WO2009112400A1

WO2009112400A1 - Hohlgegossenes gussteil

Info

Publication number: WO2009112400A1
Application number: PCT/EP2009/052524
Authority: WO
Inventors: Martin Balliel; Christoph Didion; Thomas Duda; Marcel Koenig
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2009-09-17
Also published as: EP2252418A1; US20110056648A1; US8721284B2

Abstract

Beschrieben wird ein hohlgegossenes Gussteil (G), das wenigstens eine fertigungstechnisch bedingte Kernöffnung (1) mit einem die Kernöffnung (1) verschließenden Verschlussmittel (3) vorsieht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Verschlussmittel (3) axial zur Kernöffnung (1) in die Kernöffnung (1) einführbar ist und wenigstens einen Flächenbereich (4") vorsieht, der in axialer Projektion zur Kernöffnung (1) mit einem dem Gussteil (G) zugewandten Flächenbereich des Gussteils zur Anlage bringbar ist, und dass der Flächenbereich radial außerhalb einer durch die Kernöffnung (1) vorgegebenen Querschnittsfläche liegt.

Description

Hohlgegossenes Gussteil

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein hohlgegossenes Gussteil, das wenigstens eine fertigungstechnisch bedingte Kernöffnung mit einem die Kernöffnung verschließenden Ver- Schlussmittel vorsieht.

Stand der Technik

Die Herstellung von Gussteilen hoher Präzision erfordert eine stabile Abstützung von Gusskernen innerhalb einer Gussform. Die hierfür erforderlichen sogenannten Kernstützen führen im Wege des Gießvorganges zu innerhalb der Gussteilwände verbleibenden Öffnungen, die in den meisten Anwendungsfällen unerwünschte Gussteilschwächungen, aber insbesondere auch unerwünschte Leckagestellen darstellen. Insbesondere sei in diesem Zusammenhang auf die Herstellung von gekühlten Turbinenschaufeln verwiesen, in deren Inneren komplex gestaltete Luftkanäle eingearbeitet sind, die zur Vermeidung von unerwünschten Kühlmittelverlusten gasdicht in der Turbinenschaufel auszubilden sind. Zur Herstellung der inneren Struktur derartiger Schaufeln müssen Gusskerne sehr genau und stabil in der Gussform fixiert wer- den, wobei die im wesentlichen in Schaufellängsrichtung orientierten Gusskerne zweiseitig, d.h. auf der Seite des Schaufelfusses und auf der Seite des Schaufelkopfes, mittels relativ groß dimensionierten Kernstützen fixiert werden, die wiederum große Kernöffnungen im fertig gegossenen Gussteil zur Folge haben, die jedoch nicht alle für eine ordnungsgemäße Funktion des Gussteils erwünschten Kernöffnun- gen darstellen. So sind beispielsweise bei einer gekühlten Gasturbinenschaufel relativ groß dimensionierte Öffnungen am Schaufelfuss erwünscht, um Kühlluft in das Schaufelinnere zu- oder auch wieder abzuführen, doch stellen insbesondere Öffnungen am Schaufelkopf bzw. Schaufelblattende unerwünschte Öffnungen dar, durch die schädliche Kühlluftleckagen auftreten. Ein nachträgliches Verschließen von derartigen, insbesondere im Schaufelblattendbereich vorgesehenen, giesstechnisch bedingten Kernöffnungen bedarf einer großen Sorgfalt und der Berücksichtigung der Betriebsbedingungen, denen die Schaufel ausgesetzt ist. So gilt es den Verschluss hitzebeständig, temperaturwechselbeständig und stabil genug gegenüber den bei Laufschaufeln auftretenden Fliehkräften auszubilden.

Wünschenswert wäre es, einerseits aus fertigungstechnischen Überlegungen möglichst große Kernstützen einzusetzen, die jedoch zu großen Kernöffnungen auch an unerwünschten Bereichen des Gussteils führen, andererseits gilt es eben jene großdimensionierten Kernöffnungen zuverlässig zu verschließen. Die in der einschlägigen Literatur bekannt gewordenen Verschlussmechanismen sind bei der Anwendung an thermisch hochbelasteten Turbinenschaufeln problematisch: So wird beispielsweise in der DE 39 36 171 A1 vorgeschlagen, Kernöffnungen mittels Auftragsschweißen zu verschließen. Hierbei besteht jedoch die latente Gefahr, dass sich das aufgesetzte Verschlussstück, das im Wege einer Schweißverbindung mit dem Gussteil verbunden ist, vom Gussteil ablöst und die zuvor verschlossene Öffnung wieder freigibt. Hierdurch entstehende Folgeschäden, insbesondere in Verbindung mit derartig verschlossenen Laufschaufeln in Rotoranordnungen von Gasturbinenanlagen, sind er- heblich.

In den Druckschriften US 2,821 ,323 sowie DE 44 34 139 C1 werden axial in die Kernöffnung eingetriebene Verschlusspfropfen zum Verschließen der Kernöffnungen vorgeschlagen, jedoch kann die damit verbundene Gefahr eines Fliehkraft-bedingten Ablösens der entsprechenden Verschlusspfropfen, gegebenenfalls zusätzlich unterstützt durch auftretende thermische Differenzdehnungen zwischen Verschlusspfropfen und Gussteil, nicht beseitigt werden.

Zur Vermeidung einer möglicherweise betriebsbedingten Ablösung eines vorstehend bezeichneten Verschlusspfropfens aus der Kernöffnung eines Gussteils, vorzugsweise einer rotierenden Gasturbinenschaufel, wird in der DE 199 05 887 C1 vorgeschlagen, ein die Kernöffnung im Gussteil verschließendes Verschlussstück längs einer Aussparung einzubringen, die sich quer zu der zu verschließenden Kernöffnung in- nerhalb des Gussteils erstreckt. Eine derartige Maßnahme setzt jedoch neben der bereits bestehenden Kernöffnung innerhalb des Gussteils einen weiteren lokalen Materialabtrag an diesem voraus, durch den das Gussteil weiter mechanisch geschwächt wird.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein hohlgegossenes Gussteil, das wenigs- tens eine fertigungstechnisch bedingte Kernöffnung mit einem die Kernöffnung verschließenden Verschlussmittel vorsieht, derart auszubilden, dass einerseits die Gefahr eines betriebsbedingten Loslösens des Verschlussmittels vom Gussteil auszuschließen ist und andererseits die hierfür erforderlichen Maßnahmen das Gussteil keineswegs zu schwächen vermögen. Insbesondere gilt es zusätzliche Struktur- Schwächungen innerhalb des Gussteils zu Zwecken einer sicheren Verankerung des Verschlussmittels innerhalb der Kernöffnung des Gussteils zu vermeiden.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Eine alternative Maßnahme ist Gegenstand des Anspruches 17. Merkmale, die in der Lage sind, das lösungsgemäß ausgebildete hohlgegossene Gussteil vorteilhaft weiterzubilden, sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele beschrieben.

Lösungsgemäß zeichnet sich ein hohlgegossenes Gussteil, das wenigstens eine fertigungstechnisch bedingte Kernöffnung mit einem die Kernöffnung verschließenden Verschlussmittel vorsieht, dadurch aus, dass das Verschlussmittel axial zur Kernöffnung in die Kernöffnung einführbar ist und wenigstens einen Flächenbereich vorsieht, der in axialer Projektion zur Kernöffnung mit einem dem Gussteil zugewandten Flächenbereich des Gussteils zur Anlage bringbar ist. Hierbei kommt das Verschlussmittel mit einem Flächenbereich des Gussteils zur Anlage, der sich radial außerhalb einer durch die Kernöffnung vorgegebenen Querschnittsfläche erstreckt. Die der Erfindung zugrunde liegende Idee betrifft den Verschluss einer fertigungsbedingten Kernöffnung ohne dabei den Gussteilbereich um die Kernöffnung durch zusätzlichen Materialabtrag zu schwächen, wobei ein Verschlussmittel axial in die Kernöffnung eingesetzt wird und vermittels einer Pressverbindung einen sicheren und gasdichten Abschluss der Kernöffnung gewährleistet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des lösungsgemäßen hohlgegossenen Gussteils sind die Kernöffnung und das Verschlussmittel derart ausgebildet, dass die Kernöffnung im Wege eines Bajonettverschlusses verschlossen und abgedichtet wird.

Alternativ zur Realisierung eines Bajonett-Verschlusses ist eine gleichsam wirksame und besonders einfache Realisierungsform für den Verschluss einer Kernöffnung im Vorsehen einer die Kernöffnung inwandig umgebenden Gewindestruktur mit einem in diese in Eingriff bringbaren Schraubenmittel, vorzugsweise in Form einer Madenschraube, zu sehen. Diese kann gleichfalls auch wie das vorstehende als Bajonett- verschluss ausgebildete Verschlussmittel im Wege einer zusätzlichen Stoffschlussverbindung zwischen Verschlussmittel und Gussteil gesichert werden, beispielsweise mittels einer Schweiß- oder Lötverbindung.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante sieht ein Verschlussmittel in Art einer Formscheibe vor, an der einseitig eine stutzenartige Überhöhung vorgesehen ist, deren Form und Größe dem von der Kernöffnung radial umschlossenen Kernöffnungsvolumen nachgebildet ist. Das Verschlussmittel wird axial von innen, d.h. von Seiten des vom Gussteil umschlossenen Hohlraums, in die Kernöffnung eingefügt, wobei die stutzenartige Überhöhung die Kernöffnung zumindest teilweise ausfüllt und die Formscheibe an der radial die Kernöffnung unmittelbar umgebende Gussteilinnenwand anliegt. Zur Fixierung eines derart ausgebildeten Verschlussmittels in der Kernöffnung bestehen grundsätzlich mehrere Möglichkeiten, beispielsweise im Wege einer Verklemmung, vorzugsweise in Form eines Presssitzes, und/oder mittels Schweiß- oder Lötverbindung. Insbesondere in Hinblick auf den Verschluss von Kernöffnungen im Laufschaufelspitzenbereich wirken die auftretenden Fliehkräfte zusätzlich unterstützend für einen innigen Verschluss der Kernöffnung. Ein Ablösen eines als vorstehende Formscheibe ausgebildeten Verschlussmittels kann ausgeschlossen werden, wirken doch die Fliehkräfte eher Verschluss fördernd auf das Verschlussmittel ein. Weitere Einzelheiten zu einer derartigen Realisierungsform können im Weiteren der Beschreibung zu konkreten Ausführungsbeispielen entnommen werden.

Eine weitere, lösungsgemäße Alternative für den Verschluss einer fertigungstechnisch bedingten Kernöffnung in einem hohlgegossenen Gussteil, bei dem die Kernöffnung vorzugsweise einen rechteckförmigen Öffnungsquerschnitt aufweist, sieht als Verschlusselement ein bandförmiges, vorzugsweise aus metallischem Material gefertigtes Mittel vor, das im Wege einer Verformung mit einer an die Kernöffnung an- grenzenden Anlagefläche am Gussteil derart verpressbar ist, dass die Kernöffnung weitgehend fluiddicht durch das Verschlusselement abgeschlossen wird, wobei der Verschlussmechanismus auf der Eigenverformbarkeit des bandförmigen Verschlusselementes und der damit erzeugbaren Presskraft beruht. Weitere Einzelheiten hierzu können wie auch zu den vorstehend skizzierten Lösungsgedanken anhand einem, im folgenden illustrierten Ausführungsbeispiel entnommen werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 a,b Draufsicht auf die Öffnungskontur einer Kernöffnung sowie perspektivische Seitenansicht eines Verschlussmittels,

Fig. 2a,b,c,d Draufsicht auf die Öffnungskontur einer Kernöffnung, Mehr-

Seitendarstellung durch ein alternatives Verschlussmittel,

Fig. 3a,b,c Draufsicht auf eine Kernöffnung sowie Darstellung eines in zwei Hälften aufteilbaren Verschlussmittels,

Fig. 4a,b Querschnittsdarstellung sowie Explosionsdarstellung eines aus Schraube, Beilagscheibe sowie Mutterelement bestehenden Verschlussmittels,

Fig. 5a,b Darstellung eines Verschlussmittels in Form einer Formscheibe mit Montagehilfe,

Fig. 6 Verschlussmittel in Art einer Madenschraube,

Fig. 7a,b Darstellung eines Sicherungsstiftes, sowie

Fig. 8a,b Draufsicht und Querschnittsdarstellung eines bandförmig ausgebildeten Verschlussmittels.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

In Figur 1 a ist die Draufsicht einer Kernöffnung 1 gezeigt, die an der Oberfläche eines Gussteils G angebracht ist. Insbesondere sei angenommen, dass die Kernöffnung 1 an der stirnseitigen Oberfläche einer Lauf- oder Leitschaufel einer Strö- mungsrotationsmaschine angebracht ist. Die Kernöffnung 1 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Querschnittsfläche auf, die sich aus einer Kreisfläche 1 ' und jeweils zwei beidseitig symmetrisch zur Kreisflächel ' angrenzenden Ringsektorflächen 1 " zusammensetzt. Die in Figur 1 a gezeigte Kernöffnung 1 kann grundsätzlich bündig zur Oberfläche des Gussteils G ausgebildet sein, oder wie im Fall gemäß Bilddarstellung in Figur 1 a an einer gegenüber der Gussteiloberfläche zurückversetzten so genannten Fügefläche 2 angrenzen von einem kreisförmigen Umfangsrand 2' umfasst ist. Ferner sei angenommen, dass der außerhalb des Umfangsrandes 2' angrenzende Flächenbereich der Oberfläche des Gussteils G entspricht, wohingegen der Fügebereich 2 über eine längs des Umfangsrandes 2' verlaufende Konturstufe ein gegenüber der Oberfläche des Gussteils G abgesenktes Oberflächenniveau besitzt. Die Kernöffnung 1 erstreckt sich mit gleichbleibender Querschnittsfläche durch die die Kernöffnung umgebende Gussteilwand. Zum Verschluss der in Figur 1 a gezeigten Kernöffnung 1 dient das in Figur 1 b dargestellte Verschlussmittel 3, das in Art eines Bajonett-Verschlusses ausgebildet ist und über einen Fußteil 4, einem Mittelteil 5 sowie einen Kopfteil 6 verfügt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass das Verschlussmittel 3 einstückig gefer- tigt ist, gleichwohl ist es möglich, das Verschlussmittel 3 auch aus jeweils unterschiedlichen Materialien zur fertigen.

Das Mittelteil 5 des Verschlussmittels 3 ist in Art eines Voll- oder Hohlzylinders ausgebildet und weist in Folge dessen einen kreisförmigen Querschnitt auf, der mit dem in die Kernöffnung 1 einbeschreibbaren kreisförmigen Querschnitt 1 ' übereinstimmt. Das Fußteil 4 besteht aus zwei ringsegmentartig ausgebildeten Kragen 4', die in Ergänzung mit dem zylinderartig ausgebildeten Mittelteil 5 in axialer Projektion einen Gesamtquerschnitt ergeben, der der in Figur 1 a dargestellten Querschnittsfläche der Kernöffnung 1 entspricht. Durch das Mittelteil 5 vom Fußteil 4 axial beabstandet ist das Kopfteil 6 vorgesehen, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, der gleich oder kleiner ist als jene Kreisfläche, die vom Umfangsrand 2' umfasst ist. Zusätzlich ist in das Kopfteil 6 eine schlitzförmige Ausnehmung 7 eingearbeitet, die für den Eingriff eines Schraubendrehers geeignet ist, um das Verschlussmittel 3 nach entsprechend in die Kernöffnung versenktem Einfügen innerhalb der Kernöffnung 1 zu ver- drehen. Das Kopfteil 6 ist kreisscheibenförmig ausgebildet und weist eine Scheibendicke d auf, die der Stufentiefe entspricht, mit der die Fügefläche 2 gegenüber der Oberfläche des Gussteils längs des Umfangsrandes 2' abgesenkt ist. Ferner verfügt das Mittelteil 5 über eine axiale Erstreckung D, über die das Kopfteil 6 vom Fußteil 4 beabstandet ist, die wenigstens jener Materialdicke entspricht, die das Gussteil im Bereich der Kernöffnung 1 als Wandstärke aufweist. Anhand der Figur 1 b kann ferner ersehen werden, dass der Kragen 4' eine abgeschrägte Flanke 8 vorsieht, die ein erleichtertes Untergreifen der Kragen 4' im Inneren des Gussteils durch entsprechendes Verdrehen des Verschlussmittels 3 unterhalb der Fügeflächen 2 ermöglicht. Eine entsprechende abgeschrägte Flanke weisen in Bilddarstellung gemäß Figur 1 b beide Kragen 4' auf.

Für ein Verschließen der in Figur 1 a dargestellten Kernöffnung 1 wird das in Figur 1 b gezeigte Verschlussmittel 3 axial von oben in die Kernöffnung eingesetzt, so dass die Oberfläche des Kopfteils 6 bündig mit der Oberfläche des Gussteils G abschließt. Im Weiteren wird das Verschlussmittel 3 mit einem geeigneten Schraubendreher um 90^Q verdreht, so dass die Kragen 4' des Fußteils 4 unter die in Figur 1 a dargestellten Fügeflächen 2 gelangen und somit einen bajonett-artigen Verschluss bilden. Durch ei- nen zusätzlichen Stoffschluss, beispielsweise im Wege eines Löt- oder Schweißvorganges, ist es möglich, das Verschlussmittel 3 gegen unkontrolliertes Verdrehen innerhalb der Kernöffnung 1 zu sicheren. Eine Lötung kann vorteilhaft zwischen der Fügefläche 2 und den Kragen 4', dem Kopfteil 6 und Mittelteil 5 erfolgen, als Option auch zwischen dem Umfangsrand 2' und dem Umfangsrand des Kopfteils 6. Als wei- tere Option sichert zusätzlich ein stiftartiges Sicherungselement 23a das Verschlussmittel 3 mechanisch gegen Verdrehen innerhalb der Kernöffnung 1. Dazu weist das Kopfteil 6 und die Fügefläche 2 am peripheren Umfangsrand je eine nut- förmige Ausnehmung 9 auf, welche nach Verdrehen des Verschlussmittels 3 übereinander liegen, und in die das Sicherungselement 23a eingefügt werden kann.

Der lösungsgemäße Verschlussmechanismus basiert somit auf einem innigen Formbzw. Kraftschluss zwischen den axial nach oben orientierten Flächenbereichen 4" der Kragen 4', die in Anlage mit den axial zum Gussteil gerichteten Flächenbereichen der Fügeflächen 2 gebracht sind. Somit ist es unmöglich, dass sich selbst bei auftre- tenden Fliehkräften das Verschlussmittel 3 aus der Kernöffnung 1 zu lösen vermag.

In Figur 2a ist die Draufsicht einer alternativen Ausbildung für eine Kernöffnung 1 dargestellt, die gleichfalls wie im Fallbeispiel gemäß Figur 1 a an der spitzen Oberseite einer Gasturbinenbeschaufelung, beispielsweise einer Laufschaufel L vorgesehen ist. Wieder setzt sich die Querschnittsfläche der Kernöffnung 1 aus einer Kreisfläche 1 ' sowie zwei seitlich an die Kreisfläche 1 ' unmittelbar angrenzenden Ringsegmentflächen 1 " zusammen. Die Fügeflächen 2, die ringsegmentartig ausgebildet sind und in der Draufsicht gemeinsam mit der Querschnittsfläche der Kernöffnung 1 eine Kreisfläche ergeben, die von dem Umfangsrand 2' eingefasst ist, sind gleichsam dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 gegenüber der Oberfläche der Laufschaufel L abgesenkt. Zum Verschluss der in Figur 2a dargestellten Kernöffnung 1 ist ein Verschlussmittel 3 vorgesehen, das in perspektivischer Darstellung in Figur 2b darge- stellt ist. In Figur 2c ist eine Längsschnittdarstellung und in Figur 2d eine Schnittbildzeichnung längs des in Figur 2c angedeuteten Schnittes AA gezeigt.

Das Verschlussmittel 3 weist zwei ringsegmentartig ausgebildete Kragen 4' auf, die im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 jeweils eine Kragenseitenkante 41 aufweisen, die gemeinsam längs einer Achse 10 liegen. Ferner sieht jeder Kragen 4' eine sich radial erstreckende rippenartig ausgebildete Überhöhung 1 1 längs der Kragenkante 41 auf, die sich über den Flächenbereich 4" des jeweiligen Kragens 4' erhebt. Die rippenartige Überhöhung 1 1 dient als mechanische Sicherung gegen ein unkontrolliertes Verdrehen des Verschlussmittels 3 innerhalb der Kernöffnung 1 in der folgenden Weise: Das Verschlussmittel 3 wird axial in die Kernöffnung 1 entsprechend fluchtend mit der Kernöffnungskontur eingefügt, bis das Kopfteil 6 bündig mit der Oberfläche der Laufschaufel L abschließt. Im Kopfteil 6 sind im Um- fangsrand zwei diametral gegenüberliegende Ausnehmungen 12 vorgesehen, in die ein entsprechendes Drehwerkzeug in Eingriff gebracht werden kann, um das Verschlussmittel 3 innerhalb der Kernöffnung 1 um 180^Q zu verdrehen. Hierbei gelangen die rippenartigen Überhöhungen 1 1 in Anschlag mit den Begrenzungskanten 2" der oberen Fügefläche 2. Während des Verdrehens ist es erforderlich, dass die rippenartige Überhöhung 1 1 beider Kragen 4' jeweils in axialer Blickrichtung unter die Fü- geflächen 2 gelangen, dies ist beispielsweise durch eine elastische Form- und Materialwahl der Kragen 4' zu realisieren. Bei Erreichen der Verschlussstellung grenzen die rippenartig ausgebildeten Überhöhungen 1 1 unmittelbar an den Seitenkanten 2" der oberen Fügefläche 2 an und bilden mit Ihnen einen Kraft- und Formschluss aus, durch den das Verschlussmittel 3 gegen ein unkontrolliertes Verdrehen aus der Ver- Schlussposition gehindert wird.

Eine weitere Ausführungsform zur lösungsgemäßen Ausbildung eines Verschlussmittels ist in Figur 3a bis c dargestellt. Grundsätzlich gilt es die Kernöffnungen möglichst klein auszubilden, um eine öffnungsbedingte Schwächung des Gussteils zu reduzie- ren. Die in Figur 3a dargestellte Kernöffnung 1 weist eine gegenüber den in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Kernöffnungen kleinere Querschnittsfläche auf. So setzt sich die Kernöffnung 1 gemäß Figur 3a lediglich aus einer Kreisfläche 1 ' und einer einzigen ringsegmentartig ausgebildeten Fläche 1 " zusammen. Um ein axiales Einfügen eines Verschlussmittels 3 in die in Figur 3a dargestellte Kernöffnung 1 zu ermöglichen, ist es entweder möglich, ein Verschlussmittel derart auszubilden, dass im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 b nur über einen einzigen Kragen 4' verfügt. Ein derartiges Verschlussmittel würde bei Untergreifen des Kra- gens 4' unterhalb der Fügefläche 2 unsymmetrisch einseitig belastet werden. Fraglich ist, ob eine derartige Unsymmetrie dauerhaft den Belastungen standhalten kann. In vorteilhafter weise wird daher vorgeschlagen ein Verschlussmittel gemäß Figur 3b und c auszubilden, das gleichsam dem in Figur 1 b dargestellten Verschlussmittel 3 zwei symmetrisch gegenüberliegende Kragen 4' vorsieht. Figur 3b zeigt hierzu eine Schnittansicht durch das Mittelteil 5 in axialer Blickrichtung auf die Kragen 4'. Figur 3c zeigt eine perspektivische Ansicht des Verschlussmittels 3. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 b ist das Verschlussmittel 3 gemäß den Figuren 3b und c mittig halbiert, so dass das Verschlussmittel 3 aus zwei symmetrisch ausgebildeten Hälften 13, 14 zusammensetzbar. Zum Verschließen der in Figur 3a dar- gestellten Kernöffnung 1 werden die beiden Hälften 13, 14 nacheinander durch die entsprechende Kernöffnung 1 axial derart gefügt, dass zunächst die Hälfte 13 axial eingesetzt wird und um 180^Q verdreht wird, anschließend wir die zweite Hälfte 14 in die verbleibende Kernöffnung 1 eingefügt. Schließlich werden dann beide Hälften 13, 14 um 90^Q verdreht, so dass beide Kragen 4' unter die Fügefläche 2 gelangen und einen symmetrischen Form- und Kraftschluss mit den Unterseiten der Fügefläche 2 herstellen.

Zur Verdrehsicherung werden beide Hälften 13, 14 mit dem Gussteil zumindest an den im Kopfteil 6 vorgesehenen nutförmigen Ausnehmungen 9 verlötet bzw. ver- schweißt.

In Figur 4a und b ist im Unterschied zu den vorstehend erläuterten Verschlussmitteln, die auf dem Bajonettverschluss-Prinzip basieren, ein alternativer Verschlussmechanismus erläutert. Figur 4a zeigt einen Querschnitt durch eine Gussteilwand G in der eine Kernöffnung 1 eingebracht ist. Zum Verschluss der Kernöffnung 1 sieht das

Verschlussmittel, das in Art einer Explosionsdarstellung in Figur 4b dargestellt ist, ein Element in Art einer Formscheibe 15 vor, an der einseitig eine stutzenartige Überhöhung 16 vorgesehen ist, deren Form und Größe den von der Kernöffnung 1 radial umschlossenen Kernöffnungsvolumen nachgebildet ist. So sei beispielsweise angenommen, dass die stutzenartige Überhöhung 16 würfelartig ausgebildet ist und die Kernöffnung 1 nahezu vollständig auszufüllen vermag (siehe hierzu die Querschnittsansicht gemäß Figur 4a). Die Befestigung der Formscheibe 15 erfolgt axial- wärts von Innen des Gussteils G gegen die Kernöffnung 1 , wobei die Formscheibe 15 die Kernöffnung 1 radial überragt und mit der inneren, die Kernöffnung 1 unmittelbar umgebenden Gussteilwand zur Anlage kommt. Grundsätzlich ist es möglich, die mit der Überhöhung 16 ausgebildete Formscheibe 15 im Wege einer Presssitzpassung und/oder einer zusätzlichen Stoffschlussverbindung, beispielsweise mittels Lö- ten, Schweissen oder Kleben mit der Kernöffnung 1 zu verfügen, um diese letztlich abzudichten. Insbesondere im Falle einer rotierenden Laufschaufel vermögen die auftretenden Fliehkräfte die mit der stutzenartigen Überhöhung 16 ausgebildete Formscheibe 15 in die Kernöffnung 1 zusätzlich zu treiben.

Die in den Figuren 4 a und b dargestellte Ausführungsform sieht jedoch darüber hinaus eine zusätzliche Verschlusssicherung mittels einer Schraubverbindung vor. So füllt eine Beilagscheibe 17 einen gegenüber der Oberfläche des Gussteils G vertieft ausgebildeten Fügebereich derart aus, dass die Beilagscheibe 17 bündig mit der Oberfläche des Gussteils G abschließt. Ein Schraubenmittel 18, das in Eingriff mit einem innerhalb der stutzenartigen Überhöhung 16 vorgesehenen Innengewindes 16' gebracht wird, vermag die Beilagscheibe 17 gegen die von innerhalb des Gussteils G in die Kernöffnung 1 eingefügte Formscheibe 15 axial zu verpressen. Als Verdrehsicherung sieht die Schraube 18 im Schraubenkopfbereich gleichfalls nutförmige Ausnehmungen 9 vor, die für die Einbringung von Löt- oder Schweißmaterial dienen. Durch Kapillarkräfte während der Verflüssigung des Lotmaterials und/oder durch vorheriges Aufbringen von Lötmaterial kann eine Lötung auf den aneinandergren- zenden Flächen der Verschlussmittelkomponenten 15, 16, 17, 18 und des Gussteils G erfolgen.

In Figur 5a ist eine Formscheibe 15 dargestellt, die gleichsam der in Figur 4 dargestellten Formscheibe 15 eine stutzenartige Überhöhung 16 vorsieht, jedoch ist die Formscheibe 15 in Figur 5 a nicht mit einem Innengewinde ausgestattet. Vielmehr ist an der stutzenartigen Überhöhung eine drahtförmige Montagehilfe 19 vorgesehen, mit der es möglich ist, die Formscheibe 15 mit der daran angebrachten stutzenartigen Überhöhung 16 axial von innerhalb des hohlgegossenen Gussteils G in die entsprechend vorgesehene Kernöffnung 1 zu fügen. Eine entsprechende Querschnittsdarstellung ist in Figur 5b dargestellt. Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann die Fügung der Formscheibe 15 mit der stützenartigen Überhöhung 16 innerhalb der Kernöffnung 1 im Wege einer Presssitzpassung erfolgen. Zusätzlich oder alternativ sind Schweiz- oder Lötverbindungen möglich, um einen innigen Halt zwischen der Formscheibe 15 und der stutzenartigen Überhöhung 16 innerhalb der Kernöffnung 1 zu gewährleisten.

In Figur 6 ist ein als Madenschraube 20 ausgebildetes Verschlussmittel dargestellt, die zum Verschluss einer Kernöffnung 1 in ein Innengewinde 21 eingefügt wird, das an der Innenkontur der Kernöffnung 1 vorgesehen ist. Besonders bevorzugt hierbei ist es die Gewindedimensionierung der Madenschraube 20 relativ zum Innengewinde 21 derart vorzunehmen, dass sich ein Zwischenspalt 22 (siehe Detaildarstellung in Figur 6) zwischen beiden Gewindekonturen ausbildet, in den Löt- oder Schweißmaterial möglichst großflächig einfließen kann, um einen sicheren Verdrehschutz für die Madenschraube 20 vorzusehen. Hierfür sieht die Madenschraube 20 für das Einfüllen des Löt- bzw. Schweißmaterials entsprechende Ausnehmungen 9, in welche ausserdem zur Montage ein Drehwerkzeug in Eingriff gebracht werden kann, vor.

In den Figuren 7 a und b ist eine weitere Maßnahme zur Sicherung gegen ein unkontrolliertes Verdrehen eines in eine Kernöffnung 1 eingebrachten Verschlussmittels 3 dargestellt. So sei in Figur 7a angenommen, dass das Gussteil G in Art einer Leit- oder Laufschaufel L ausgebildet ist, die stirnseitig eine Kernöffnung 1 vorsieht. Im Bereich der Kernöffnung 1 ist eine kanalförmige Ausnehmung 22 durch die Leit- oder Laufschaufel L vorgesehen, die quer zur axialen Erstreckung der Kernöffnung 1 verläuft und die Kernöffnung 1 durchragt. Zur Sicherung eines in der Kernöffnung 1 eingebrachten Verschlussmittels ist ein stiftförmig ausgebildetes Sicherungselement 23 vorgesehen, das längs der Kanalöffnung 22 einfügbar ist. Hierzu gilt es auch am Verschlussmittel eine geeignete Ausnehmung vorzusehen, die ein Durchführen des Sicherungselementes 23 ermöglicht. Eine entsprechende Querschnittsdarstellung ist in Figur 7b dargestellt, anhand der die Durchgangsöffnung 22 im Bereich der Kernöffnung 1 nochmals illustriert ist.

In Figur 8 ist ein weiteres Verschlussmittel 3 gezeigt, das im Unterschied zu den vor- stehend erläuterten Verschlussmitteln bandförmig, vorzugsweise in Art eines Metallbandes oder Metallplättchens ausgebildet ist. In Figur 8a ist die Draufsicht auf eine Beschaufelung L einer Strömungsrotationsmaschine gezeigt, in der eine rechteck- förmige Kernöffnung 1 eingebracht ist. Zum Verschluss der Kernöffnung 1 wird als Verschlussmittel ein Metallband 24 verwendet, das in der in Figur 8b dargestellten Weise in die Kernöffnung 1 eingefädelt wird. Die Kernöffnung 1 weist hierzu eine schlitzförmig an die Breite des Metallbandes 4 angepasste Ausnehmung 25 auf, durch die das Metallband 24 axialwärts eingefädelt werden kann. Zudem ist an der Kernöffnung 1 eine Anlagefläche 26 vorgesehen, an die das Metallband 24 konturgetreu angefügt wird. Das Metallband 24 weist eine Metallbandlänge auf, mit der das bandförmige Verschlussmittel 24 in die in Figur 8b gezeigte Form und Ausnehmung der Kernöffnung 1 passgenau einfügbar ist. Durch entsprechende Verformung, insbesondere der oberen Lage des bandförmigen Mittels 24 im Bereich 27 wird dafür Sorge getragen, dass das bandförmige Verschlussmittel kraftschlüssig und im Bereich der Anlagefläche 26 doppellagig eng anliegend die Kernöffnung 1 abschließt. Wiederum dient eine Lötung oder Schweißung zur zusätzlichen Sicherung.

Bezugszeichenliste

Kernöffnung ' Kreisflächenanteil " Kreissegmentanteil Fügefläche, Fügebereich ' Umfangsrand " Fügeflächenkante Verschlussmittel Fußteil ' Kragen " Flächenbereich 1 Kragenseitenkante Mittelteil Kopfteil schlitzförmige Ausnehmung angeschrägtes Flächenteil nutförmige Ausnehmung 0 Achse 1 rippenartige Überhöhung 2 nutförmige Ausnehmung 3,14 Hälfte 5 Formscheibe 6 stutzenartige Überhöhung 6' Innengewinde Beilagscheibe Schraube, Schraubenmittel drahtförmige Montierhilfe Madenschraube Innengewinde kanalförmige Ausnehmung stiftartiges Sicherungselement bandförmiges Verschlussmittel schlitzförmige Ausnehmung Anlagefläche Deformationsbereich

Claims

Patentansprüche

1 . Hohlgegossenes Gussteil, das wenigstens eine fertigungstechnisch bedingte Kernöffnung (1 ) mit einem die Kernöffnung (1 ) verschließenden Verschluss- mittel (3) vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (3) a- xial zur Kernöffnung (1 ) in die Kernöffnung (1 ) einführbar ist und wenigstens einen Flächenbereich (4") vorsieht, der in axialer Projektion zur Kernöffnung (1 ) mit einem dem Gussteil (G) zugewandten Flächenbereich des Gussteils (G) zur Anlage bringbar ist, und dass der Flächenbereich des Gussteils (G) radial außerhalb einer durch die Kernöffnung vorgegebenen Querschnittsfläche liegt.

2. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (3) im Bereich des wenigstens einen Flächenbereiches (4") mit dem Gussteil (G) zumindest eine Kraft- und/oder Formschlussverbindung eingeht.

3. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernöffnung (1 ) und das Verschlussmittel (3) zur Herstellung eines Bajonettverschlusses ausgebildet sind.

4. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (3) in axialer Abfolge ein Fuss-(4), Mittel- (5) und Kopfteil (6) aufweist, dass das Fussteil (4) den wenigstens einen Flächenbereich (4") vorsieht, der nach Durchführung durch die Kernöffnung (1 ) in Anlage mit einem Flächenbereich des Gussteils (G) bringbar ist, dass das Mittelteil (5) stegartig ausgebildet ist und den Fuss- (4) mit dem Kopfteil (6) verbindet, und dass das Kopfteil (6) als ein die Kernöffnung (1 ) radial umragendes Deckelelement ausgebildet ist.

5. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Projektion das Fuß- (4) und Mittelteil (5) einen an die Querschnittsfläche der Kernöffnung (1 ) angepassten gemeinsamen Querschnitt aufweisen.

6. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Projektion das Fussteil (4) wenigstens einen den Querschnitt des Mittelteils (5) radial überragenden, den wenigstens einen Flächenbereich (4") aufweisenden Kragen (4')vorsieht.

7. Hohlgegossenes Gussteil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (4) eine axiale Dicke aufweist, die an wenigstens einer radial verlaufenden Kragenkante abgeschrägt ausgebildet ist.

8. Hohlgegossenes Gussteil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Kragen (4') wenigstens eine sich radial erstreckende, rippenartig ausgebildet Überhöhung (1 1 ) gegenüber dem wenigstens einen Flächenbereich (4") aufweist.

9. Hohlgegossenes Gussteil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Verschlussmittel (3) in zwei Hälften (13, 14) unterteilbar ist, die über einen gemeinsamen, sich axial ersteckenden Längsquerschnitt zusammen fügbar sind.

10. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hälften (13,14) symmetrisch ausgebildet sind und jeweils wenigstens einen Kragen (4') aufweisen, und dass die Querschnittsfläche der Kernöffnung (1 ) nach Form und Größe dem Querschnitt des aus beiden Hälften ergänzten Mittelteils sowie der axialen Projektionsfläche des wenigstens einen Kragens (4') einer Hälfte (13, 14) entspricht.

1 1. Hohlgegossenes Gussteil nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (6) wenigstens eine kerbartige Ausnehmung (9) am Umfangsrand aufweist, die zu Zwecken einer Stoffschlussverbindung, insbesondere Schweiss- oder Lötverbindung dient.

12. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (3) wenigstens ein Element in Art einer Formscheibe (15) aufweist, an der einseitig eine stutzenartige Überhöhung (16) vorgesehen ist, deren Form und Größe einem von der Kernöffnung (1 ) radial umschlossenen Kernöffnungsvolumen nachgebildet ist, und dass die Formscheibe (15) die Überhöhung (16) radial überragt.

13. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die stutzenartige Überhöhung (16) ein Innengewinde (16') vorsieht, in das axial ein Schraubenmittel (18) fügbar ist.

14. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubenmittel (18) einen die Kernöffnung (1 ) radial überragenden Schraubenkopf vorsieht, und/oder dass zwischen der stutzenartigen Überhöhung (16) und dem Schraubenmittel (18) eine die Kernöffnung (1 ) radial überragende Beilagscheibe (17) eingebracht ist.

15. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Formscheibe (15) mit der in das Innere der Kernöffnung (1 ) ragenden, stutzenartigen Überhöhung (16) im Wege einer Stoffschlussverbindung, insbesondere Lötung oder Schweissung, mit dem Gussteil (G) verbunden ist.

16. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (3) in Art einer Madenschraube (20) ausgebildet ist, die in eine die Kernöffnung (1 ) umgebende Gewindestruktur fügbar ist.

17. Hohlgegossenes Gussteil, das wenigstens eine fertigungstechnisch bedingte Kernöffnung (1 ) mit einem die Kernöffnung (1 ) verschließenden Verschlussmittel (3) vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (3) axial zur Kernöffnung (1 ) in die Kernöffnung (1 ) einführbar ist und wenigstens einen Flächenbereich vorsieht, der in axialer Projektion zur Kernöffnung mit einem dem Gussteil abgewandten Flächenbereich (26) des Gussteils (G) zur Anlage bringbar ist, und dass der Flächenbereich (26) radial außerhalb einer durch die Kernöffnung (1 ) vorgegebenen Querschnittsfläche liegt.

18. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (3) im Bereich des wenigstens einen Flächenbereiches mit dem Gussteil (G) zumindest eine Kraft- und/oder Formschlussverbindung eingeht.

19. Hohlgegossenes Gussteil nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (24) bandförmig ausgebildet ist und durch eine schlitzförmige Ausnehmung (25) innerhalb des Gussteils (G) fädelbar ist, die unmittelbar an der Kernöffnung (1 ) angrenzt, die über einen rechteckförmi- gen Öffnungsquerschnitt verfügt, und dass das bandförmige Verschlusselement (24) durch Verformung gegen eine an der Kernöffnung (1 ) angrenzende Anlagefläche (26) am Gussteil (G) derart pressbar ist, dass das Verschlusselement (24) zumindest im Bereich der Anlagefläche (26) doppellagig zur Anlage bringbar ist.

20. Hohlgegossenes Gussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein stiftartig ausgebildetes Sicherungselement (23) vorgesehen ist, das in eine innerhalb des Gussteils (G) vorgesehene Kanalöffnung (22) einbringbar ist, die das Gussteil (G) und die Kernöffnung (1 ) senkrecht zur axialen Erstreckung der Kernöffnung (1 ) durchragt, und dass das Verschlussmittel (3) eine zum Durchführen des Sicherungselementes (23) geeignete Durchgangsöffnung vorsieht.

21 . Hohlgegossenes Gussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch ge- kennzeichnet, dass das hohlgegossene Gussteil (G) eine Beschaufelung einer

Strömungsrotationsmaschine, insbesondere eine Leit- oder Laufschaufel einer Gas- oder Dampfturbinenanlage ist.