DE2007202A1 - Ein Tragflügelprofil aufweisendes Erzeugnis, wie eine Turbinen- oder Verdichterschaufel, ein Hubschrauber-Drehflügel, eine Plugzeugtragfläche, oder ein anderes, eine beanspruchte Kante aufweisendes Erzeugnis aus zu einem Verband vereinigten Werkstoffschichten sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Erzeugnisses - Google Patents

Ein Tragflügelprofil aufweisendes Erzeugnis, wie eine Turbinen- oder Verdichterschaufel, ein Hubschrauber-Drehflügel, eine Plugzeugtragfläche, oder ein anderes, eine beanspruchte Kante aufweisendes Erzeugnis aus zu einem Verband vereinigten Werkstoffschichten sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Erzeugnisses

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DE2007202A1 DE19702007202 DE2007202A DE2007202A1 DE 2007202 A1 DE2007202 A1 DE 2007202A1 DE 19702007202 DE19702007202 DE 19702007202 DE 2007202 A DE2007202 A DE 2007202A DE 2007202 A1 DE2007202 A1 DE 2007202A1
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Description

The Glacier Metal Company Limited, Alperton, Wembley, Middlesex, England
Ein Tragflügelprofil aufweisendes Erzeugnis, wie eine Turbinen- oder Verdichterschaufel, ein Hubschrauber-Drehflügel, eine Flugzeugtragfläche, oder ein anderes, eine beanspruchte Kante aufweisendes Erzeugnis aus zu einem Verband vereinigten Werkstoffschichten sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Erzeugnisses
Die Erfindung bezieht sich auf ein Tragflügelprofil auf weisende Erzeugnisse, wie Turbinen- oder Verdichterschau-1. fein, Hubschrauber-Drehflügel, Flugzeugtragflächen, oder anderen, eine beanspruchte Kante aufweisende Erzeugnisse, aus zu einem Verband vereinigten Werkstoffschichten sowie ein Verfahren zum Herstellen solcher Erzeugnisse.
Bei ein Tragflügelprofil aufweisenden Erzeugnissen, wie Turbinen- oder Verdichterschaufeln, Hubschrauber-Drehflügek, -Flugzeugtragflächen, aber auch bei bestimmten ande ren Arten von beanspruchte Kanten aufweisenden Erzeugnissen in Form geschichteter Verbände besteht die Gefahr, daß sich an den Kanten eine oder mehrere Werkstoffschichten vom Hauptkörper des Erzeugnisses abschälen. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine Kante, z.B.durch das Auftreffen eines Fremdkörpers, beschädigt wird.
Zur Vermeidung dieser Gefahr ist bei dem Erzeugnis gemäß der Erfindung mindestens eine der Werkstoffschichten um eine Kante des Erzeugnisses herumgelegt, so daß did an der betreffenden Kante endenden Schichten gegen ein Aus-
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einanderblättern geschützt sind. "*"" 2007202
Wenn man mindestens eine Schicht bzw· ein Blatt um die der Gefahr des Voneinanderlösens der Schichten ausgesetzte Kante herumlegt, ist das Erzeugnis in,einem gewissen Ausmaß gegen das Einsetgen eines solchen Abschäl- oder Aufblätterungsvorgangs geschützt» Außerdem bewirkt die beschriebene Anordnung einen gewissen Schutz gegen Beschädigungen, durch den Aufschlag von Fremdkörpern. Es liegt auf der Hand, daß sich die bzw. jede über die zu schützende Kante herumgelegte Schicht auf beiden Seiten des Erzeugnisses in Gestalt äußerer Schichten fortsetzen kann.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthalten die Schichten Verstärkungsfasern, die in aufeinander folgenden Schichten jeweils in unterschiedlichen Richtungen orientiert sein können. Beispielsweise können sich in aufeinander folgenden Schichten die Pasern allgemein in Richtungen erstrecken, die einen Winkelvon etwa 30° einschließen. Bei einer solchen Anordnung erhält das in Form eines zahlreiche Schichten enthaltenden Stapels herr ..·■ gestellte Erzeugnis in vielen Richtungen eine hohe Festigkeit, und zwar in bezug auf Druck-, Zug- und Scherbeanspruchungen.
; Bei den Fasern kann es sich um Kohlenstoff-Fasern handeln, de- - ren Verwendung es ermöglicht, einem aus einem Harz hergestellten -. Erzeugnis eine besonders hohe Festigkeit zu verleihen, ohne daß sich ein zu großes Gewicht des Erzeugnisses ergibt. Zum Herstellen der Schichten oder Blätter sind Epoxyharze als synthetische γ Werkstoffe gut geeignet.
r . Die Erfindung ist nicht nur bei einem Erzeugnis anwendbar, JP das einen Querschnitt in Form eines Tragflügelprofils aufweist, wie es beispielsweise bei einer Turbinen- oder Verdichterschau-. fei oder bei einem Hubschrauber-Drehflügel oder sogar·einer Trag-
fläche der Fall ist, sondern es ergeben sich für jeden Fachmann f; zahlreiche weitere Anwendungsmöglichkeiten.
Ferner befaßt sich die Erfindung mit Verfahren zum Herstellen von Erzeugnissen der genannten Art, und gemäß der Erfindung wird das Erzeugnis in der Weise hergestellt, daß man die Schichten für den Kern des Erzeugnisses nur auf einem Teil der bzw. jeder Schicht für den umeinen Rand herumzulegenden Teil anordnet, woraufhin der verbleibende Teil der bzw. jeder überstehenden Schicht um den durch den Stapel gebildeten Kern herumgelegt wird, bevor das Erzeugnis inseine endgültige Form gebracht und fertiggestellt Wird. '
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In /bestimmten Anwendungsfällen, .z.B. bei Turbinen- und Ver4ichterschaufelnr werden vorzugsweise Maßnahmen getroffen," die gewährleisten, daß sich die Verstärkungsfasern bei zahlreichen Schichten des Kerns allgemein parallel zur Längsachse dey Schaufel erstrecken*
Die Erfindung and vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Rand schematischer Zeichnungen an einein Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Pig, 1 ist eine perspektivische Darstellung einer herzustellenden Schaufel· .
Pig* 2 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie { II-XI in Pig. 1.
Pig. 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Bestandteile einer Schaufel, die von der Schaufel nach PIg. 2 längs der Schnittlinie III-III abgeschnitten worden sind.
Pig. 4 zeigt schematisch eine beim Herstellen der Schaufel nach Pig. 1 bis 3 zu benutzende Porm oder Matrize*
Bei der in Pig· !gezeigten Schaufel handelt es sich um eine Schaufe"1 der freitragenden Bauart mit einem Schaufelkörper 10, der eine If order- oder Leitkante 12 aufweist und zu- A saiainerihängend mit einem sogenannten Tannenbaumfüß 13 aüsge- " bildet ist, welcher in einem dazu passenden Teil 14 des Turbinenläufers Verankert werden kann.
Sowohl der Schaufelkörper als auch der Schaufelfuß werden aus aufeinander gelegten Plachmaterialstücken oder Schichten geformt, die aus einem Epoxyharz bestehen oder ein solches Harz enthalten, und Jedes dieser Plachmaterialstücke wird durch Bündel aus; iCohlejnstpff-Pasern verstärkt, die sich innerhalb 3eder, Schicht, im..wesentlichen parallel zueinander erstrek- ' ken· . ' . . . ..-"'■ · .-.' ■■"-■■■·■' "' ;■■ -
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Gemäß Fig. 2 enthält die Schaufel einen Kern 17» der durch einen Stapel von Schichten gebildet ist» die allgemein parallel zu den beiden Seitenflächen der Schaufel angeordnet sind; jedoch sind diese Schichten so angeordnet, daß die in einer Schicht enthaltenen Fasern mit den in der bzw. jeder benachbarten Schicht enthaltenen Fasern einen Winkel von z.B. 30° bilden* Wenn die Fasern innerhalb einer Schicht in einer radialen Richtung und parallel zur Längsachse der Schaufel verlaufen, wurden die Fasern in den dieser Schicht auf beiden Seiten benachbarten Schichten unter einem Winkel von 30° gegen diese radiale Richtung geneigt sein, die benachbarte Schicht auf der einen Seite würde nach einer Seite geneigte Fasern enthalten, und die Fasern der auf der anderen Seite angeordneten Schicht würden gegenüber der radialen Richtung in der entgegengesetzten Richtung geneigt sein.
Wenn eine Schaufel vollständig so aufgebaut wäre wie der Kern 17» würde die Gefahr bestehen, daß sich die Schichten an den Kanten und insbesondere an der Vorderkante 12 aufblättern und voneinander trennen, wenn die betreffende Kante durch eine Berührung mit einem Fremdkörper beschädigt wird. Um hier Abhilfe zu schaffen, sind daher gemäß Fig. 2 mehrere auf dor Unterseite der Schaufel angeordnete Schichten 13 an der Vorderkante 12 der Schaufel nach oben um den Kern 17 herumgelegt, und diese Schichten setzen sich auf der Oberseite der Schaufel in Richtung auf deren Hinterkante fort. Auf diese Weise wird die Schaufelvorderkante durch Schichten geschützt, die keine an der Vorderkante freiliegenden Ränder aufweisen, sondern geschlossene Flächen bilden, und da in aufeinander folgenden Schichten unter den erwähnten Winkeln zueinander verlaufende Fasern vorgesehen sind, bilden die um den Kern herumgelcgten Schichten eine Schutzschicht von hoher Festigkeit, durch die die Schaufel gegen ihre Zerstörung durch daa Auftreff on von Fremdkörpern geschützt ist.
Fig. 3 zeigt in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung die im Bereich der Schaufelvorderkante
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angeordneten Teile der Schutzschichten» und man erkennt» daß bei den aufeinander folgenden Schichten 14» 15 und 16 die Verstärkungsfasern Jeweils unter einem Winkel von etwa 30° zueinander verlaufen, wie es bereits bezüglich des Kerns 17 der Schaufel beschrieben wurde·
Sine Schaufel der beschriebenen Art kann mit Hilfe einer Form oder Matrize der in Fig. 4 dargestellten Art hergestellt werden. Die Schichten» die die Schutzschicht an der Schaufelvorderkante bilden sollen» werden auf einen Basisteil 20 der Matrize sowie auf den nach außen geschwenkten oberen Teil 21 der Matrize in der bei 18 gezeigten Weise aufgelegtj J der obere Teil 21 der Matrize ist mit dem Basisteil 20 ge- ™ lenkig verbunden. Dann werden die Flachmaterialstücke 23» die den Kern 17 bilden sollen» in Form eines Stapels auf den auf dem Jöasisteil 20 liegenden Teil der Schichten 18 angeordnet» woraufhin der obere Teil 21 der Matrize um sein Gelenk 22 geschwenkt wird» um die überstehenden Teile der Schichten 18 zu biegen und sie um die benachbarten Kanten der Schichten des Kerns 23 so herumzulegen» daß sie nach dem Schließen der Matrize die obere Fläche der Schaufel bilden. Beim Schließen der Matrize werden die Schichten zusammengedrückt» wobei der Werkstoff in einem gewissen Ausmaß zum Fließen gebracht wird» so daß er den Hohlraum der Matrize ausfüllt} um eine Beechädi- , gun?, insbesondere des dem Gelenk 22 benachbarten Vorderkantenabschnitto zu vermeiden» ist die Matrize mit einem Schlitz 24 versehen, damit ein höherer Druck aufgebracht werden kann» um den Werkstoff an der Vorderkante zu verdichten· Diese Maßnahme kann vor dem Härten oder während des Härtens des Harzes in der Matrize durchgeführt werden» d.h. vor oder während der Wärmebehandlung zum Fertigstellen der massiven Schaufel. Auch der Schaufelfuß 13 kann in der Matrize oder Form geformt werden» doch 1st es hierbei nicht erforderlich» Werkstoffschichten um Kanten herumzulegen» da bei dem hier besprochenen Anwendungsfall nicht die Gefahr besteht» daß die Schichten dee Sohaufelfußes aufblättern·
Patentansprüche t 009836/1467

Claims (5)

Patentansprüche
1. Ein Tragflügelprofil aufweisendes Erzeugnis, wie eine Turbinen- oder Verdichterschaufel, ein Hubschrauber-Drehflügel, eine Flugzeugtragfläche, oder ein anderes, eine beanspruchte Kante aufweisendes Erzeugnis aus zu einem Verband vereinigten V/erkstoff schichten, gekennzeichnet durch einen sich aus zu einem Stapel vereinigten Flachmaterialstücken (23) zusammensetzenden Kern (17) und mindestens ein Flachmaterialstück (13 bis16), das um eine Kante (12) des Kerns herumgelegt ist, um diese gegen ein Auseinanderblättern der Flachmaterialstücke zu schützen.
2· Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich das bzw. jedes um eine Kante des Kerns (17) herumgelegte Flachmaterialstück (13 bis 16) in Form äußerer Schichten auf beiden Seiten des Erzeugnisses (10) fortsetzt.
3. Erzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle Flachmaterialstücke bzw. Schichten (13 bis 16, 23) aus Kohlenstoff oder eineidanderen Werkstoff bestehende Verstärkungsfasern entba lten. φ
4. Erzeugnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich η et , daß dieaufeinander folgenden Flachmaterialstücke''.bzw. Schichten (13 bis 16, 23) Verstärkungefasern enthalten, die in aufeinander folgenden Schichten jeweils In anderen Richtungen orientiert sind.
5. Erzeugnis nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Flachmaterialstücke (13 bie 16, 23) aus einem härtbaren Harz bestehen oder ein solches Harz enthalten.
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009836/U67
ORlQtNAL INSPHTTED
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DE19702007202 1969-02-17 1970-02-17 Ein Tragflügelprofil aufweisendes Erzeugnis, wie eine Turbinen- oder Verdichterschaufel, ein Hubschrauber-Drehflügel, eine Plugzeugtragfläche, oder ein anderes, eine beanspruchte Kante aufweisendes Erzeugnis aus zu einem Verband vereinigten Werkstoffschichten sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Erzeugnisses Pending DE2007202A1 (de)

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