CH709148A2 - Turbinenschaufel mit einem Kühlkanal und Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer einer Turbinenschaufel. - Google Patents

Abstract

Eine Turbinenschaufel (100) weist einen Kühlkanal (128) auf, der zwischen einer Druckseitenwand (120) und einer Saugseitenwand (122) definiert ist. Ein Stift (132) ist in dem Kühlkanal (128) angeordnet und weist ein erstes Ende, das mit der Druckseitenwand (120) verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das mit der Saugseitenwand (122) verbunden ist. Eine radial ausgerichtete Hohlkehle, die einen maximalen Krümmungsradius aufweist, ist in einem Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet. Eine axial ausgerichtete Hohlkehle, die einen maximalen Krümmungsradius aufweist, ist in einem Bereich maximaler Schlagbelastung entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet. Der maximale Krümmungsradius der axial ausgerichteten Hohlkehle ist grösser als der maximale Krümmungsradius der radial ausgerichteten Hohlkehle.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine. Spezieller betrifft die Erfindung eine Turbinenschaufel mit einem Stift, der in einer Stiftreihengruppe angeordnet ist, und ein Verfahren zum Verbessern der mechanischen Leistung der Turbinenschaufel.

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

[0002] Ein Turbinenabschnitt einer Gasturbine weist allgemein mehrere Reihen oder Stufen von Turbinenschaufeln auf, die mit einer Rotorwelle verbunden sind. Stromaufwärts von einer ersten Reihe von Turbinenschaufeln kann an einem Einlass zu dem Turbinenabschnitt eine erste Reihe stationärer Leitschaufeln angeordnet sein. In dem Turbinenabschnitt sind zwischen aufeinanderfolgenden Reihen von Turbinenschaufeln aufeinanderfolgende Reihen von Statorleitschaufeln angeordnet. Ein Gehäuse umgibt die Reihen stationärer Leitschaufeln und Turbinenschaufeln, um einen durch den Turbinenabschnitt hindurch führenden Heissgaspfad zu bilden. Im Betrieb werden heisse Verbrennungsgase über die erste Reihe stationärer Leitschaufeln und durch den Heissgaspfad verzweigt, der in dem Turbinenabschnitt definiert ist. Den Verbrennungsgasen wird über die stationären Leitschaufeln und über die Turbinenschaufeln thermische und/oder kinetische Energie entzogen, wodurch die Turbinenschaufeln in Bewegung versetzt werden, so dass die Rotorwelle rotiert.

[0003] Wegen der Hochtemperatur-Umgebung in dem Heissgaspfad sind einige der Rotorblätter wenigstens teilweise hohl, um darin innere Kühlkanäle zu definieren. Ein Kühlmittel, wie beispielsweise verdichtete Luft oder Dampf, kann durch die Kühlkanäle verzweigt werden, um dadurch das thermische Leistungsverhalten der Rotorblätter zu verbessern. In speziellen Turbinenschaufelkonstruktionen erstrecken sich in dem Kühlkanal allgemein in der Nähe eines Abströmkantenabschnitts der Turbinenschaufel zwischen einer Druckseite und einer Saugseite der Turbinenschaufel mehrere Stifte oder Stiftrippen. Die Stifte erhöhen die Effizienz der Wärmeübertragung und können der Turbinenschaufel strukturellen Halt verleihen.

[0004] Unterschiedliche Faktoren, wie beispielsweise Rotationskräfte, ungleichmässige thermische Ausdehnung zwischen der Saugseite und der Druckseite sowie Schwingungskräfte, die von Druckschwankungen der Verbrennungsgase herrühren, die von einer vorhergehenden Reihe stationärer Leitschaufeln strömen, führen an den Verbindungspunkten zwischen dem ersten und zweiten Ende der Stifte und den Druck- und Saugseitenwänden zu maximalen Dauerschwingbeanspruchungen und zu maximalen Schlagbelastungen der Rotorblätter. Herkömmliche Stiftkonstruktionen schaffen sowohl für statische als auch für schwingende Bedingungen eine einheitliche Steifigkeit, die möglicherweise für beide Fälle nicht optimal ist. Folglich wären Verbesserungen an den Stiften und ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Gesamtleistung der Rotorblätter von Vorteil.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0005] Eigenschaften und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung unterbreitet, können sich offensichtlich aus der Beschreibung ergeben, oder können durch die Praxis der Erfindung erfahren werden.

[0006] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Turbinenschaufel. Die Turbinenschaufel weist eine Anströmkante, eine Abströmkante, eine Druckseitenwand und eine Saugseitenwand auf. Die Druckseitenwand und die Saugseitenwand erstrecken sich zwischen der Anströmkante und der Abströmkante. Zwischen der Druck- und Saugseitenwand ist ein Kühlkanal definiert. In dem Kühlkanal ist ein Stift angeordnet. Der Stift weist ein erstes Ende, das mit der Druckseitenwand verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das mit der Saugseitenwand verbunden ist. Entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende ist in einem Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung eine radial ausgerichtete Hohlkehle angeordnet. Die radial ausgerichtete Hohlkehle weist einen maximalen Krümmungsradius auf. Eine axial ausgerichtete Hohlkehle ist in einem Bereich maximaler Schlagbelastung entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet. Die axial ausgerichtete Hohlkehle weist einen maximalen Krümmungsradius auf, der grösser ist als der maximale Krümmungsradius der radial ausgerichteten Hohlkehle.

[0007] Die radial ausgerichtete Hohlkehle der Turbinenschaufel kann sich in Richtung eines Spitzenabschnitts der Turbinenschaufel erstrecken.

[0008] Die radial ausgerichtete Hohlkehle jeder beliebigen oben erwähnten Turbinenschaufel kann sich in Richtung eines Fussabschnitts der Turbinenschaufel erstrecken.

[0009] Die axial ausgerichtete Hohlkehle jeder beliebigen oben erwähnten Turbinenschaufel kann sich in Richtung der Anströmkante der Turbinenschaufel erstrecken.

[0010] Die axial ausgerichtete Hohlkehle jeder beliebigen oben erwähnten Turbinenschaufel kann sich in Richtung der Abströmkante der Turbinenschaufel erstrecken.

[0011] Die Turbinenschaufel jeder beliebigen oben erwähnten Turbinenschaufel kann ein Paar der radial ausgerichteten Hohlkehlen aufweisen, die entlang des Umfangs des ersten oder zweiten Endes angeordnet sind, wobei sich jede radial ausgerichtete Hohlkehle in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung befindet.

[0012] Die Turbinenschaufel jeder beliebigen oben erwähnten Turbinenschaufel kann ein Paar der axial ausgerichteten Hohlkehlen aufweisen, die entlang des Umfangs des ersten oder zweiten Endes angeordnet sind, wobei sich jede axial ausgerichtete Hohlkehle in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs maximaler Schlagbelastung befindet.

[0013] Der Stift jeder beliebigen oben erwähnten Turbinenschaufel kann eine quergeschnittene radiale Weite und eine quergeschnittene axiale Weite aufweisen, die an jedem von dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausgebildet ist, wobei die quergeschnittene radiale Weite wenigstens eines von dem ersten Ende und dem zweiten Ende kleiner ist als die quergeschnittene axiale Weite.

[0014] Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Gasturbine. Die Gasturbine enthält einen Verdichter, eine Brennkammeranordnung, die stromabwärts von dem Verdichter angeordnet ist, und eine Turbine, die mehrere drehbare Turbinenschaufeln aufweist. Wenigstens eines der Rotorblätter weist ein Schaufelblatt auf, das eine Anströmkante, eine Abströmkante, eine Druckseitenwand und eine Saugseitenwand aufweist, die sich radial zwischen einem Fussabschnitt und einem Spitzenabschnitt und zwischen der Anströmkante und der Abströmkante erstrecken. Zwischen der Druck- und Saugseitenwand ist in der Nähe der Abströmkante ein Kühlkanal definiert. Die Turbinenschaufel enthält einen Stift, der in dem Kühlkanal angeordnet ist. Der Stift weist ein erstes Ende, das mit der Druckseitenwand verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das mit der Saugseitenwand verbunden ist. Entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende ist in einem Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung eine radial ausgerichtete Hohlkehle angeordnet. Die radial ausgerichtete Hohlkehle weist einen maximalen Krümmungsradius auf. Eine axial ausgerichtete Hohlkehle ist in einem Bereich maximaler Schlagbelastung entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet. Die axial ausgerichtete Hohlkehle weist einen maximalen Krümmungsradius auf, der grösser ist als der maximale Krümmungsradius der radial ausgerichteten Hohlkehle.

[0015] Die radial ausgerichtete Hohlkehle der Gasturbine kann sich in Richtung eines Spitzenabschnitts der Turbinenschaufel erstrecken.

[0016] Die radial ausgerichtete Hohlkehle jeder beliebigen oben erwähnten Gasturbine kann sich in Richtung eines Fussabschnitts der Turbinenschaufel erstrecken.

[0017] Die axial ausgerichtete Hohlkehle jeder beliebigen oben erwähnten Gasturbine kann sich in Richtung der Anströmkante der Turbinenschaufel erstrecken.

[0018] Die axial ausgerichtete Hohlkehle jeder beliebigen oben erwähnten Gasturbine kann sich in Richtung der Abströmkante der Turbinenschaufel erstrecken.

[0019] Die Turbinenschaufel jeder beliebigen oben erwähnten Gasturbine kann ein Paar der radial ausgerichteten Hohlkehlen aufweisen, die entlang des Umfangs des ersten oder zweiten Endes angeordnet sind, wobei sich jede radial ausgerichtete Hohlkehle in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung befindet.

[0020] Die Turbinenschaufel jeder beliebigen oben erwähnten Gasturbine kann ein Paar der axial ausgerichteten Hohlkehlen aufweisen, die entlang des Umfangs des ersten oder zweiten Endes angeordnet sind, wobei sich jede axial ausgerichtete Hohlkehle in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs maximaler Schlagbelastung befindet.

[0021] Der Stift jeder beliebigen oben erwähnten Gasturbine kann eine quergeschnittene radiale Weite und eine quergeschnittene axiale Weite aufweisen, die an jedem von dem ersten Ende und dem zweiten Ende definiert sind, wobei die quergeschnittene radiale Weite wenigstens eines von dem ersten Ende und dem zweiten Ende kleiner ist als die quergeschnittene axiale Weite.

[0022] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steigerung der mechanischen Dauerfestigkeit einer Turbinenschaufel, die eine Druckseitenwand, eine Saugseitenwand, einen Kühlkanal, der dazwischen definiert ist, und wenigstens einen Stift aufweist, der in dem Kühlkanal angeordnet ist. Der Stift weist ein erstes Ende, das mit der Druckseitenwand verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das mit der Saugseitenwand verbunden ist. Das Verfahren enthält ein Identifizieren wenigstens eines Bereichs einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung entlang des Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Stifts, ein Definieren einer radial ausgerichteten Hohlkehle entlang des entsprechenden Umfangs in der Nähe des Bereichs einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung, wobei die radial ausgerichtete Hohlkehle einen Punkt entlang des entsprechenden Umfangs aufweist, der einen maximalen Krümmungsradius definiert. Das Verfahren enthält ferner ein Identifizieren wenigstens eines Bereichs maximaler Schlagbelastung entlang des Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Stifts. Das Verfahren enthält ferner ein Definieren einer axial ausgerichteten Hohlkehle entlang des entsprechenden Umfangs in der Nähe des Bereichs maximaler Schlagbelastung, wobei die axial ausgerichtete Hohlkehle einen Punkt aufweist, der einen maximalen Krümmungsradius definiert, wobei der maximale Krümmungsradius für die axial ausgerichtete Hohlkehle grösser ist als der maximale Krümmungsradius für die radial ausgerichtete Hohlkehle.

[0023] Das Verfahren kann beinhalten, dass der Schritt des Definierens einer radial ausgerichteten Hohlkehle ein Ausbilden eines Paars radial ausgerichtete Hohlkehlen aufweist, die in der Nähe gegenüberliegender Regionen einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung an einem von dem ersten oder zweiten Ende angeordnet sind.

[0024] Jedes beliebige zuvor erwähnte Verfahren kann beinhalten, dass der Schritt des Definierens einer axial ausgerichteten Hohlkehle ein Ausbilden eines Paars axial ausgerichtete Hohlkehlen aufweist, die an einem von dem ersten oder zweiten Ende in der Nähe gegenüberliegender Regionen maximaler Schlagbelastung angeordnet sind.

[0025] Jedes zuvor erwähnte Verfahren kann ferner ein Formen des Stifts entlang wenigstens eines von dem ersten oder zweiten Ende enthalten, um eine quergeschnittene radiale Weite und eine quergeschnittene axiale Weite aufzuweisen, wobei die quergeschnittene radiale Weite kleiner ist als die quergeschnittene axiale Weite.

[0026] Dem Fachmann werden die Merkmale und Aspekte solcher und weiterer Ausführungsformen nach dem Lesen der Beschreibung verständlicher.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0027] Eine vollständige und in die Praxis umsetzbare Beschreibung der vorliegenden Erfindung, die den für den Fachmann besten Modus der Erfindung beinhaltet, wird in der restlichen Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren eingehender erläutert: <tb>Fig. 1<SEP>dient als ein Beispiel für eine beispielhafte Gasturbine, die unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpern kann; <tb>Fig. 2<SEP>zeigt eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Turbinenschaufel, die unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpern kann; <tb>Fig. 3<SEP>zeigt eine geschnittene Draufsicht der Turbinenschaufel, genommen längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie 3–3, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 4<SEP>zeigt eine geschnittene Seitenansicht der Turbinenschaufel, genommen längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie 4–4, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 5<SEP>zeigt in einer vergrösserten Draufsicht einen Abschnitt der in Fig. 3 gezeigten Turbinenschaufel, die einen beispielhaften Stift enthält, der in einem Kühlkanal angeordnet ist, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 6<SEP>zeigt in einer vergrösserten Vorderansicht einen Abschnitt der in Fig. 2 gezeigten Turbinenschaufel, die den in Fig. 5 gezeigten beispielhaften Stift enthält, der in dem Kühlkanal angeordnet ist, gemäss einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung; <tb>Fig. 7<SEP>zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Endes des in Fig. 5 und 6 veranschaulichten Stifts gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 8<SEP>zeigt eine vergrösserte geschnittene Seitenansicht eines ersten Endes des in Fig. 5 und 6 gezeigten Stifts gemäss wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 9<SEP>zeigt eine vergrösserte quergeschnittene Vorderansicht eines Abschnitts einer Turbinenschaufel, die einen in Fig. 8 gezeigten Stift aufweist, gemäss wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 10<SEP>zeigt eine vergrösserte geschnittene Seitenansicht eines zweiten Endes des in Fig. 9 gezeigten Stifts gemäss wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 11<SEP>zeigt eine vergrösserte geschnittene Draufsicht eines Abschnitts der in Fig. 2 gezeigten Turbinenschaufel gemäss wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 12<SEP>zeigt einen beispielhaften Stift in einer vergrösserten geschnittenen Seitenansicht, die sowohl das erste als auch das zweite Ende des beispielhaften Stifts repräsentiert, gemäss wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 13<SEP>zeigt eine vergrösserte geschnittene Draufsicht eines Abschnitts einer Turbinenschaufel, die den in Fig. 12 veranschaulichten Stift aufweist, gemäss wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und <tb>Fig. 14<SEP>zeigt in einem Blockschaltbild ein Verfahren zur Verbesserung der Dauerfestigkeit einer Turbinenschaufel, gemäss wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0028] Es wird nun im Einzelnen auf vorliegende Ausführungsformen der Erfindung eingegangen, wobei ein oder mehrere der Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet alphanumerische Bezeichnungen, um auf Merkmale in den Figuren Bezug zu nehmen. In den Figuren und in der Beschreibung wurden übereinstimmende oder ähnliche Bezeichnungen verwendet, um auf übereinstimmende oder ähnliche Elemente der Erfindung Bezug zu nehmen. In dem hier verwendeten Sinne können die Begriffe «erster», «zweiter» und «dritter» untereinander austauschbar verwendet sein, um eine Komponente von einer weiteren zu unterscheiden, und sie sollen nicht den Ort oder die Bedeutung der einzelnen Komponenten bezeichnen. Die Begriffe «stromaufwärts» und «stromabwärts» bezeichnen die relative Richtung in Relation zu dem Fluidstrom in einem Strömungspfad. Beispielsweise bezeichnet «stromaufwärts» die Richtung, aus der das Fluid strömt und «stromabwärts» bezeichnet die Richtung, in die das Fluid strömt. Der Begriff «radial» bezeichnet die relative Richtung, die im Wesentlichen rechtwinklig zu einer axialen Mittellinie eines speziellen Bauteils ist, und der Begriff «axial» bezeichnet die relative Richtung, die zu einer axialen Mittellinie eines speziellen Bauteils im Wesentlichen parallel oder mit dieser koaxial fluchtend ausgerichtet ist.

[0029] Sämtliche Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken. Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, dass Modifikationen und Änderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang oder Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, auf eine andere Ausführungsform angewendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform hervorzubringen. Die vorliegende Erfindung soll daher solche Modifikationen und Abweichungen abdecken, soweit diese in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren äquivalenten Formen fallen. Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für Zwecke der Veranschaulichung allgemein im Zusammenhang mit einer industriellen oder landgebundenen Gasturbine beschrieben sind, wird dem Fachmann ohne weiteres einleuchten, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit beliebigen Turbotriebwerken, beispielsweise mit einer Luftfahrzeuggasturbine oder einer Schiffsgasturbine, verwendet werden können, und nicht auf eine industrielle oder landgebundene Gasturbine beschränkt sind, es sei denn, dies ist in den Ansprüchen speziell erwähnt.

[0030] Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen, veranschaulicht Fig. 1 ein Beispiel einer Gasturbine 10, die unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpern kann. Wie gezeigt, gehören zu der Gasturbine 10 ein Verdichterabschnitt 12, ein Verbrennungsabschnitt 14, der eine oder mehrere Brennkammern 16 aufweist, die stromabwärts von dem Verdichterabschnitt 12 angeordnet sind, und ein Turbinenabschnitt 18, der stromabwärts von dem Verbrennungsabschnitt 14 angeordnet ist. Der Turbinenabschnitt 18 weist allgemein mehrere Reihen oder Stufen von Turbinenschaufeln 20 auf, die mit einer Rotorwelle 22 verbunden sind. Eine erste Reihe 24 stationärer Leitschaufeln 26 kann an einem Einlass des Turbinenabschnitts 18 stromaufwärts einer ersten Reihe 28 der Rotorblätter 20 angeordnet sein. Zwischen aufeinanderfolgenden Reihen von Turbinenschaufeln 20 sind in dem Turbinenabschnitt 18 aufeinanderfolgende Reihen stationärer Leitschaufeln 26 angeordnet. Ein Gehäuse 30 umgibt die Reihen stationärer Leitschaufeln und Turbinenschaufeln, um wenigstens teilweise einen Abschnitt eines Heissgaspfads durch den Turbinenabschnitt 18 hindurch zu bilden.

[0031] Im Betrieb tritt ein Arbeitsfluid 32, wie beispielsweise Luft, in einen Einlass 34 eines Verdichters 36 des Verdichterabschnitts 12 ein. Während das Arbeitsfluid 32 in Richtung des Verbrennungsabschnitts 14 durch den Verdichter 36 strömt, wird es fortschreitend verdichtet, um dem Verbrennungsabschnitt 14 ein verdichtetes Arbeitsfluid 38 bereitzustellen. In jeder Brennkammer 16 wird Brennstoff mit dem verdichteten Arbeitsfluid 38 vermischt und die Mischung wird verbrannt, um bei hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit Verbrennungsgase 40 zu erzeugen. Die Verbrennungsgase 40 werden von jeder Brennkammeranordnung 16 über die erste Reihe 24 stationärer Leitschaufeln 26 und durch den Heissgaspfad verzweigt, der in dem Turbinenabschnitt 18 definiert ist. Mittels der stationären Leitschaufeln 26 und der Turbinenschaufeln 20 wird den Verbrennungsgasen 40 thermische und/oder kinetische Energie entzogen, wodurch die Turbinenschaufeln in Drehung versetzt werden, mit dem Ergebnis einer Rotation der Rotorwelle 22.

[0032] Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Turbinenschaufel 100, die unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpern kann, und die anstelle der in Fig. 1 gezeigten Turbinenschaufel 20 in den Turbinenabschnitt 18 eingebaut werden kann. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die Turbinenschaufel 100 allgemein ein Schaufelblatt oder eine Schaufel 102 auf, die sich ausgehend von einem Grundkörper 104 der Turbinenschaufel 100 radial nach aussen erstreckt. Die Basis 104 kann dazu eingerichtet sein, die Turbinenschaufel 100 mit der Rotorwelle 22 zu verbinden (Fig. 1 ). Beispielsweise kann die Basis 104 ein Profil aufweisen, beispielsweise eine (nicht gezeigte) Schwalbenschwanz- oder Nutgestalt, die angepasst ist, um mit einem (nicht gezeigten) komplementären Schlitz in Eingriff zu kommen, der in einer (nicht gezeigten) Rotorscheibe ausgebildet ist, die an der Rotorwelle 22 angebracht ist.

[0033] In speziellen Ausführungsformen erstreckt sich das Schaufelblatt 102, wie in Fig. 2 gezeigt, ausgehend von einem Plattformabschnitt 106 der Basis 104 radial nach aussen. An der Stelle, wo sich das Schaufelblatt 102 und der Plattformabschnitt 106 schneiden, ist ein Fussabschnitt 108 des Schaufelblatts 102 definiert. Ein radialer End- oder Spitzenabschnitt 110 des Schaufelblatts 102 ist körperfern gegenüber dem Fussabschnitt 108 angeordnet. Das Blatt 102 weist eine Anströmkante 112 auf, die sich in der Nähe eines vorderen oder stromaufwärtigen Abschnitts 114 der Turbinenschaufel 100 zwischen dem Fussabschnitt 108 und dem Spitzenabschnitt 110 erstreckt. Die Anströmkante 112 weist im Wesentlichen in eine Strömungsrichtung F der Verbrennungsgase 40. In der Nähe eines hinteren oder stromabwärtigen Abschnitts 118 der Turbinenschaufel 100 erstreckt sich zwischen dem Fussabschnitt 108 und dem Spitzenabschnitt 110 eine Abströmkante 116. Radial zwischen dem Fussabschnitt 108 und dem Spitzenabschnitt 110 und zwischen der Anströmkante 112 und der Abströmkante 116 erstreckt sich eine Druckseitenwand 120. Eine Saugseitenwand 122 ist beabstandet von der Druckseitenwand 120 angeordnet. Die Saugseitenwand 122 erstreckt sich radial zwischen dem Fussabschnitt 108 und dem Spitzenabschnitt 110 und zwischen der Anströmkante 112 und der Abströmkante 116.

[0034] Fig. 3 zeigt eine geschnittene Draufsicht der Turbinenschaufel 100, genommen längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie 3–3, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der Turbinenschaufel längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie 4–4 gemäss einem Ausführungsbeispiel. In speziellen Ausführungsformen erstreckt sich wenigstens ein Kühlkanal 124, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, wenigstens zum Teil durch das Schaufelblatt 102. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind der bzw. die Kühlkanäle 124 wenigstens zum Teil zwischen der Druckseitenwand 120 und der Saugseitenwand 122 definiert.

[0035] Im Betrieb wird, wie in Fig. 4 gezeigt, ein Kühlmittel, beispielsweise ein Teil des verdichteten Arbeitsfluids 38, durch die Kühlkanäle 124 verzweigt, um dem Schaufelblatt 102 Kühlung auf Basis von Wärmeleitung und/oder –konvektion bereitzustellen. In speziellen Ausführungsformen ermöglichen mehrere Kühlungslöcher 126 anhand des einen oder der mehreren Kühlkanäle 124 eine strömungsmässige Verbindung durch das Schaufelblatt 102 hindurch. Beispielsweise können Kühlungslöcher 126, wie in Fig. 2 , 3 und 4 gezeigt, beliebig an der Anströmkante 112, der Druckseitenwand 120, der Abströmkante 116 und/oder an dem Spitzenabschnitt 110 angeordnet sein (Fig. 2 und 4 ). Dementsprechend kann das Kühlmittel durch die Kühllöcher 126 verzweigt werden, um einer Aussenflache des Schaufelblatts 102 Filmkühlung bereitzustellen, so dass dadurch die Dauerfestigkeit der Turbinenschaufel 100 insgesamt verbessert wird.

[0036] In einer Ausführungsform ist, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, in der Nähe der Abströmkante 116 zwischen der Druckseitenwand 120 und der Saugseitenwand 122 ein Kühlkanal 128 definiert. Ein oder mehrere Kühlungslöcher 130 schaffen eine strömungsmässige Verbindung, die aus dem Kühlkanal 128 heraus führt, so dass eine örtliche Kühlung des Schaufelblatts 102 in der Nähe der Abströmkante 116 ermöglicht ist. Ein oder mehrere Stifte 132 oder Stiftrippen sind in dem Kühlkanal 128 angeordnet. Die Stifte 132 können eine Reihe oder Gruppe von Stiften bilden, die, wie aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, eine verbesserte Kühlung des Schaufelblatts 102 durch den Kühlkanal 128 hindurch ermöglichen.

[0037] Fig. 5 zeigt in einer vergrösserten Draufsicht einen Abschnitt der in Fig. 3 gezeigten Turbinenschaufel 100, die einen beispielhaften Stift 132 verwendet, der in dem Kühlkanal 128 angeordnet ist, gemäss einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung. Fig. 6 zeigt in einer vergrösserten Vorderansicht längs der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinien 6–6 einen Abschnitt der Turbinenschaufel 100, die den beispielhaften Stift 132 (Fig. 5 ) enthält, der in dem Kühlkanal 128 angeordnet ist, gemäss einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung.

[0038] Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, weist der Stift 132 einen Grundkörper 134 auf, der sich zwischen der Druckseitenwand 120 und der Saugseitenwand 122 erstreckt. Der Grundkörper 134 weist ein erstes Ende 136, das mit der Druckseitenwand 120 verbunden ist, und ein zweites Ende 138 auf, das mit der Saugseitenwand 122 verbunden ist. Der Stift 132 kann durch Giessen, spanabhebende Bearbeitung oder dreidimensionales Drucken oder durch ein beliebiges sonstiges aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren vor Ort ausgebildet werden, um einen Stift im Innern eines Schaufelblatts zu gestalten. Alternativ kann der Stift 132 an die Druckseitenwand 120 und mit der Saugseitenwand 122 verschweisst, hartverlötet oder anderweitig mechanisch befestigt sein.

[0039] Im Betrieb ist die Turbinenschaufel 100 sowohl Dauerschwingbelastungen als auch Schlagbelastungen ausgesetzt. In erster Linie sind die Dauerschwingbelastungen gewöhnlich die Folge von Scherkräften, die auf uneinheitliche thermische Ausdehnung zwischen der Druckseitenwand 120 und der Saugseitenwand 122 in der Radialrichtung zurückzuführen sind, und/oder von Zentrifugalkräften, die von der Rotation der Rotorblätter 100 herrühren. Auf jeden Fall führen die Scherkräfte an dem ersten und zweiten Ende 136, 138 des Stifts 132 in der Radialrichtung zu Dauerschwingbelastungen, die die Dauerfestigkeit oder mechanische Leistung der Turbinenschaufel 100 begrenzen können. Mit den Dauerschwingbelastungen geht allgemein eine Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl der Turbinenschaufel 100 einher.

[0040] Fig. 7 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Endes des in Fig. 5 und 6 gezeigten Stifts 132. Es ist beabsichtigt, dass Fig. 7 sowohl das erste als auch das zweite Ende 136, 138 des Stifts 132 darstellen kann. Wie in Fig. 7 veranschaulicht, treten Regionen maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 gewöhnlich entlang eines Umfangs des Stifts 132 in der Nähe eines radial innen liegenden Abschnitts 142 des Stifts 132 und/oder entlang des Umfangs an einem radial aussenliegenden Abschnitt 144 des Stifts 132 an dem ersten und zweiten Ende 136, 138 auf. Wie gezeigt, ist der radial innen liegende Abschnitt 142 des Stifts 132 in Richtung des Fussabschnitts 108 des Schaufelblatts 102 ausgerichtet, und der radial aussen liegende Abschnitt 144 des Stifts 132 ist in Richtung des Spitzenabschnitts 110 des Schaufelblatts 102 ausgerichtet.

[0041] Schlagbelastungen sind gewöhnlich die Folge strömungsinduzierter Schwingungen, die durch ungleichmässige oder unstetige aerodynamische Belastung der Turbinenschaufel 100 verursacht sind, und sie werden gewöhnlich durch Trägheit angeregt. Beispielsweise kann eine unstetige aerodynamische Belastung die Folge von Geschwindigkeits- und/oder Druckänderungen der Verbrennungsgase 40 sein, die von einer stromaufwärts gelegenen Reihe stationärer Leitschaufeln 26 gegen eine rotierende Turbinenschaufel 100 strömen, so dass sich eine Schwing/Schlagbelastung des Schaufelblatts 102 mit kleiner Amplitude ergibt. Den strömungsinduzierten Schwingungen ist allgemein eine Ermüdung durch Dauerschwingbeanspruchung der Turbinenschaufel 100 zugeordnet. Schlagbelastungen können in beliebigen Richtungen ausgerichtet sein. Allerdings sind die maximalen Schlagbelastungen normalerweise nicht in der Radialrichtung ausgerichtet, sondern weisen vielmehr häufig eine grössere axiale Komponente auf. D.h. die maximalen Schlagbelastungen treten häufig an einem oder mehreren Punkten entlang eines Umfangs des Stifts 132 zwischen einer 6-Uhr- und 12-Uhr-Stellung auf.

[0042] Wie in Fig. 7 veranschaulicht, kommen Regionen einer maximalen oder Spitzenschlagbelastung 146 gewöhnlich entlang einer Peripherie des Stifts 132 vor, die sich in der Nähe oder in der Richtung eines vorderen Abschnitts 148 des Stifts 132 befindet, und/oder entlang dem Umfang an einem hinteren Abschnitt 150 des Stifts 132 an dem ersten und zweiten Ende 136, 138. Wie gezeigt, ist der vordere Abschnitt 148 des Stifts 132 in Richtung der Anströmkante 112 des Schaufelblatts 102 ausgerichtet, und der hintere Abschnitt 150 des Stifts 132 ist allgemein in Richtung der Abströmkante 116 des Schaufelblatts 102 ausgerichtet. Häufig sind die Regionen maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 und die Regionen maximaler Schlagbelastung 146, wie in Fig. 7 veranschaulicht, entlang des Umfangs des Stifts an dem ersten und zweiten Ende 136, 138 nicht fluchtend angeordnet. Beispielsweise können die Ausrichtung der Regionen maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 und die Ausrichtung der Regionen maximaler Schlagbelastung 146 in speziellen Ausprägungen im Wesentlichen rechtwinklig oder orthogonal zueinander angeordnet sein.

[0043] Herkömmliche Verfahren zur Konstruktion von Turbinenschaufeln beinhalten die Verwendung eines Stifts 132, der einen konstanten oder einheitlichen Durchmesser aufweist, und ein Hinzufügen einer einzelnen Hohlkehle 152, die um den Umfang des Stifts 132 an dem ersten und/oder zweiten Ende 136, 138 einen einheitlichen Radius aufweist, um die maximale oder Spitzenschlagbelastung 146 anzusprechen. In anderen Verfahren ist eine einzelne Hohlkehle mit einem uneinheitlichen Radius um den Umfang an dem ersten und/oder zweiten Ende 136, 138 des Stifts 132 ausgebildet, der einen konstanten oder einheitlichen Durchmesser aufweist, um speziell die maximale oder Spitzenschlagbeanspruchung 146 anzusprechen. Diese Verfahren nutzen verhältnismässig grosse Hohlkehlen, die die Last über einen breiteren Bereich verteilen. Anders als im Falle der Bedingung der Dauerschwingbeanspruchung, wo die Belastung durch die Steifigkeit des Stifts gesteigert wird, ist die Schlagbelastung im Wesentlichen konstant. Im Zusammenhang mit den herkömmlichen Konstruktionsverfahren basiert das Hauptproblem bei der Bemessung des Stiftdurchmessers und der Hohlkehle 152 daher darauf, die Last bei Aufrechterhaltung der mechanischen Festigkeit der Verbindung breit zu verteilen, um die maximale oder Spitzenschlagbelastung 146 zu verringern, so dass die Konstruktion mit Blick auf die Dauerschwingbeanspruchung optimiert ist. Im Ergebnis ist die Hohlkehle 152 nicht in der Lage, an dem ersten und/oder zweiten Ende 136, 138 um den Umfang des Stifts 132 eine ideale Elastizität mit Blick auf eine Optimierung der maximalen Dauerschwingbeanspruchung 140 vorzusehen. Folglich ist eine Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl gegebenenfalls nicht optimiert, was die Lebensdauer der Turbinenschaufel 100 verkürzen kann.

[0044] Fig. 8 zeigt eine vergrösserte geschnittene Seitenansicht des ersten Endes 136 des Stifts 132 gemäss unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Fig. 9 zeigt eine vergrösserte quergeschnittene Vorderansicht eines Abschnitts der Turbinenschaufel 100, die den in Fig. 8 gezeigten Stift 132 aufweist, gemäss unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Fig. 10 zeigt eine vergrösserte geschnittene Seitenansicht des zweiten Endes 138 des Stifts 132 gemäss unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform sind, wie in Fig. 8 veranschaulicht, Bereiche oder Regionen maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 entlang des Umfangs des ersten Endes 136 des Stifts 132 in der Nähe des radial innen liegenden Abschnitts 142 und/oder des radial aussen liegenden Abschnitts 144 des Stifts identifiziert.

[0045] Zusätzlich oder alternativ sind, wie in Fig. 10 veranschaulicht, entlang des Umfangs des zweiten Endes 138 des Stifts 132 in der Nähe des radial innen liegenden Abschnitts 142 und des radial aussen liegenden Abschnitts 144 des Stifts 132 Regionen maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 identifiziert. In speziellen Ausführungsformen ist wenigstens eine radial ausgerichtete Hohlkehle 154, wie in Fig. 8 , 9 und 10 veranschaulicht, entlang des Umfangs des ersten Endes 136 (Fig. 8 und 9 ) und/oder des zweiten Endes 138 (Fig. 9 und 10 ) angeordnet, wobei jede radial ausgerichtete Hohlkehle 154 in der Nähe eines gesonderten besonderen Bereichs maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 angeordnet ist.

[0046] Wie in Fig. 8 und 9 veranschaulicht, erstreckt sich die radial ausgerichtete Hohlkehle 154 in einer Ausführungsform von dem ersten Ende 136 in Richtung des Spitzenabschnitts 110 der Turbinenschaufel 100. In einer Ausführungsform erstreckt sich die radial ausgerichtete Hohlkehle 154 von dem ersten Ende 136 in Richtung des Fussabschnitts 108 der Turbinenschaufel 100 ausgerichtet. In einer Ausführungsform, wie es in Fig. 9 und 10 veranschaulicht ist, erstreckt sich die radial ausgerichtete Hohlkehle 154 ausgehend von dem zweiten Ende 138 in Richtung des Spitzenabschnitts 110 der Turbinenschaufel 100. In einer Ausführungsform erstreckt sich die radial ausgerichtete Hohlkehle 154 von dem zweiten Ende 138 in Richtung des Fussabschnitts 108 der Turbinenschaufel 100.

[0047] In einer Ausführungsform ist, wie in Fig. 8 und 9 veranschaulicht, ein Paar radial ausgerichtete Hohlkehlen 154 entlang des Umfangs des ersten Endes 136 angeordnet, so dass sich jede radial ausgerichtete Hohlkehle 154 in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 befindet. Beispielsweise erstreckt sich eine radial ausgerichtete Hohlkehle 154 in Richtung des Spitzenabschnitts 110, und die andere radial ausgerichtete Hohlkehle 154 erstreckt sich in Richtung des Fussabschnitts 108.

[0048] In einer Ausführungsform ist, wie in Fig. 9 und 10 veranschaulicht, ein Paar der radial ausgerichteten Hohlkehlen 154 entlang des Umfangs des zweiten Endes 138 angeordnet, so dass sich jede radial ausgerichtete Hohlkehle 154 in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 befindet. Beispielsweise erstreckt sich eine radial ausgerichtete Hohlkehle 154 in Richtung des Spitzenabschnitts 110, und die andere radial ausgerichtete Hohlkehle 154 erstreckt sich in Richtung des Fussabschnitts 108.

[0049] Fig. 9 veranschaulicht Profile 156 von vier gesonderten radial ausgerichteten Hohlkehlen 154 in einer Richtung, die an zwei Stellen um den Umfang des ersten Endes 136 des Stifts 132 im Wesentlichen rechtwinklig zu der Druckseitenwand 120, und die an zwei Stellen um den Umfang des zweiten Endes 138 des Stifts 132 im Wesentlichen rechtwinklig zu der Saugseitenwand 122 orientiert ist. In einer Ausführungsform ist das Profil 156 jeder radial ausgerichteten Hohlkehle 154 im Wesentlichen konkav. Das Profil 156 jede der radial ausgerichteten Hohlkehlen 154 lässt sich durch eine einfache Kurve beschreiben, die an jedem beliebigen Punkt entlang des Umfangs des entsprechenden ersten Endes 136 oder des zweiten Endes 138 in der entsprechenden Region maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 ein und denselben Krümmungsradius aufweist. Es ist beabsichtigt, dass auch andere Profile der radial ausgerichteten Hohlkehle 154 durch die vorliegende Erfindung abgedeckt sein können, beispielsweise, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, zusammengesetzte Kurven und elliptische Kurven.

[0050] In einer Ausführungsform ist, wie in Fig. 8 veranschaulicht, ein Punkt 158 entlang des Umfangs des ersten Endes 136 und/oder des Umfangs des zweiten Endes 138 in jedem Region maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 definiert, wo eine radial ausgerichtete Hohlkehle 154 vorhanden ist. Der Punkt 158 entspricht einem lokalen maximalen Krümmungsradius der entsprechenden radial ausgerichteten Hohlkehle 154. Beispielsweise ist der maximale Krümmungsradius, der bei Punkt 158 ausgebildet ist, grösser als die Radien sämtlicher anderen Punkte, die entlang des Umfangs des entsprechenden ersten oder zweiten Endes 136, 138 in der entsprechenden Region maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 zu dem Punkt 158 benachbart angeordnet sind.

[0051] In einer Ausführungsform ist Punkt 158, wie in Fig. 8 veranschaulicht, im Wesentlichen gegen oder in der Richtung des Spitzenabschnitts 110 der Turbinenschaufel 100 an dem ersten Ende 136 ausgerichtet, um die maximale oder Spitzendauerschwingbeanspruchung in jenem besonderen Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 speziell anzusprechen, und um Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl an dem ersten Ende 136 des Stifts 132 zu verbessern oder zu reduzieren. In einer Ausführungsform ist Punkt 158, wie in Fig. 8 veranschaulicht, im Wesentlichen gegen oder in Richtung des Fussabschnitt 108 der Turbinenschaufel 100 ausgerichtet, um speziell die maximale oder Spitzendauerschwingbeanspruchung in jenem besonderen Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 anzusprechen und Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl an dem ersten Ende 136 des Stifts 132 zu verbessern oder zu reduzieren.

[0052] In einer Ausführungsform ist Punkt 158, wie in Fig. 10 veranschaulicht, im Wesentlichen gegen oder in Richtung des Spitzenabschnitts 110 der Turbinenschaufel 100 an dem zweiten Ende 138 ausgerichtet, um speziell die maximale oder Spitzendauerschwingbeanspruchung in jenem besonderen Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung anzusprechen, so dass eine Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl an dem zweiten Ende 138 des Stifts 132 verbessert oder verringert wird. In einer Ausführungsform ist Punkt 158, wie in Fig. 10 veranschaulicht, im Wesentlichen gegen oder in Richtung des Fussabschnitts 108 der Turbinenschaufel 100 an dem zweiten Ende 138 ausgerichtet, um speziell die maximale oder Spitzendauerschwingbeanspruchung in jenem besonderen Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 anzusprechen, so dass eine Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl an dem zweiten Ende 138 des Stifts 132 verbessert oder verringert wird.

[0053] In einer Ausführungsform sind die eine oder die mehreren radial ausgerichteten Hohlkehlen 154 bemessen und/oder gestaltet, um Scherkräfte in den besonderen oder entsprechenden Regionen maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 durch eine Optimierung der Elastizität zu reduzieren, während gleichzeitig an der entsprechenden Verbindung zwischen der Druckseitenwand 120 und dem radial aussen liegenden Abschnitt 144 und/oder dem radial innen liegenden Abschnitt 142 des ersten Endes 136 des Stifts 132 und/oder an der entsprechenden Verbindung zwischen der Saugseitenwand 122 und dem radial aussen liegenden Abschnitt 144 und/oder dem radial innen liegenden Abschnitt 142 des zweiten Endes 138 des Stifts 132 strukturelle Festigkeit bereitgestellt wird.

[0054] Fig. 11 zeigt eine vergrösserte geschnittene Draufsicht eines Abschnitts der in Fig. 2 gezeigten Turbinenschaufel 100 gemäss unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform sind, wie in Fig. 8 veranschaulicht, entlang des Umfangs des ersten Endes 136 des Stifts 132 in der Nähe des vorderen Abschnitts 148 und/oder des hinteren Abschnitts 150 des Stifts 132 Bereiche oder Regionen maximaler Schlagbelastung 146 identifiziert.

[0055] Zusätzlich oder in der Abwandlung sind, wie in Fig. 10 veranschaulicht, Regionen maximaler Schlagbelastung 146 entlang des Umfangs des zweiten Endes 138 des Stifts 132 in der Nähe des vorderen Abschnitts 148 und/oder des hinteren Abschnitts 150 des Stifts 132 identifiziert. In speziellen Ausführungsformen ist, wie in Fig. 8 , 10 und 11 veranschaulicht, wenigstens eine axial ausgerichtete Hohlkehle 160 entlang des Umfangs des ersten Endes 136 (Fig. 8 und 11 ) und/ oder des zweiten Endes 138 (Fig. 10 und 11 ) angeordnet, wobei jede axial ausgerichtete Hohlkehle 160 in der Nähe eines gesonderten besonderen Bereichs maximaler Schlagbelastung 146 angeordnet ist.

[0056] In einer Ausführungsform erstreckt sich die axial ausgerichtete Hohlkehle 160, wie in Fig. 8 und 11 veranschaulicht, von dem ersten Ende 136 in Richtung der Anströmkante 112 der Turbinenschaufel 100. In einer Ausführungsform erstreckt sich die axial ausgerichtete Hohlkehle 160 von dem ersten Ende 136 in Richtung der Abströmkante 116 der Turbinenschaufel 100. In einer Ausführungsform erstreckt sich die axial ausgerichtete Hohlkehle 160, wie in Fig. 10 und 11 veranschaulicht, von dem zweiten Ende 138 in Richtung der Anströmkante 112 der Turbinenschaufel 100. In einer Ausführungsform erstreckt sich die axial ausgerichtete Hohlkehle 160 von dem zweiten Ende 138 in Richtung der Abströmkante 116 der Turbinenschaufel 100.

[0057] In einer Ausführungsform ist ein Paar axial ausgerichtete Hohlkehlen 160, wie in Fig. 8 und 11 veranschaulicht, entlang des Umfangs des ersten Endes 136 angeordnet, so dass sich jede axial ausgerichtete Hohlkehle 160 in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs maximaler Schlagbelastung 146 befindet. Beispielsweise erstreckt sich eine axial ausgerichtete Hohlkehle 160 in Richtung der Anströmkante 112, und die andere axial ausgerichtete Hohlkehle 160 erstreckt sich in Richtung der Abströmkante 116.

[0058] In einer Ausführungsform ist ein Paar der axial ausgerichteten Hohlkehlen 160, wie in Fig. 10 und 11 veranschaulicht, entlang des Umfangs des zweiten Endes 138 angeordnet, so dass sich jede axial ausgerichtete Hohlkehle 160 in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs maximaler Schlagbelastung 146 befindet. Beispielsweise erstreckt sich eine axial ausgerichtete Hohlkehle 160 in Richtung der Anströmkante 112, und die andere axial ausgerichtete Hohlkehle 160 erstreckt sich in Richtung der Abströmkante 116.

[0059] Fig. 11 veranschaulicht Profile 162 von vier gesonderten axial ausgerichteten Hohlkehlen 160 in einer Richtung, die an zwei Stellen um den Umfang des ersten Endes 136 des Stifts 132 im Wesentlichen rechtwinklig zu der Druckseitenwand 120 ist, und die an zwei Stellen um den Umfang des zweiten Endes 138 des Stifts 132 im Wesentlichen rechtwinklig zu der Saugseitenwand 122 ist. In einer Ausführungsform ist das Profil 162 jeder axial ausgerichteten Hohlkehle 160 im Wesentlichen konkav. Das Profil 162 jeder der axial ausgerichteten Hohlkehlen 160 kann durch eine einfache Kurve beschrieben werden, die an jedem beliebigen Punkt entlang des Umfangs des entsprechenden ersten Ende 136 und/oder des zweiten Endes 138 in der entsprechenden Region maximaler Schlagbelastung 146 ein und denselben Krümmungsradius aufweist. Es ist beabsichtigt, dass andere Profile der axial ausgerichteten Hohlkehle 160 durch die vorliegende Erfindung abgedeckt sein können, beispielsweise, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, zusammengesetzte Kurven und elliptische Kurven.

[0060] In einer Ausführungsform ist 164, wie in Fig. 8 veranschaulicht, entlang des Umfangs des ersten Endes 136 und/oder des Umfangs des zweiten Endes 138 ein Punkt in jedem Bereich maximaler Schlagbelastung 146 definiert, wo eine axial ausgerichtete Hohlkehle 160 vorhanden ist. Der Punkt 164 entspricht einem lokalen maximalen Krümmungsradius der entsprechenden axial ausgerichteten Hohlkehle 160. Beispielsweise ist der bei Punkt 164 definierte maximale Krümmungsradius grösser als die Radien sämtlicher sonstigen Punkte, die entlang des Umfangs des entsprechenden ersten oder zweiten Endes 136, 138 in der entsprechenden Region maximaler Schlagbelastung 146 benachbart zu Punkt 164 angeordnet sind.

[0061] In einer Ausführungsform ist Punkt 164, wie in Fig. 8 veranschaulicht, im Wesentlichen gegen oder in Richtung der Anströmkante 112 der Turbinenschaufel 100 an dem ersten Ende 136 ausgerichtet, um die maximale oder Spitzenschlagbelastung in jenem besonderen Bereich maximaler Schlagbelastung 146 anzusprechen. In einer Ausführungsform ist Punkt 164, wie in Fig. 8 veranschaulicht, im Wesentlichen gegen oder in Richtung der Abströmkante 116 der Turbinenschaufel 100 an dem ersten Ende 136 ausgerichtet, um die maximale oder Spitzenschlagbelastung in jenem besonderen Bereich maximaler Schlagbelastung 146 anzusprechen.

[0062] In einer Ausführungsform ist Punkt 164, wie in Fig. 10 veranschaulicht, im Wesentlichen gegen oder in Richtung der Anströmkante 112 der Turbinenschaufel 100 an dem zweiten Ende 138 ausgerichtet, um die maximale oder Spitzenschlagbelastung in jenem besonderen Bereich maximaler Schlagbelastung 146 anzusprechen. In einer Ausführungsform ist Punkt 164, wie in Fig. 10 veranschaulicht, im Wesentlichen gegen oder in Richtung der Abströmkante 116 der Turbinenschaufel 100 an dem zweiten Ende 138 ausgerichtet, um die maximale oder Spitzen-Schlagbelastung in jenem besonderen Bereich maximaler Schlagbelastung 146 anzusprechen.

[0063] Die eine oder die mehreren axial ausgerichteten Hohlkehlen 160 sind bemessen, um eine Elastizität der Verbindung zwischen der Druckseitenwand 120 und dem vorderen Abschnitt 148 des ersten Endes 136 und/oder des zweiten Endes 138 des Stifts 132 zu reduzieren/entfernen bzw. zu versteifen, um dadurch die Dauerschwingbeanspruchung zu verringern bzw. zu optimieren, so dass die Lebensdauer der Turbinenschaufel verlängert bzw. verbessert wird. Beispielsweise ist der in dem Bereich maximaler Schlagbelastung 146 bei Punkt 164 definierte maximale Krümmungsradius in speziellen Ausführungsformen grösser als der maximale Krümmungsradius, der in der einen oder in den mehreren Regionen maximaler oder Spitzendauerschwingbeanspruchung 140 bei Punkt 162 definiert ist.

[0064] Wie in Fig. 8 und 10 gezeigt, erstreckt sich in unterschiedlichen Ausführungsformen zwischen der radial ausgerichteten Hohlkehle 154 und der axial ausgerichteten Hohlkehle 160 eine Übergangshohlkehle 165. Das Profil der Übergangshohlkehle 165 kann durch eine einfache Kurve beschrieben werden, die an jedem beliebigen Punkt entlang des Umfangs des entsprechenden ersten Endes 136 oder des zweiten Endes 138 in der entsprechenden Region maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 ein und denselben Krümmungsradius aufweist. Es ist beabsichtigt, dass auch andere Profile der Übergangshohlkehle 165 durch die vorliegende Erfindung abgedeckt sein können, beispielsweise, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, zusammengesetzte Kurven und elliptische Kurven.

[0065] Fig. 12 zeigt eine vergrösserte geschnittene Seitenansicht, die sowohl das erste als auch das zweite Ende 136, 138 des Stifts 132 repräsentiert, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 13 zeigt eine vergrösserte geschnittene Draufsicht eines Abschnitts der Turbinenschaufel 100, die den in Fig. 12 veranschaulichten Stift 132 aufweist, gemäss einem Ausführungsbeispiel. Wie in Fig. 12 und 13 zu sehen, kann der Stift 132 in den Bereichen maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 eine von einem runden oder zylindrischen Profil abweichende Gestalt aufweisen. In speziellen Ausführungsformen ist die quergeschnittene radiale Weite kleiner als eine quergeschnittene axiale Weite 168 des Stifts 132. Infolgedessen kann die nicht runde oder nicht zylindrische Form in Verbindung mit den radial ausgerichteten Hohlkehlen 154 dazu dienen, eine Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl zu reduzieren oder zu verbessern, indem eine quergeschnittene radiale Weite 166 des Stifts 132 an dem ersten und/oder dem zweiten Ende 136, 138 verringert wird, und somit die Steifigkeit in den Bereichen maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 reduziert wird.

[0066] Durch Nutzung der abweichende Ausrichtung der Regionen maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 bezüglich der Regionen maximaler Schlagbelastung 146 können die Grösse, Gestalt oder das Profil der radial ausgerichteten und der axial ausgerichteten Hohlkehlen 154, 160 und/oder die Gestalt des Stifts 132 optimiert werden, um gleichzeitig ausreichende Steifigkeit bereitzustellen, um eine Dauerschwingbeanspruchung, die auf die Spitzen- oder maximalen Schlagbeanspruchungen 146 zurückzuführen ist, zu reduzieren und/oder zu verbessern, während eine Optimierung der Elastizität und der strukturellen Festigkeit ermöglicht ist, um eine Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl zu reduzieren und/oder zu verbessern. Im Ergebnis ist die Lebensdauer/mechanische Leistung einer Turbinenschaufel im Vergleich zu einer Hohlkehle, die nur einen einzigen Radius aufweist, insgesamt verbessert.

[0067] Die unterschiedlichen Ausführungsformen, wie sie hier beschrieben und in Fig. 8 – 13 veranschaulicht sind, schaffen ein Verfahren 200 zur Verbesserung der Dauerfestigkeit einer Turbinenschaufel 100, wobei gleichzeitig sowohl die Dauerschwingstandfestigkeit als auch die Zeit der Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl verlängert werden, indem die abweichende Ausrichtung zwischen der Ausrichtung der Gebiete einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung 140 und den Regionen maximaler Schlagbelastung 146 genutzt wird, um die Dauerfestigkeit oder mechanische Leistung der Turbinenschaufel 100 insgesamt zu verbessern. Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild des Verfahrens 200 gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

[0068] Wie in Fig. 14 gezeigt, enthält das Verfahren 200 in Schritt 202 ein Identifizieren wenigstens eines Bereichs einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung 140 entlang des Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende 136 und dem zweiten Ende 138 des Stifts 132. In einer Ausführungsform wird der Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung 140 wenigstens durch manuelle Berechnungen, computergestützte Berechnungen und/oder computergestützte Algorithmen identifiziert, die in der Lage sind eine Analyse einer Turbinenschaufel nach dem Verfahren finiter Elemente durchzuführen.

[0069] In Schritt 204 enthält das Verfahren 200 ein Definieren einer radial ausgerichteten Hohlkehle 154 entlang des entsprechenden Umfangs in der Nähe der einen oder der mehreren Regionen einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung 140. Die radial ausgerichtete Hohlkehle 154 weist einen Punkt 158 entlang des entsprechenden Umfangs auf, der einen maximalen Krümmungsradius definiert. Die radial ausgerichtete Hohlkehle kann durch eine einfache Kurve oder durch eine zusammengesetzte Kurve definiert sein.

[0070] In Schritt 206 enthält das Verfahren 200 ein Identifizieren wenigstens eines Bereichs maximaler Schlagbelastung 146 entlang des Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende 136 und dem zweiten Ende 138 des Stifts 132. In einer Ausführungsform wird der Bereich maximaler Schlagbelastung 146 wenigstens durch manuelle Berechnungen, computergestützte Berechnungen und/oder computergestützte Algorithmen identifiziert, die in der Lage sind eine Analyse einer Turbinenschaufel nach dem Verfahren finiter Elemente durchzuführen.

[0071] In Schritt 208, enthält das Verfahren ferner ein Definieren einer axial ausgerichteten Hohlkehle 160 entlang des entsprechenden Umfangs in der Nähe eines entsprechenden Bereichs maximaler Schlagbelastung 146. Die axial ausgerichtete Hohlkehle 160 weist einen Punkt 164 auf, der einen maximalen Krümmungsradius definiert. Der maximale Krümmungsradius für die axial ausgerichtete Hohlkehle 160 ist grösser als der maximale Krümmungsradius für die radial ausgerichtete Hohlkehle 154.

[0072] In einer Ausführungsform kann das Verfahren 200 ferner ein Definieren eines Paars der radial ausgerichteten Hohlkehlen 154 enthalten, die an einem von dem ersten oder zweiten Ende 136, 138 in der Nähe gegenüberliegender Regionen einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung 140 angeordnet sind. In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Definieren eines Paars der axial ausgerichteten Hohlkehlen 160 enthalten, die an einem von dem ersten oder zweiten Ende 136, 138 in der Nähe gegenüberliegender Regionen maximaler Schlagbelastung 146 angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren 200 ein Gestalten des Stifts 132 entlang wenigstens eines von dem ersten oder zweiten Ende 136, 138 mit einer quergeschnittenen radialen Weite 166 und einer quergeschnittenen axialen Weite 168 auf, wobei die quergeschnittene radiale Weite 166 kleiner ist als die quergeschnittene axiale Weite 168.

[0073] Die unterschiedlichen Ausführungsformen, die hier beschrieben und in Fig. 8 – 14 veranschaulicht sind, bieten gegenüber herkömmlichen Turbinenschaufeln und Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer einer Turbinenschaufel einen oder mehrere technische Vorteile. Beispielsweise bilden die Stifte einer Reihe oder Gruppe von Stiften häufig sowohl im Falle der Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl als auch im Falle der Dauerschwingbeanspruchung den Ort der Lebensdauerverkürzung. Herkömmliche Stiftkonstruktionen für Stiftreihengruppen schaffen sowohl für statische (Dauerschwing-) Bedingungen als auch für schwingende (Schlag-) Bedingungen eine einheitliche Steifigkeit, die möglicherweise für beide Fälle nicht optimal ist. Durch Nutzung des Verstehens der abweichenden Ausrichtung zwischen den Regionen maximaler Dauerschwingbeanspruchung und den Regionen maximaler Schlagbelastung wird eine bessere Stiftkonstruktion erreicht. Folglich kann die Lebensdauer einer Turbinenschaufel durch eine Optimierung der Turbinenschaufelkonstruktion an dem ersten und zweiten Ende des Stifts verlängert werden, so dass sich das Teil über einen längeren Zeitraum sicher betreiben lässt, indem ein Ausfall durch Ermüdung vermieden oder verzögert wird.

[0074] Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschliesslich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und um ausserdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente enthalten, die sich von dem Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die von dem Wortsinn der Ansprüche nur unwesentlich abweichen.

[0075] Eine Turbinenschaufel weist einen Kühlkanal auf, der zwischen einer Druckseitenwand und einer Saugseitenwand definiert ist. Ein Stift ist in dem Kühlkanal angeordnet und weist ein erstes Ende, das mit der Druckseitenwand verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das mit der Saugseitenwand verbunden ist. Eine radial ausgerichtete Hohlkehle, die einen maximalen Krümmungsradius aufweist, ist in einem Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet. Eine axial ausgerichtete Hohlkehle, die einen maximalen Krümmungsradius aufweist, ist in einem Bereich maximaler Schlagbelastung entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet. Der maximale Krümmungsradius der axial ausgerichteten Hohlkehle ist grösser als der maximale Krümmungsradius der radial ausgerichteten Hohlkehle.

Bezugszeichenliste

[0076] <tb>Bezugszeichen<SEP>Komponente <tb>10<SEP>Gasturbine <tb>12<SEP>Verdichterabschnitt <tb>14<SEP>Verbrennungsabschnitt <tb>16<SEP>Brennkammeranordnung <tb>18<SEP>Turbinenabschnitt <tb>20<SEP>Turbinenschaufel <tb>22<SEP>Rotorwelle <tb>24<SEP>Erste Reihe <tb>26<SEP>Stationäre Leitschaufeln <tb>28<SEP>Erste Reihe <tb>30<SEP>Gehäuse <tb>32<SEP>Arbeitsfluid <tb>34<SEP>Einlass <tb>36<SEP>Verdichter <tb>38<SEP>Verdichtetes Arbeitsfluid <tb>40<SEP>Verbrennungsgase <tb>41–99<SEP>NICHT VERWENDET <tb>100<SEP>Turbinenschaufel <tb>102<SEP>Schaufelblatt/Schaufel <tb>104<SEP>Basis <tb>106<SEP>Plattformabschnitt <tb>108<SEP>Fussabschnitt <tb>110<SEP>Radiales Ende/Spitzenabschnitt <tb>112<SEP>Anströmkante <tb>114<SEP>Vorderer/stromaufwärtiger Abschnitt <tb>116<SEP>Abströmkante <tb>118<SEP>Hinterer/stromabwärtiger Abschnitt <tb>120<SEP>Druckseitenwand <tb>122<SEP>Saugseitenwand <tb>124<SEP>Kühlkanal <tb>126<SEP>Kühlungslöcher <tb>128<SEP>Kühlkanal <tb>130<SEP>Kühlungslöcher <tb>132<SEP>Stift/Stiftrippe <tb>134<SEP>Grundkörper <tb>136<SEP>Erstes Ende <tb>138<SEP>Zweites Ende <tb>140<SEP>Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung <tb>142<SEP>Radial innen liegender Bereich <tb>144<SEP>Radial aussen liegender Bereich <tb>146<SEP>Bereich maximaler Schwingungsbeanspruchung <tb>148<SEP>Vorderer Abschnitt <tb>150<SEP>Hinterer Abschnitt <tb>152<SEP>Hohlkehle <tb>154<SEP>Radial ausgerichtete Hohlkehle <tb>156<SEP>Profil <tb>158<SEP>Punkt <tb>160<SEP>Axial ausgerichtete Hohlkehle <tb>162<SEP>Profil <tb>164<SEP>Punkt <tb>165<SEP>Übergangshohlkehle <tb>166<SEP>Quergeschnittene radiale Weite <tb>167–199<SEP>NICHT VERWENDET <tb>200<SEP>Verfahren <tb>202<SEP>Schritt <tb>204<SEP>Schritt <tb>206<SEP>Schritt <tb>208<SEP>Schritt

Claims (10)

1. Turbinenschaufel, zu der gehören: eine Anströmkante, eine Abströmkante, eine Druckseitenwand und eine Saugseitenwand, die sich zwischen der Anströmkante und der Abströmkante erstrecken, und ein Kühlkanal, der zwischen der Druck- und Saugseitenwand definiert ist; ein Stift, der in dem Kühlkanal angeordnet ist, wobei der Stift ein erstes Ende, das mit der Druckseitenwand verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit der Saugseitenwand verbunden ist; eine radial ausgerichtete Hohlkehle, die entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende in einem Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung angeordnet ist, wobei die radial ausgerichtete Hohlkehle einen maximalen Krümmungsradius aufweist; und eine axial ausgerichtete Hohlkehle, die in einem Bereich maximaler Schlagbelastung entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet ist, wobei die axial ausgerichtete Hohlkehle einen maximalen Krümmungsradius aufweist, der grösser ist als der maximale Krümmungsradius der radial ausgerichteten Hohlkehle.

2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei sich die radial ausgerichtete Hohlkehle in Richtung eines Spitzenabschnitts der Turbinenschaufel erstreckt.

3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei sich die radial ausgerichtete Hohlkehle in Richtung eines Fussabschnitts der Turbinenschaufel erstreckt.

4. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei sich die axial ausgerichtete Hohlkehle in Richtung der Anströmkante der Turbinenschaufel erstreckt.

5. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei sich die axial ausgerichtete Hohlkehle in Richtung der Abströmkante der Turbinenschaufel erstreckt.

6. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Turbinenschaufel ein Paar radial ausgerichtete Hohlkehlen aufweist, die entlang des Umfangs des ersten oder zweiten Endes angeordnet sind, wobei sich jede radial ausgerichtete Hohlkehle in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung befindet.

7. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Turbinenschaufel ein Paar axial ausgerichtete Hohlkehlen aufweist, die entlang des Umfangs des ersten oder zweiten Endes angeordnet sind, wobei sich jede axial ausgerichtete Hohlkehle in der Nähe eines entgegengesetzten Bereichs maximaler Schlagbelastung befindet.

8. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei der Stift eine quergeschnittene radiale Weite und eine quergeschnittene axiale Weite aufweist, die an jedem von dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausgebildet ist, wobei die quergeschnittene radiale Weite wenigstens eines von dem ersten Ende und dem zweiten Ende kleiner ist als die quergeschnittene axiale Weite.

9. Gasturbine, zu der gehören: ein Verdichter; eine Brennkammeranordnung stromabwärts von dem Verdichter; und eine Turbine, die mehrere drehbare Turbinenschaufeln aufweist, wobei das wenigstens eine von den Rotorblättern aufweist: ein Schaufelblatt, das eine Anströmkante, eine Abströmkante, eine Druckseitenwand und eine Saugseitenwand, die sich zwischen einem Fussabschnitt und einem Spitzenabschnitt und zwischen der Anströmkante und der Abströmkante radial erstrecken, und einen Kühlkanal aufweist, der zwischen der Druck- und Saugseitenwand in der Nähe der Abströmkante definiert ist; einen Stift, der in dem Kühlkanal angeordnet ist, wobei der Stift ein erstes Ende, das mit der Druckseitenwand verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit der Saugseitenwand verbunden ist; eine radial ausgerichtete Hohlkehle, die in einem Bereich maximaler Dauerschwingbeanspruchung entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet ist, wobei die radial ausgerichtete Hohlkehle einen maximalen Krümmungsradius aufweist; und eine axial ausgerichtete Hohlkehle, die in einem Bereich maximaler Schlagbelastung entlang eines Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet ist, wobei die axial ausgerichtete Hohlkehle einen maximalen Krümmungsradius aufweist, der grösser ist als der maximale Krümmungsradius der radial ausgerichteten Hohlkehle.

10. Verfahren zur Steigerung der mechanischen Dauerfestigkeit einer Turbinenschaufel, die eine Druckseitenwand, eine Saugseitenwand, einen Kühlkanal, der dazwischen definiert ist, und wenigstens einen Stift aufweist, der in dem Kühlkanal angeordnet ist, wobei der Stift ein Ende, das mit der Druckseitenwand verbunden ist, und ein gegenüberliegendes Ende aufweist, das mit der Saugseitenwand verbunden ist, wobei das Verfahren enthält: Identifizieren wenigstens eines Bereichs einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung entlang des Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Stifts; Definieren einer radial ausgerichteten Hohlkehle entlang des entsprechenden Umfangs in der Nähe des Bereichs einer maximalen Dauerschwingbeanspruchung, wobei die radial ausgerichtete Hohlkehle einen Punkt entlang des entsprechenden Umfangs aufweist, der einen maximalen Krümmungsradius definiert; Identifizieren wenigstens eines Bereichs maximaler Schlagbelastung entlang des Umfangs wenigstens eines von dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Stifts; und Definieren einer axial ausgerichteten Hohlkehle entlang des entsprechenden Umfangs in der Nähe des Bereichs maximaler Schlagbelastung, wobei die axial ausgerichtete Hohlkehle einen Punkt aufweist, der einen maximalen Krümmungsradius definiert, wobei der maximale Krümmungsradius für die axial ausgerichtete Hohlkehle grösser ist als der maximale Krümmungsradius für die radial ausgerichtete Hohlkehle.