DE6602533U

DE6602533U - Verfahren zum herstellen von kuehlmittelschlitzen in lauf- oder leitschaufeln von gasturbinen, z.b. flugtriebwerken, und einrichtung zur durchfuerrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE6602533U
Application number: DE19666602533
Authority: DE
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1966-01-10
Filing date: 1966-01-10
Publication date: 1969-06-04

Description

a Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 6955/4

Stuttgart - Unter! irkheim 28„2.1969

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• Einrichtung zum Herstellen von Kühlmittelschlitzen in Lauf- oder Leitschaufeln, von G-aaturbine"; Z₁B₅ Plugtriebwerken, nach Art des Elektroiyt-Abtragverfahrens "

äDie Neuerung betrifft eine Einrichtung nach Art des Elektrotyt-Abtragverfahrens zum Herstellen von Kühlmittelöffnungen tn Lauf- oder Leitschaufeln von Gasturbinen, z.B. Plugtriet-•erken, insbesondere zum Herstellen schmaler Schlitze in den ichaufelhinterkanten, wobei das Werkstück als Anode und das €er zu erzeugenden Form entsprechende Y/erkzeug als Kathode geschaltet ist*

Bs ist z.B. ein sogenanntes Elysier-Schleifverfahren der oMgen Art bekannt. Dabei hat das Y/erkzeug an seiner Stirnseite eine tier zu erzeugenden Form entsprechende geformte Oberfläche. Bs wird mit dieser Stirnseite an das Werkstück herangeführt Und dabei das vom V/erkstück abgetragene Material durch die Blektrolytflüssigkeit zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug herausgeschwemmt.

TJm bei Gas turbinen, z.B. Flugtriebwerken, hohe Turbineneintrittstemperaturen von z.B. über 1000° anwenden zu können, müsse] die Schaufeln gekühlt werden_e Dabei wird üblicherweise die Kühlluft über einen Einsatz dem Innenraum der Schaufel zugeführt. Sie verteilt sich dort entsprechend dem Temperaturverlauf auf der äußeren Schaufelhaut und tritt danach zweckmäßig an der hinteren Kante der Schaufel aus. Diese Hinterkanten sind naturgemäß außerordentlich schmal^ d_eh« ihre Dicke beträgt nur Bruchteile von Millimetern. Die Schlitze zum Austritt der Kühlluft sind natürlich noch schmaler, wohingegen ihre Tiefe und auch ihre Länge um_ein Mehrfaches größer ist als diese Breite.

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Die Schaufeln eelbst werden nach dem G-enaugußverfahren hergestellt* Das verwendete Material ist dabei außerordentlich hart, um die erwünscht hohen Temperaturen aushalten zu können. Es läßt sich mechanisch nicht bearbeiten. Die Neuerung sohlägt daher vor, die Schlitze in die Schaufelhinterkanten ZoB. nach Art eines Elektrolyt-Abtragverfahrens in u2.S υ Cxi au Z S JL xx uxuij-iiuuc», i/sj. tiaut uxsx ucj. j.o u ausj. CXlXO VCL-steifung des Werkzeuges erforderlich. Die Neuerung schlägt daher weiter vor, daß das als Kathode geschaltete Werkzeug im Querschnitt Versteifungen aufweist, welche sich in Vorschubrichtung erstrecken und im wesentlichen innerhalb der Kontur der beabsichtigten Öffnungen liegen und welche ein© solche Form aufweisen, durch die später die Strömung in der Öffnung nicht oder zumindest nicht wesentlich behindert wird. Durch diese Ausbildung nach der Neuerung erhält das Werkzeug in sich eine ausreichende Steifigkeit, sodaß ein "Verlaufen" der Schlitze während der Herstellung praktisch völlig ausgeschlossen ist· Selbstverständlich liegt es noch im Rahmen der Neuerung, wenn die vorgesehenen VersteixXmgen die Kontur des Schlitzes um einen unwesentlichen Betrag überschreiten.

Die Neuerung schlägt vor, daß die Versteifungen am Werkzeug zumindest in einer der Eintauchtiefe entsprechenden Länge durchlaufen. Dabei ist daran gedacht, daß sie alle an der vorderen, dem Werkstück zugewandten Werkzeugkante beginnen und ununterbrochen bis zum Ende durchlaufen. Sollte os sioh jedoch - z.B. für den Durchfluß der Elektrolytflüssigkeit erforderlich erweisen, so kann man die Versteifungen auf ihrer Länge auch unterbrechen bzw. gegeneinander versetzt anordnen.

Eine weitere Versteifung des Werkzeuges wird dadurch erzielt, daß es gemäß der Neuerung außerhalb seiner Eintauchtiefe im Werkstück einen größeren Querschnitt aufweist als es dem Öffnungsquerschnitt entspricht· Hierbei kann es jedoch sehr zweckmäßig sein, wenn nach einer Weiterführung des Gedankens

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der Neuerung der Beginn dieses größeren Querschnittes um einen bestimmten Sicherheitsabstand gegenüber dem Ende der Eintauchtiefe zurückgesetzt ist. Damit soll verhindert werden, daß der dickere Querschnitt beim Hineinfahren des r Werkzeuges in das Werkstück zu nahe an das letztere herangeführt wird und dadurch etwa selbst noch eine Öffnung erzeugt bzwo die Mündung der hergestellten Öffnung verfälscht. Man wird diesen Sicherheitsabstand nur so groß machen, wie es unbedingt nötig ist* Es wäre auch denkbar? an diese Stelle einen konischen Übergang zwischen dem der öffnung entsprechenden Werkzeugquerschnitt und dem verstärkten Querschnitt desselben vorzusehen.

Die Form der Versteifungen selbst kann entsprechend den jeweiligen Verhältnissen beliebig gewählt werden₀ Nach ein6r Art solcher Ausführungen sind gemäß der Neuerung im Werkzeug zumindest an seinen beiden Enden als Versteifungen ge~ wölbte oder eckige Rippen'angeordnet. Diese Bippen - die gegebenenfalls runden Querschnitt aufweisen können - sind möglicherweise etwas größer als die Öffnungskontur. Bei anderen Ausführungsformen der Neuerung ist das Werkzeug zur Versteifung auf seiner ganzen Breite durchgehend mit ineinander übergehenden, jeweils einander entgegengesetzt .. gerichteten Wölbungen, Neigungsflächen oder Stufen versehen. Und schließlich kann gemäß der Neuerung das Werkzeug auf seinen beiden Seitenflächen symmetrisch zueinander liegende Neigungs- bzw. Wölbungsflächen aufweisen.

Da in der Hinterkant· einer Turbinenschaufel im allgemeinen mehrere Schlitze übereinander angeordnet sind, wird man daran denken, jeden Schlitz für sich durch ein und dasselbe Werkzeug nacheinander herzusteilen. Zur Vereinfachung schlägt die Neuerung vor, daß das Werkzeug entsprechend deia an einer Schaufelhinterkante insgesamt vorhandenen Öffnungen unter-

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teilt ist, und daß zwischen den zur Herstellung der öffnungen dienenden Werkzeugabschnitten Einschnitte liegen, deren Länge größer ist als es der Eintauchtiefe entspricht, und zwar um den bereits erwähnten Sicherheitsabstand, Auf diese Weise kann man in einem Arbeitsgang alle Schaufelschlitze zugleich herstellen.

Ausführungsbeispiele der Neuerung zeigt die Zeichnung, und zwar zeigen:

j Mg. 1 und 2 eine luftgekühlte Gasturbinenschaufel im

Querschnitt und in Draufsicht auf die

Hinterkante,

!Pig.3 eine Einrichtung zum Herstellen der Schlitze,

; im Schema,

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; I"ig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV in.

! Mgo3 und

Pig.5 bis 11 verschiedene Querschnittsformen für das ! Werkzeug.

Nach den Mguren 1 und 2 ist das sich zwischen Schaufelfuß 10 und Schaufelkopf 11 erstreckende Schaufelblatt 12 hohl ausgebildet. Die Kühlluft tritt durch einen nicht dargestellten ■Einsatz in die Schaufel ein. In der Hinterkante 13 befinden sich mehrere Schlitze 14, durch welche die Luft aus dem Schaufelinneren 15 in. Richtung der abströmenden Gase austritt. TJm die Strömung der Gase nicht durch Wirbelbildung zu behindern, ist die genaue Richtung und die Kontur der Schlitze 14 wichtig. Die Schlitze sind nur Bruchteile von Millimetern, z.B. 0,3 mm breit, haben jedoch eine Tiefe von mehreren, z.B_o 3 Millimetern, und eine demgegenüber noch um ein Mehrfaches größere Höhe von z.Bo 12 mm.

Nach Figur 3 ist die soeben beschriebene Schaufel in nicht näher dargestellter Art und Weise fest eingespannt und durch

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eine Leitung 16 als Anode an eine Stromquelle angeschlossen« Gegenüber der Hinterkante 13 ist das Werkzeug 17 auf einen ebenfalls nicht näher dargestellten Vorschubschlitten 18 angeordnet. Das Werkzeug 17 hat im wesentlichen dieselbe Länge wie das gesamte Schaufelblatt» Es ist über die Leitung 19 als Kathode geschaltet. Dem Werkzeug sind noch die nicht dargestellten Zu- und Abflußorgane für die Elektrolytflüsaigkeit in der üblichen Weise zugeordnet. Die ganze Anordnung befindet sich in einem dicht abgeschlossenen Arbeitsraum.

Das Werkzeug 17 ist rasierklingenartig ausgebildet und entsprechend den Schlitzen 14 mit mehreren Arbeitsabschnitten 20 versehen. Zwischen ihnen liegen Einschnitte 21, die dafür sorgen, daß in der Schaufelhinterkante die Stege 22 zwischen den Schlitzen 14 stehen bleiben. Das Werkzeug 17 wird nun mit Hilfe des Vorschubes 18 mit seiner Stirnseite ar die Schaufelhinterkante herangeführt und anschließend - die Schaufelvrandui 3urJ:.^ringend - bis in den Innenraum 15 der hohlen Schaufel vorgeschoben, wobei die Elektrolytflüssigkeit für das Herauisspülen des abgetragenen Werkstoffes sorgt.

Die letztgenannte Stellung zeigt in größeren Llaßstab die Figur 4. Die Schlitze 14 sind nun fertig hergestellt und die Stirnseiten der Arbeitsabschnitte 20 des Werkzeuges 17 haben den Innenraum 15 der Scnaufel erreicht. Sie sind damit um einen bestimmten Betrag E - die sogenannte Eintauchtiefe in die Turbinenschaufel eingedrungen. Das Werkzeug 17 selbst ist in seinem rückwärtigen Bereich 23 mit einem größeren Querscnnitt versehen. Bis zu dieser Stelle reichen auch die Einschnitte 21 am Werkzeug. Zwischen dem 3eginn dieses Verstarkungsabscnnittes 23 unJ der Schaufelhinterkante verbleibt in der voll eingefahrenen Stellung des Werkzeuges nocli ein Sicherheitsabstand A.

Aus Figur 5 und 4 ist zu erkennen, daß die Arbeitsabschnitte 20 des V/erkzeuges 17 im Quersuhnitt mit Versteifungen 24 versehen sind, die auf seiner ganzen Länge, d.h. von seiner Vorderkante 25 bis zum Beginn des Verstärkungsabschnittes 23 in Vorsohubrichtung durchlaufen. Diese Versteifungen sollen

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ein Verbiegen der Arbeitsabseimitte des Werkzeuges 17 verhindern«. Sie sind in vorliegendem Falle als Rippen ausgebildet, die sich jeweils an den Enden der Ärbeitsabschnitte 20 befinden=

Die Versteifungen sollen im wesentlichen innerhalb der Kontur der zu erzeugenden Schlitze liegen. Jedoch ist es ohne weiteres möglich, ihnen eine etwas größere Stärke zu geben. D.h. die Schlitzkontur bildet die Umhüllende zur Y/erkzeugkontur, von geringen Überschreitungen abgesehen, Die Figuren 5 bis 11 zeigen mehrere Formen solcher Versteifungen. Dabei ist jeweils die Kontur der Schlitze 14 mitangedeutet.

Bei der Anordnungen der Figuren 6 und 7 handelt es sich um die bereits erwähnten Rippen. Diese können eckigen oder gewölbten Querschnitt haben und an den Enden der Arbeitsabschnitte 20 liegen oder in gleichmäßigen Abständen auf den Arbeitsabschnitten 20 verteilt sein. Die Figuren 5» 8 un'd dagegen zeigen Werkzeuge, die auf ihrer ganzen Breite durchgehend "mit ineinander übergehenden Wölbungen, N eigungis flächen oder Stufen versehen sind. Und schließlich zeigen die Figuren 9 und 11 noch Werkzeuge, deren beide Seitenflächen symmetrisch zueinander Neigungs- bzw. Wölbungsflächen aufweisen. Über die gezeigten Formen hinaus sind noch v/eitere '/uerschnitte, sowie auch Kombinationen der hier gezeigten möglich. Wichtig ist dabei, daß die Strömung in der damit erzeugten Schlitz-Öffnung nicht gestört v/ird. Man wird also zweckmäßig scharfe Übergänge vermeiden bzw. abrunden oder ausgleichen.

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Claims

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Schutzansprüche:

ο Einrichtung zum Herstellen von Kühlmittelöff-iungen nach Art des Elektrolyt-Abtragverfahrens in Lauf- oder Leitschaufeln von Gasturbinen, z„B_e Flugtriebwerken, insbesondere zum Herstellen schmaler Schlitze in den Schaufelhinterkanten, wobei das Werkstück als Anode und das der zu erzeugenden Form entsprechende Werkzeug als Kathode geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kathode gesc-haltets Werkzeug (17) im Querschnitt Versteifungen (24) aufweist, welche sich in Vorschubrichtung erstrecken und im wesentlichen innerhalb der Kontur der beabsichtigten Öffnungen (14) liegen und welche eine solche Form aufweisen, durch die später die Strömung in der Öffnung nicht oder zumindest nicht wesentlich behindert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungen (24) zumindest in einer der Eintauchtiefe (E) entsprechenden Länge am Werkzeug (17) durchlaufen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (17) außerhalb seiner Eintauchtiefe (E) im Werkstück einen größeren Querschnitt (23) aufweist als es dem Öffnungsquerschnitt entspricht.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn des größeren Querschnittes (23) um einen bestimmten Sicherheitsabstand (A) gegenüber dem Ende der Eintauchtiefe zurückgesetzt ist·
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Werkzeug (17),zumindest an seinen beiden Enden, als Versteifung gewölbte oder eckige Rippen (24) angeordnet sind (Fig.6 und 7).

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» · * ι til

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6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Y/erkzeug (17) zur Versteifung auf seiner ganzen Breite durchgehend mit ineinander übergehenden, jeweils einander entgegengesetzt gerichteten Wölbungen, Neigungsflächen oder Stufen versehen ist (5¹Ig.5, 8 und 10)»
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß d.^.s Werkzeug (17) zur Versteifung auf seinen beiden Seitenflächen symmetrisch zueinander liegende JMeigungs- bzw. Wölbungsflächen aufweist (Fig* 9,11).
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Y/erkzeug (17) entsprechend den an einer Schaufelhinterkante insgesamt vorhandenen Öffnungen (14) in Arbeitsabschnitte (20) unterteilt ist, und zwischen diesen zur Herstellung der Öffnungen (14) dienenden Arbeitsabschnitten (20) Einschnitte (21) liegen, deren Länge großer ist als es der Eintauchtiefe (Er entspricht.