingebracht werden.
0. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Diffusionsschweißen benötigte Druck derart bereitgestellt wird, dass beim Diffusionsschweißen das erste Element (20) und das zweite Element (22) im Bereich des oder jeden kontinuierlichen bzw. stetigen Übergangsprofils (31) derart beaufschlagt werden, dass sich nach dem Diffusionsschweißen im Bereich des oder jeden Übergangsprofils (31) eine Nut (33) ausbildet.
1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck durch eine mechanische Presse bereitgestellt wird.
EP04802965A 2004-01-12 2004-12-21 Verfahren zur herstellung von hohlschaufeln Withdrawn EP1708833A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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