(57)【要約】本発明は、少なくとも１個の壁要素（３）が少なくとも１個のリング要素（９）と互いに接合される、ガスタービン用の静翼構成要素または動翼構成要素（８）の製造方法に関する。壁要素（３）の縁部は、前記リング要素（９）上において、前記壁要素に対して該リング要素の半径方向反対側から堅固にレーザー溶接されて、前記壁要素と前記リング要素との相互接合部分がＴ字形継手を形成するようになる。
2005501992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流の案内および／または負荷の伝達を行なう少なくとも１個の壁要素（３、３０）が少なくとも１個のリング要素（２、９、１２、１３、１７、１８）と互いに接合される静翼構成要素または動翼構成要素（１、８、１１、１４、１６）の製造方法において、前記壁要素（３、３０）の縁部は、前記リング要素上において、前記壁要素に対して前記リング要素の半径方向反対側から堅固にレーザー溶接されて、前記壁要素と前記リング要素との相互接続部分がＴ字形継手（４）を形成するようになることを特徴とする方法。
【請求項２】
複数個の前記壁要素（３、３０）が、前記リング要素の周縁方向に互いにある間隔を有して前記リング要素と互いに接合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数個の前記リング要素（４）が、周縁方向に互いに相互接合されて、リングを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記リング要素（４、１０、１２、１８）は、内側リングを形成し、前記壁要素（３、３０）は、前記リング要素と前記レーザー溶接によって互いに接合されて、前記リング要素から半径方向外方に突出するようになることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記リング要素（４、９、１３、１７）は、外側リングを形成し、前記壁要素（３、３０）は、前記リング要素と前記レーザー溶接によって互いに接合されて、前記リング要素から半径方向内方に突出するようになることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記壁要素は、前記レーザー溶接前に中空羽根（３）の一部分を形成しており、前記羽根の縁部は、前記リング要素（２、９、１２、１３）上において堅固にレーザー溶接されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも２個の前記壁要素（３０）は、前記レーザー溶接後に互いに接合されて、合同でガス流案内および／または負荷伝達手段（３１）を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記レーザー溶接後に、前記壁要素（３、３０）は、前記静翼構成要素の動作時に半径方向に負荷を伝達する支柱の少なくとも一部分を形成することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記レーザー溶接後に、前記壁要素（３、３０）は、前記静翼構成要素の動作時に軸方向にガス流を案内する中空羽根の一部分を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記静翼構成要素または動翼構成要素（１、８、１１、１４、１６）は、ガスタービン用に意図されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記静翼構成要素または動翼構成要素（１、８、１１、１４、１６）は、ジェットエンジン用に意図されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流の案内および／または負荷の伝達を行なう少なくとも１個の壁要素が少なくとも１個のリング要素と互いに接合される静翼構成要素または動翼構成要素の製造方法に関する。この静翼構成要素または動翼構成要素は、たとえばガスタービン、特にジェットエンジンに用いられうる。
【０００２】
ジェットエンジンという用語には、空気を相対的に低い速度で取り込んで、該空気を燃焼により加熱してはるかに高い速度で排出するさまざまな種類のエンジンが含まれる。ジェットエンジンという用語には、たとえばターボジェットエンジンおよびターボファンエンジンが含まれる。
【０００３】
したがって、前記構成要素は、静止用および回転用のいずれにも用いられうる。前者の場合には、このような構成要素は、外側リングと内側リングと半径方向に力を伝達するために前記リング間において配置される壁要素とからなる。この壁要素は、たとえば、一般に可能な限り小さい空気抵抗が得られるような形状を有する中空羽根を形成しうる。前記構成要素は、たとえばジェットエンジンの後部または前部支持体内に配置されうる。このような場合は、前記羽根は、しばしば支柱と呼ばれる。しかしながら、支柱は、中空羽根以外の種類の部品によっても形成されうる。動翼において、前記構成要素は、たとえばジェットエンジンにおいて流れを案内または偏向するためのファンとして用いられうる。
【０００４】
これらの羽根は、前記構成要素の重さを最適化するために中空の設計とされる。
【背景技術】
【０００５】
周知の従来技術によれば、一般に中空羽根の形態をとる壁要素とリング要素との相互接合は、溶接によって行なわれてきた。そのため、最初にリング要素が羽根と同じ断面形状と大きさとを有する半径方向突出部分を有して製造される。このような突出部分は、しばしば「スタブ」と呼ばれる。その後、各々の羽根がこうした突出部分に突合せ継手によって堅固に溶接される。これらの半径方向突出部分は、一般にリングからフライス加工される。これは、時間と費用とを要する作業である。
【発明の開示】
【０００６】
本発明のひとつの目的は、静翼構成要素または動翼構成要素の製造方法において、従来技術と比べて簡単であり、以って時間効率的かつ費用効果的な製造を可能にする方法を生み出すことにある。さらにまた、この方法は、壁要素とリング要素との間において高強度の接続をもたらして、前記構成要素に長い寿命を与えるものでなければならない。
【０００７】
この目的は、壁要素の縁部が、前記リング要素上において、壁要素に対して該リング要素の半径方向反対側から堅固にレーザー溶接されて、前記壁要素と前記リング要素との相互接合部分がＴ字形継手を形成するようになることによって達成される。壁要素の縁部とは、壁要素の側面の境界を定める細長面を意味する。材料パラメータと溶接パラメータとを適切に選択することにより、壁要素とリング要素との間において丸みのある隅または少なくとも滑らかな遷移部を有するＴ字形継手を得ることが可能になる。その結果として、高強度の構造体が、以って寿命の長期化が達成される。これに代わる方法として、より薄い壁厚さを有し、以って軽量化された構造体を得ることが可能である。
【０００８】
本発明の好適な実施例によれば、複数個の前記壁要素が、リング要素の周縁方向に相互にある間隔を有して該リング要素と互いに接合される。リング要素は、たとえば周縁方向に連続的なリングを形成しうる。この接続において、たとえばファンホイール、タービン、圧縮機または静翼部品を形成させることが可能である。
【０００９】
本発明のさらに他の好適な実施例および利点は、また他の従属請求項とさらには以下の説明とから明らかになる。
【００１０】
添付図面に示される実施例を参照して、以下に本発明をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に、静翼構成要素または動翼構成要素１の一部分が示されている。具体的には、リング要素２と該リング要素と互いに接合される中空羽根の形態をとる壁要素３とが図示されている。羽根３は、リング要素から半径方向内側に突出するとともに、該リング要素２と溶接継手４によって互いに接合される。複数個のこのようなリング要素２は、周縁方向に相互接続されて環状静翼構成要素または動翼構成要素を形成することを意図される（破線参照）。羽根３は、さらにまた、リング要素２と反対側に配置される自身の端部において、たとえばリングの形態をとる中心部品（図示せず）に接続される。溶接継手４の拡大断面図は、図２に示されている。
【００１２】
羽根３がリング要素２と互いに接合されるときに、前記羽根は、リング要素２の内面１５と接触して配置される。その後、羽根３の壁縁部は、前記リング要素２上において、羽根３に対して該リング要素の半径方向反対側５から堅固にレーザー溶接される。したがって、羽根の壁縁部とは、羽根の内側面と外側面とに接触する面を意味する。これは、羽根３の壁部６とリング要素２との相互接合部分がＴ字形継手４を形成するように行なわれる（図２参照）。換言すれば、羽根３は、溶接時に、リング要素２の上面５から見ると、リング要素２によって隠蔽される。
【００１３】
より具体的には、Ｔ字形継手４とは、リング要素２の一部分がＴの横線部分を形成し、羽根壁部６の一部分がＴの前記横線部分と結合する縦線部分を形成することを意味する。
【００１４】
羽根壁部６とリング要素２とに用いられる材料は、たとえば３４７またはＡ２８６の種類のステンレス鋼等の溶接可能な材料によって構成される。これに代わるものとして、たとえばインコ６００（INCO 600）、インコ６２５（INCO 625）、インコ７１８（INCO 718）およびハステロイｘ（Hastaloy x）等のニッケル基合金を利用することができる。また他の態様によれば、たとえばヘインズ１８８（HAYNES 188）およびヘインズ２３０（HAYNES 230）の種類のコバルト基合金を用いることができる。Ｔｉ６−４等のチタン合金およびさまざまな種類のアルミ合金も使用されうる。さらにまた、異なる材料を組み合わせることも可能である。
【００１５】
レーザー溶接には、好ましくはＮｄ：ＹＡＧレーザーが利用されるが、その他の種類の溶接機構、たとえば炭酸ガスレーザーもまた本発明にしたがって用いられうる。
【００１６】
溶接手順と羽根壁部およびリング要素の材料選択と寸法とを正確に合致させることにより、レーザー溶接によって、接合部におけるＴ字形と、さらにまた羽根壁部６とリング要素２との間の内隅部における穏やかな丸みのある形状７とが得られる。溶接は、連続溶接によって適切に達成される。溶接継手の丸みのある形状７により、結果として高強度の構造の、以って長寿命の構成要素が得られる。この種の相互接合により、溶接継手の完全な融合と部品間における見事な遷移部とを達成する機会が得られる。
【００１７】
溶接継手を正確に適正位置に配置するために、周知の接合部追跡技術が用いられうる。
【００１８】
断面において、羽根３の外形は、翼の形状をなす。
【００１９】
リング要素２は、わずかに湾曲した板状の形状を有する。板状の形状とは、リング要素が互いに相対的に短い距離において２個の平行な側面を有することを意味する。複数個のこのようなリング要素が周縁方向に互いに接合されると、リングが形成される。リングとは、軸方向に板状に延在する全周帯状の、好ましくは円形の部品を意味する。
【００２０】
図３に、第２の実施例の静翼構成要素または動翼構成要素８が示されている。この構成要素８は、半径方向外側のリング要素９と半径方向内側のリング要素１０とからなる。これらの２個のリング要素９、１０は、周縁方向に連続する。複数個の中空羽根３は、周縁方向に互いにある間隔を有して配置されるとともに、前記２個のリング要素９、１０間において延在する。これらの羽根３は、前記の溶接継手によって少なくとも１個のリング要素９、１０に接続される。
【００２１】
図４に、第３の実施例の静翼構成要素または動翼構成要素１１が示されている。この構成要素１１は、周縁方向に連続するリング要素１２と、半径方向外方に突出する複数個の中空羽根３とからなる。これらの羽根３は、前記の溶接継手によってリング要素１２に接続される。この実施例は、主として動翼に適する。
【００２２】
図５に、第４の実施例の静翼構成要素または動翼構成要素１４が示されている。この構成要素１４は、周縁方向に連続するリング要素１３と、半径方向内方に突出する複数個の中空羽根３とからなる。これらの羽根３は、前記の溶接継手によってリング要素１３に接続される。この実施例は、主として静翼に適する。
【００２３】
図３〜５に示された実施例に代わるものとして、複数個のリング要素によって、前記に説明され、かつ図１に示されるような態様でリングを形成させることが可能である。したがって、前記において用いられるリング要素という用語は、連続環状要素、周縁方向に断続する略環状の要素またはさらに他の同様の部品とともに環状要素を形成することを意図される部品を意味する。
【００２４】
図６に、第５の実施例の静翼構成要素または動翼構成要素１６が示されている。板またはパネルの形態をとる複数個の各壁要素３０は、半径方向外側のリング要素１７に、該リング要素の外側からのレーザー溶接によって接続される。前記に説明され、かつ図２に示された形状に対応する溶接形状が得られる（拡大図参照）。板状の形状とは、壁要素３０が相対的に短い距離において２個の平行な側面を有することを意味する。
【００２５】
したがって、壁要素３０は、溶接前は中空羽根の形態ではなしに別個の板の形態をとる。
【００２６】
壁要素の目的が、半径方向に負荷を伝達することまたは負荷を担うことである場合、すなわち壁要素が支柱として知られるものを形成する場合は、翼形であることが必ずしも必要とされず、また中空羽根の形態である必要もなく、前記板状の形状で十分な場合もある。それでもなお、複数個の異なる形状が可能である。板状の形状には、たとえば平面上に延在する壁要素と丸み形状または湾曲形状を有する壁要素とが含まれる。
【００２７】
さらにまた、図６から、２個の壁要素３０が互いに隣接して配置されており、構成要素の軸方向前側の壁縁部が接続されていることがわかる。この場合は、ガスは、構成要素の周縁方向の、接続された壁要素によって形成される部分の側部の空間内において流動することを意図される。この接続は、たとえば矩形の板状カバー３２を壁要素３０、３１の前側縁部に締結することによって達成されうる。この接続は、たとえば溶接によって行なわれうる。これに代わる方法によれば、前記２個の壁要素の軸方向後側の壁縁部もまた、さらに他のカバー３３によって接続される。これにより、これらの２個の壁要素３０と２個のカバーとが合同でガス案内または負荷伝達手段３１を形成する。図６において、この手段３１は、矩形の断面を有する。したがって、２個の隣接する壁要素によって形成される前記手段は、必ずしも閉鎖されていなくてもよい全周形の断面を有しうる。これに代わる方法として、前記カバー３２、３３は、より低い流体抵抗を構成するために、尖頭形状を有しうる。
【００２８】
図６に示される構成要素に代わるものまたはこれを補完するものによれば、壁要素３０は、半径方向内側のリング１８にも該リングの内側からのレーザー溶接によって接続される。
【００２９】
本発明は、前記の図示された実施例に制限されるものと見なされるわけではなく、複数のさらに他の態様および改良が以下の特許請求の範囲内において考えられうる。
【００３０】
たとえば、中空羽根は、全面的に中空でなくてもよく、前記羽根は、一方の端部において閉鎖されるものと考えられうる。さらにまた、補強要素が羽根の内側に配置されうる。したがって、このような補強要素は、対向する羽根壁部間において延在するとともに、前記羽根壁部に接続される。
【００３１】
用途によって、前記羽根は、異なる名称で呼ばれ得、支柱に加えてベーンまたはガイドベーンとも呼ばれうる。
【００３２】
静翼構成要素は、たとえば中間ハウジング、タービン入口ハウジング、すなわち端部ハウジング部分、またはガスタービンの前記部分の一部分を形成しうる。さらにまた、航空機エンジンの用途において、静翼構成要素は、エンジンから付属装置を介して飛行機に力を伝達する軸受支持体を構成しうる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施例にしたがった静翼構成要素または動翼構成要素の一部分を示す部分斜視図である。
【図２】図１にしたがった構成要素の溶接継手の拡大断面図である。
【図３−５】第２、第３および第４の実施例にしたがった静翼構成要素または動翼構成要素の斜視図である。
【図６】第５の実施例の静翼構成要素または動翼構成要素の部分斜視図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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