Beschreibung Gußvorrichtung, insbesondere zur Herstellung von Turbinen- schaufeln Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gußvorrichtung zur Herstellung von Bauteilen, deren größte Dimension sich in ei- ne erste Richtung erstreckt, mit mindestens einem Gußkern und mindestens einem ersten Schieber, der in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung verschieblich ist. Sie betrifft weiter die Verwendung einer derartigen Guß- vorrichtung zur Herstellung einer Turbinenschaufel und eine mit einer derartigen Gußvorrichtung hergestellte Turbinen- schaufel.

Insbesondere bei Gasturbinen steigt der Wirkungsgrad mit der Erhöhung der Eintrittstemperatur des die Gasturbinen durch- strömenden Mediums an. Die Turbinenschaufeln müssen daher aufgrund der gestiegenen thermischen Belastung von innen her mit einem Kühlmittel, z. B. Kühlluft, gekühlt werden. Bei wei- ter gesteigerter Eintrittstemperatur nimmt der Kühlluft- verbrauch so stark zu, daß der Gesamtwirkungsgrad der Gastur- bine relevant abnimmt. Weiter geht die benötigte Kühlluft dem Brenner verloren, so daß der Schadstoffausstoß steigt und Brennkammerbrummen auftreten kann. Nach dem Durchströmen der Schaufeln zur Kühlung tritt die Kühlluft in den Mediumstrom durch die Gasturbine ein.

Eine Alternative ist der Einsatz einer Dampfkühlung, die den Kühlluftmassenstrom nicht anzapft. Bei einer Dampfkühlung be- steht das Problem, daß der Dampf an die zu kühlende Stelle in der Schaufel geführt und anschließend wieder abgeleitet wer- den muß. Ein Austreten des Dampfes in den Mediumstrom durch die Gasturbine ist nicht möglich.

Um nicht über die komplette axiale oder radiale Länge zu küh- len, müssen mehrere Kühlkanäle vorgesehen werden. Es ergeben

sich entsprechend mehrere Zuführungen und Abführungen, die nacheinander angeordnet sind und in eine gemeinsame Zuleitung und eine gemeinsame Ableitung münden sollen, um Undichtigkei- ten zu vermeiden.

Eine derartige Ausbildung der Kühlkanäle mit einem Gießver- fahren ist bisher nur mit mehrteiligen, geklebten Gußkernen möglich, um die erforderlichen Hinterschneidungen erzeugen zu können. Geklebte Gußkerne sind allerdings instabil und bezug- lich der Maßhaltigkeit ungenau. Bei der Montage von Zusatz- kernen zwischen den einzelnen Zuführungen und Abführungen kommt es daher zu Verformungen, die die Zusatzkerne verschie- ben oder brechen lassen. Es ergibt sich eine unverhältnismä- ßig hohe Ausschußrate.

Eine weitere Lösung zum Bereitstellen einer gemeinsamen Zu- führung und Abführung sieht vor, auf den Auslaß der einzelnen Kühlkanäle seitliche Verteiler zu schweißen. Eine Rundum- schweißung um jeden einzelnen Kanal ist jedoch aus Gründen der Zugänglichkeit kaum möglich. Im Regelfall ist die Zugäng- lichkeit nur bei sehr großen Schaufeln gegeben, bei denen je- doch die Bruchgefahr der erforderlichen Zusatzkerne sehr stark ansteigt.

Wieder eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Ver- teilers, wie er beispielsweise bei Personenkraftwagen zum Aufnehmen der Abgase der einzelnen Zylinder vorgesehen ist.

Infolge der sehr hohen auftretenden Temperaturen sind jedoch die thermischen Dehnungen und die hieraus resultierenden Dichtungsprobleme nur sehr schwer technisch zu beherrschen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Gußvor- richtung bereitzustellen, die die Herstellung von Verzweigun- gen ohne Verwendung geklebter Gußkerne ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Gußvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Erzeugung

von Hinterschneidungen bezüglich dieser ersten Richtung min- destens ein weiterer Schieber vorgesehen ist, der im wesent- lichen parallel zu der ersten Richtung verschieblich ist.

Der Einsatz des weiteren Schiebers ermöglicht einen Verzicht auf die geklebten Kerne, so daß die Ausschußquote sinkt. Wei- ter ist die Handhabung der erfindungsgemäßen Gußvorrichtung wesentlich vereinfacht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- dung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Vorteilhaft ist der weitere Schieber in Kontakt mit dem min- destens einen ersten Schieber bringbar. Beim Gießen liegt so- mit eine definierte Position der Schieber zueinander vor, so daß eine höhere Genauigkeit erreicht werden kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung sind zwei erste Schieber vor- gesehen. Vorteilhaft sind die ersten Schieber auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gußkerns angeordnet. Es ergibt sich ein einfacher, symmetrischer Aufbau der Gußvorrichtung.

In vorteilhafter Weiterbildung sind die ersten Schieber spie- gelbildlich ausgebildet. Hierdurch wird die Herstellung der Schieber und damit der Gußvorrichtung verbilligt und verein- facht.

In vorteilhafter Weiterbildung sind die ersten Schieber im wesentlichen parallel zueinander verschieblich. Die Bewegung der beiden Schieber kann aneinander gekoppelt werden. Es er- geben sich ein einfacher Aufbau und eine einfache Handhabbar- keit, z. B. Steuerbarkeit, der Gußvorrichtung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der weitere Schieber symmetrisch, insbesondere spiegelbildlich, zu seiner Mittelebene ausgebildet. Insbesondere bei Verwendung erster, spiegelbildlich ausgebildeter Schieber ergibt sich ein ent-

sprechend symmetrischer Aufbau des Gußteils. Die Symmetrie- ebene ist bei einer Gußvorrichtung zur Herstellung von Turbi- nenschaufeln im allgemeinen nicht eben, sondern zur Anpassung an die gewunschte Formgebung der Turbinenschaufel gekrümmt.

Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung einer derartigen Gußvorrichtung zur Herstellung einer Turbinenschaufel, bei der erfindungsgemäß der mindestens eine erste Schieber im we- sentlichen senkrecht zu einer Längsachse der Turbinenschaufel verschieblich und der mindestens eine weitere Schieber im we- sentlichen parallel zu dieser Längsachse verschieblich ist.

Unter einer Turbinenschaufel werden hierbei sowohl Lauf-als auch Leitschaufeln verstanden. Der mindestens eine weitere Schieber ermöglicht eine Erzeugung von Hinterschneidungen be- züglich der Längsachse der Turbinenschaufel. Hierdurch können mehrere Kühlkanäle in einer gemeinsamen Zuführung und einer gemeinsamen Abführung zusammengeführt werden.

Eine mit der obenstehend beschrieben Gußvorrichtung herge- stellte Turbinenschaufel weist mindestens zwei Kühlkanäle auf, die mit einem Kühlfluid beaufschlagbar sind. Die Einla- ßabschnitte der Kühlkanäle sind in einer gemeinsamen Zufüh- rung und die Auslaßabschnitte in einer gemeinsamen Abführung zusammengeführt. Undichtigkeiten werden vollständig vermie- den. Die erfindungsgemäße Turbinenschaufel kann daher zur Kühlung mit Dampf beaufschlagt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels näher beschrieben, das in schematischer Weise in der Zeichnung dargestellt ist. Für gleiche oder funktionsidenti- sche Bauteile werden hierbei durchgehend dieselben Bezugszei- chen verwendet. Dabei zeigt : Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Gasturbi- ne ;

Figur 2 einen vergrößerten Schnitt durch eine Laufschaufel mit zwei Kühlkanälen gemäß dem Stand der Technik ; Figur 3 einen Querschnitt durch eine Laufschaufel ; Figur 4 eine schematische Anordnung der Gußkerne nach dem Stand der Technik ; Figur 5 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Turbinen- schaufel in einer Ansicht ähnlich Figur 2 ; Figur 6 eine schematische Explosionsdarstellung einer erfin- dungsgemäßen Gußvorrichtung ; Figur 7 eine Ansicht der Gußvorrichtung von Figur 6 aus einem anderen Blickwinkel mit Darstellung der verdeckten Kanten ; Figur 8 einen Längsschnitt durch ein mit der Gußvorrichtung gemäß den Figuren 6 oder 7 hergestelltes Bauteil ; und Figur 9 einen Schnitt langs der Linie IX-IX in Figur 8.

Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Gasturbine 10 mit einem Gehäuse 11 und einem Rotor 12. Das Gehäuse 11 ist mit einer Anzahl von Leitschaufeln 13 und der Rotor 12 mit einer Anzahl von Laufschaufeln 14 versehen. Die Gasturbine 10 wird gemäß Pfeilrichtung 15 von Heißgas durch- strömt und versetzt den Rotor 12 in Drehung um eine Achse 16.

Die Leitschaufeln 13 und die Laufschaufeln 14 werden gekühlt.

Das Kühlmedium wird über eine Zuleitung 17 zugeführt, durch- strömt die Schaufeln 13,14 und wird anschließend über eine Ableitung 18 abgeführt.

Die größte Dimension der Leitschaufeln 13 und der Laufschau- feln 14 erstreckt sich hierbei in Radialrichtung 22.

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch eine Lauf- schaufel 14 gemäß dem Stand der Technik. Die Laufschaufel 14 weist zwei Kühlkanäle 19,20 mit je einem Einlaßabschnitt 19a, 20a und je einem Auslaßabschnitt 19b, 20b auf. Die bei- den Kühlkanäle 19,20 sind unabhängig voneinander mit der Zu- leitung 17 und der Ableitung 18 verbunden. Eine identische Konfiguration der Kühlkanäle liegt auch bei einer Leitschau- fel 13 vor.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch die Laufschaufel 14 und Figur 4 eine schematische Darstellung der zur Herstellung der Laufschaufel 14 in einem Gießverfahren erforderlichen Gußker- ne. Die Leitschaufeln 13 sind im wesentlichen ähnlich ausge- bildet.

In den Wänden der Laufschaufel 14 sind Hohlkammern 23 vorge- sehen, die die Einlaßabschnitte 19a, 20a mit den Auslaßab- schnitten 19b, 20b über Öffnungen 24 verbinden. Der darge- stellte Querschnitt (Figur 3) ermöglicht eine effiziente Küh- lung der Laufschaufel 14. Zur Herstellung ist eine Vielzahl von Gußkernen 25,26 erforderlich, die über Stifte 27 mitein- ander verbunden werden. Die Gußkerne 25 stellen den Freiraum für die Einlaßabschnitte 19a, 19b und die Auslaßabschnitte 20a, 20b bereit. Über die Gußkerne 26 werden in einem Gieß- verfahren die Hohlkammern 23 in den Wänden hergestellt, wäh- rend die Stifte 27 die Öffnungen 24 bereitstellen. Die Außen- kontur der Laufschaufel 14 ist schematisch in Strichlinien dargestellt. Das Kühlfluid, insbesondere Kühlluft, wird gemäß Pfeilrichtung 28 den Einlaßabschnitten 19a, 20a zugeführt und gemäß Pfeilrichtung 29 aus den Auslaßabschnitten 19b, 20b ab- geführt. Das weitere Strömen des Kühlfluids ist schematisch durch nicht näher gekennzeichnete Pfeile dargestellt.

Während des Gießens verschieben sich die Gußkerne 25,26 häu- fig gegeneinander, insbesondere aufgrund von Auftriebskräften des flüssigen Gußmaterials auf die Gußkerne. Die Maßhaltig- keit ist relativ ungenau.

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Lauf- schaufel 14 in einer Ansicht ähnlich Figur 2. Die Einla- ßabschnitte 19a, 20a sind miteinander verbunden und stehen über eine gemeinsame Zuführung 17a mit der Zuleitung 17 in Verbindung. Auch die Auslaßabschnitte 19b, 20b sind miteinan- der verbunden und stehen über eine gemeinsame Abführung 18a mit der Ableitung 18 in Verbindung. Voneinander getrennte, insbesondere unabhängige, Zuführungen und Abführungen sind nicht mehr erforderlich.

Die Figuren 6 und 7 zeigen jeweils eine perspektivische Dar- stellung der erfindungsgemäßen Gußvorrichtung 50. Zur besse- ren Übersichtlichkeit wurden nicht unbedingt erforderliche Elemente weggelassen.

Wesentliche Bestandteile der Gußvorrichtung 50 sind ein Guß- kern 30 sowie drei Schieber 31,32,33. Die beiden ersten Schieber 31,32 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gußkerns 30 angeordnet und spiegelbildlich ausgebildet.

Sie sind gemäß Pfeilrichtung 35 im wesentlichen parallel zu- einander und senkrecht zu einer Längsachse 21 der Laufschau- fel 14 sowie senkrecht zur Radialrichtung 22 verschieblich.

Der weitere Schieber 33 ist gemäß Pfeilrichtung 34 im wesent- lichen parallel zur Längsachse 21 und zur Radialrichtung 22 verschieblich. Er ist symmetrisch zu seiner Mittelebene 41 ausgebildet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Symmetrieebene, zu der auch die beiden ersten Schieber 31,32 spiegelsymmet- risch angeordnet sind, gekrümmt. Grund hierfür ist die in der Praxis vorliegende, beispielsweise in Figur 3 dargestellte Krümmung der Laufschaufel 14. Die Symmetrieebene verläuft in der Mitte zwischen den beiden Außenwänden. Die Krümmung ist in den Figuren 6 und 7 nur schwer erkennbar.

Die Schieber 31,32,33 weisen definierte Anlageflächen 39, 40 auf. Vor dem Gußvorgang werden die beiden ersten Schieber 31,32 gemäß Pfeilrichtung 35 zum Gußkern 30 verfahren. So- bald sich die Schieber 31,32 kurz vor ihrer Endposition be- finden, wird gemäß Pfeilrichtung 34 der Schieber 33 zuge- führt. Die Bewegung des Schiebers 33 in Richtung 34 wird durch die Anlageflächen 39,40 festgelegt. Als Anschlag für die Bewegung der beiden ersten Schieber 31,32 gemäß Pfeil- richtung 35 dienen Seitenflächen 46 des Schiebers 33, an de- nen sich zugeordnete Flächen 47 der beiden ersten Schieber 31,32 anlegen.

Die beiden ersten Schieber 31,32 weisen jeweils zwei Ausspa- rungen 36,37 auf. Sie sind weiter mit einem Vorsprung 38 versehen. Die Aussparungen 36,37 werden über den Vorsprung 38, den weiteren Schieber 33 und die zugehörigen, nicht näher bezeichneten Elemente des Gußkerns 30 in die Einlaßkanäle 19a, 20a und die Auslaßkanäle 19b, 20b aufgeteilt.

Die genaue Anordnung und Funktionsweise der Gußvorrichtung ist anhand einer mit einem Gießverfahren hergestellten Lauf- schaufel 14 in den Figuren 8 und 9 näher illustriert. Die Zu- führung 17a weist einen abzweigenden Verbindungskanal 42 auf.

Sie steht daher mit den Einlaßabschnitten 19a, 20a in Verbin- dung. Zur Verbindung der Auslaßabschnitte 19b, 20b dient ein weiterer Verbindungskanal 43. Zur Trennung zwischen den Ver- bindungskanälen 42,43 und dem Einlaßabschnitt 20a sowie dem Auslaßabschnitt 19b sind Hinterschneidungen 44,45 bezüglich der Radialrichtung 22 erforderlich. Diese Hinterschneidungen 44,45 können mittels der in der Gußvorrichtung 50 (vgl. Fi- guren 6 und 7) vorgesehenen, weiteren Schiebers 33 erfaßt und erstmals gießtechnisch mit einem einfachen, insbesondere nicht-geklebten, Gußkern 30 realisiert werden.

Die Verbindungskanäle 42,43 liegen in der Draufsicht gemäß Figur 9 etwa nebeneinander. Die jeweils unterhalb der Verbin- dungskanäle 42,43 liegenden Einlaß-bzw. Auslaßöffnungen des Einlaßabschnitts 20a und des Auslaßabschnitts 19b sind sche- matisch in Strichlinien dargestellt.