DE102011111011A1 - Adjustable shovel element of a gas turbine of an aircraft engine, comprises adjusting device for changing shape of adjustable shovel element, which is constructed by a generative manufacturing process - Google Patents

Adjustable shovel element of a gas turbine of an aircraft engine, comprises adjusting device for changing shape of adjustable shovel element, which is constructed by a generative manufacturing process Download PDF

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Abstract

Adjustable shovel element (1), preferably an adjustable shovel element of a gas turbine of an aircraft engine, comprises at least one adjusting device (17) for changing the shape of the adjustable shovel element. The adjustable shovel element together with the adjusting device is constructed by a generative manufacturing process. An independent claim is also included for constructing the adjustable shovel element, preferably the adjustable shovel element of the gas turbine of the aircraft engine, comprising constructing the adjustable shovel element having the adjusting device by the generative manufacturing process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstellschaufelelement und ein Verfahren zum Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines derartigen Verstellschaufelelementes, insbesondere eines Verstellschaufelelementes einer Turbine, z. B. einer Gasturbine eines Flugtriebwerks, oder eines Verdichters, mittels eines generativen Fertigungsverfahrens.The present invention relates to an adjusting blade element and a method for forming, repairing and / or replacing such a Verstellschaufelelementes, in particular a Verstellschaufelelementes a turbine, for. As a gas turbine of an aircraft engine, or a compressor, by means of a generative manufacturing process.

Im Allgemeinen werden Verstellschaufelelemente mechanisch verstellbar hergestellt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Mechanik hierfür aufwendig und kostspielig in der Herstellung und Montage ist. Insbesondere ist die Konstruktion der mechanischen Verstellung aufwendig. Außerdem führt die mechanische Verstellung zu einem Gewichtszuwachs und einem erhöhte Verschleiß. Zudem ist ein erhöhter Steuerungsaufwand notwendig, um die Verstellung drehzahl- oder lastabhängig durchzuführen.In general, adjusting vane elements are made mechanically adjustable. However, this has the disadvantage that the mechanism for this is expensive and expensive to manufacture and assemble. In particular, the construction of the mechanical adjustment is expensive. In addition, the mechanical adjustment leads to a weight gain and increased wear. In addition, an increased control effort is necessary to perform the adjustment speed or load-dependent.

Des Weiteren sind beispielsweise aus der DE 961 742 Schaufeln bekannt, welche aus einem mit einem Schaufelträger verbundenen Holm und einem sich in Strömungsrichtung an diesen anschließenden hohlen Teil gebildet sind. Die Schaufeln sind hierbei aus Metall gefertigt, wobei der Holm und eine saugseitige Wand der jeweiligen Schaufel einstückig ausgeführt sind, während eine druckseitige Wand der Schaufel ein besonderes, an den übrigen Teilen fest eingespanntes Bauteil bildet. Der Holm mit der aus ihm herauswachsenden saugseitigen Wand und der druckseitigen Wand sind aus verschiedenen, sich bei Temperaturzunahme unterschiedlich stark ausdehnenden Metallen gefestigt.Furthermore, for example, from the DE 961 742 Blades are known, which are formed from a spar connected to a blade carrier and a subsequent flow in the direction of this hollow part. The blades are here made of metal, wherein the spar and a suction-side wall of the respective blade are made in one piece, while a pressure-side wall of the blade forms a special, firmly clamped to the remaining parts component. The spar, with the suction-side wall and the pressure-side wall growing out of it, are made of different metals which expand to different extents when the temperature increases.

Diese Schaufeln haben jedoch den Nachteil, dass sie aufwendig in der Herstellung und Montage sind. Insbesondere muss die druckseitige Wand entsprechend an dem Holm mit der saugseitigen Wand zusätzlich befestigt werden.However, these blades have the disadvantage that they are expensive to manufacture and assembly. In particular, the pressure-side wall must be additionally fastened correspondingly to the spar with the suction-side wall.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verstellschaufelelement bereitzustellen.Against this background, the invention is based on the object of providing an improved adjusting blade element.

Gemäß der Erfindung wird nun ein Verstellschaufelelement, insbesondere ein Verstellschaufelelement einer Gasturbine eines Flugzeugtriebwerks, bereitgestellt, welches wenigstens eine Einstelleinrichtung zum Ändern der Form des Verstellschaufelelements aufweist, wobei das Verstellschaufelelement zusammen mit seiner wenigstens einen Einstelleinrichtung z. B. durch ein generatives Fertigungsverfahren aufgebaut ist.According to the invention, an adjusting vane element, in particular an adjusting vane element of a gas turbine of an aircraft engine, is provided, which has at least one adjusting device for changing the shape of the adjusting vane element, wherein the adjusting vane element together with its at least one adjusting device z. B. is constructed by a generative manufacturing process.

Das Verstellschaufelelement hat den Vorteil, dass die Einstelleinrichtung automatisch die Form des Verstellschaufelelements verändert. Durch die automatisch stattfindende Adaption des Verstellschaufelelements entfällt daher ein zusätzlicher gesonderter Steueraufwand. Außerdem sind keine Achsen und sonstige zur gesteuerten Bewegung benötigten Elemente bei dem Verstellschaufelelement notwendig, da die Schaufel sich selbst verformt. Zudem ist das Verstellschaufelelement mit seiner Einstelleinrichtung durch das generative Fertigungsverfahren gemeinsam herstellbar, ohne dass die Einstelleinrichtung später an dem Verstellschaufelelement separat angebracht werden muss. Dadurch kann das Verstellschaufelelement kostengünstig hergestellt werden und eine aufwendige Montage der Einstelleinrichtung entfällt.The adjusting vane element has the advantage that the adjusting device automatically changes the shape of the adjusting vane element. Due to the automatically occurring adaptation of the adjusting vane element therefore eliminates an additional separate tax expense. In addition, no axes and other elements needed for the controlled movement are necessary in the Verstellschaufelelement, as the blade deforms itself. In addition, the adjusting blade element can be produced together with its adjusting device by the generative manufacturing method, without the adjusting device having to be attached separately to the adjusting blade element later. This allows the Verstellschaufelelement be produced inexpensively and a complex assembly of the adjustment omitted.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis/Idee besteht darin, ein sich selbst einstellendes Verstellschaufelelement bereitzustellen, wobei das Verstellschaufelelement hierzu mit einer Einstelleinrichtung gemeinsam ausgebildet wird z. B. durch ein generatives Fertigungsverfahren.The knowledge / idea on which the present invention is based is to provide a self-adjusting adjusting vane element, the adjusting vane element being designed to be common with an adjusting device for this purpose, for example. B. by a generative manufacturing process.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and the description with reference to the drawings.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist wenigstens eine Einstelleinrichtung als Innenstruktur ausgebildet, welche innerhalb des zumindest teilweise hohl ausgebildeten Verstellschaufelelements ausgebildet ist. Die Innenstruktur kann dabei beispielsweise eine variierende Masse bzw. einen variierenden Querschnitt aufweisen, so dass sich bei einer Drehung des Verstellschaufelelements, dieses Verstellschaufelelement aufgrund der durch die Innenstruktur erzeugten Fliehkräfte verformt.In one embodiment according to the invention, at least one setting device is designed as an inner structure which is formed within the at least partially hollow adjusting blade element. In this case, the internal structure can have, for example, a varying mass or a varying cross section, such that upon rotation of the adjusting vane element, this adjusting vane element deforms due to the centrifugal forces generated by the internal structure.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Innenstruktur als eine Innenwandung ausgebildet, welche sich in Längsrichtung und/oder Querrichtung des Verstellschaufelelements erstreckt. Der Querschnitt oder die Masse kann dabei geeignet angepasst werden, so dass sich das Verstellschaufelelement in einem vorbestimmten Maß verformt durch die mittels der Einstelleinrichtung erzeugten Fliehkräfte.In a further embodiment according to the invention, the inner structure is formed as an inner wall which extends in the longitudinal direction and / or transverse direction of the adjusting vane element. The cross section or the mass can be suitably adapted so that the adjusting blade element deforms to a predetermined extent by the centrifugal forces generated by means of the adjusting device.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Verstellschaufelelement wenigstens zwei Bereiche aus einem unterschiedlichen Werkstoff oder einer unterschiedlichen Werkstoffkombination auf, wobei die Bereiche die Einstelleinrichtung bilden. Die Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen können dabei einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, so dass sich bei Erwärmend es Verstellschaufelelements ein Bereich stärker ausdehnt als der andere Bereich und sich dadurch die Form des Verstellschaufelelements verändert.According to a further embodiment of the invention, the adjusting blade element has at least two regions made of a different material or a different material combination, wherein the regions form the adjusting device. The materials or material combinations may have a different coefficient of thermal expansion, so that when the adjusting blade element heats up, one region expands more strongly than the other region, thereby changing the shape of the adjusting blade element.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist ist die wenigstens eine Einstelleinrichtung ein Piezoelement. Das Piezoelement kann dabei durch Anlegen einer geeigneten Spannung gesteuert oder geregelt werden, um die Form des Verstellschaufelelements zu verändern. In another embodiment according to the invention, the at least one adjusting device is a piezoelectric element. The piezoelectric element can be controlled or regulated by applying a suitable voltage to change the shape of the Verstellschaufelelements.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele naher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments specified in the schematic figures of the drawings. Show it:

1 eine Schnittansicht eines Verstellschaufelelementes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 a sectional view of a Verstellschaufelelementes according to a first embodiment of the invention;

2 eine Schnittansicht eines Verstellschaufelelementes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 2 a sectional view of a Verstellschaufelelementes according to a second embodiment of the invention;

3 eine Schnittansicht eines Verstellschaufelelementes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und 3 a sectional view of a Verstellschaufelelementes according to a third embodiment of the invention; and

4 ein Ablaufdiagramm zum Herstellen eines Verstellschaufelelements gemäß der Erfindung. 4 a flow diagram for producing a Verstellschaufelelements according to the invention.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausführt ist jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing are the same, functionally identical and same-acting elements, features and components - unless otherwise stated, each provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine schematische und stark vereinfachte Schnittansicht eines Verstellschaufelelementes 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.In 1 is a schematic and highly simplified sectional view of a Verstellschaufelelementes 1 shown according to a first embodiment of the invention.

Gemäß der Erfindung wird ein Verstellschaufelelement 1 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens aufgebaut und insbesondere hergestellt, ausgetauscht oder repariert. Bei generativen Fertigungsverfahren wird ein Werkstück im Allgemeinen Schicht für Schicht aufgebaut. Generative Fertigungsverfahren sind beispielsweise das sog. Rapid Manufacturing und das sog. Rapid Prototyping usw.. Dabei wird bei den entsprechenden generativen Verfahren, die beispielsweise als Lasersintern, Selective Laser Sintering (SLS), Elektronenstrahlsintern, Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Melting (SLM) oder 3D-Printing bekannt sind, der hinzuzufügende oder aufzutragende Werkstoff in Pulverform verarbeitet. Gemäß der Erfindung kann beispielsweise ein Pulver aus wenigstens einem Metall, einer Metalllegierung, einem Kunststoff und/oder Keramik eingesetzt werden. Die Erfindung ist jedoch auf die genannten generativen Fertigungsverfahren, sowie den Werkstoff oder die Werkstoffkombination des Pulvers nicht beschränkt.According to the invention, an adjusting vane element 1 built by a generative manufacturing process and in particular manufactured, replaced or repaired. In generative manufacturing processes, a workpiece is generally built up layer by layer. Generative manufacturing processes include, for example, so-called rapid manufacturing and so-called rapid prototyping, etc. In the case of the corresponding generative processes, for example laser sintering, selective laser sintering (SLS), electron beam sintering, electron beam melting (EBM), laser cutting, selective Laser Melting (SLM) or 3D printing are known, the added or to be applied material in powder form. According to the invention, for example, a powder of at least one metal, a metal alloy, a plastic and / or ceramic can be used. However, the invention is not limited to the aforementioned generative manufacturing method, as well as the material or the material combination of the powder.

Beim sog. selektiven Laserschmelzen (engl. Selective Laser Melting (SLM)) als einem Beispiel für ein generatives Fertigungsverfahren wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform schichtweise auf einen Träger oder eine Bauplattform aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff der jeweiligen Schicht bzw. Pulverschicht wird anschließend mittels Laserstrahlung in einem Bauteilbereich des herzustellenden Bauteils lokal vollständig umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Zum Auftragen der nächsten Pulverschicht wird beispielsweise die Bauplattform um eine Schichtdicke abgesenkt und die neue Pulverschicht aufgetragen und anschließend der Bauteilbereich der Pulverschicht durch Laserstrahlung entsprechend verfestigt. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen sind bzw. das fertige Bauteil aus den verfestigten Bauteilbereichen der Pulverschichten hergestellt ist. Anschließend wird das fertige Bauteil von dem überschüssigen Pulver gereinigt und kann je nach Bedarf entweder bearbeitet oder sofort verwendet werden.In so-called selective laser melting (SLM), as an example of a generative manufacturing process, the material to be processed is applied in powder form in layers to a support or a construction platform. The pulverulent material of the respective layer or powder layer is then completely locally remelted by means of laser radiation in a component region of the component to be produced and forms a solid material layer after solidification. To apply the next powder layer, for example, the construction platform is lowered by one layer thickness and the new powder layer is applied, and then the component area of the powder layer is solidified by laser radiation. This cycle is repeated until all layers have been remelted or the finished component is made from the solidified component regions of the powder layers. Subsequently, the finished component is cleaned of the excess powder and can either be processed as needed or used immediately.

Wie in dem Ausführungsbeispiel eines Verstellschaufelelements 1 in 1 gezeigt ist, weist das Verstellschaufelelement 1 beispielsweise eine Außenwandung 2 auf. Die Außenwand 2 bildet dabei die Kontur oder Außenkontur des Verstellschaufelelements 1, welche durch eine Einstelleinrichtung 17 des Verstellschaufelelements 1 automatisch veränderbar oder anpassbar ist. Im Inneren ist das Verstellschaufelelement 1 z. B. teilweise oder vollständig hohl ausgebildet und weist als Einstelleinrichtung 17 zum automatischen Einstellen oder Anpassen der Form des Verstellschaufelelements 1 eine Innenstruktur 3 auf, beispielsweise eine Innenwandung 4. Dabei kann die Innenwandung 4 umlaufend oder nur in einem oder mehreren Abschnitten mit der Außenwandung 2 des Verstellschaufelelements 1 verbunden sein, insbesondere einstückig verbunden sein.As in the embodiment of a Verstellschaufelelements 1 in 1 is shown has the Verstellschaufelelement 1 for example, an outer wall 2 on. The outer wall 2 forms the contour or outer contour of the adjusting blade element 1 , which by an adjustment 17 the adjusting vane element 1 is automatically changeable or customizable. Inside is the adjusting blade element 1 z. B. partially or completely hollow and has as adjustment 17 for automatically adjusting or adjusting the shape of the adjusting vane element 1 an interior structure 3 on, for example, an inner wall 4 , In this case, the inner wall 4 circumferential or only in one or more sections with the outer wall 2 the adjusting vane element 1 be connected, in particular be integrally connected.

Die Innenwandung 4 erstreckt sich dabei als Innenstruktur 3 beispielsweise in Längsrichtung des Verstellschaufelelements 1 von einem ersten Ende 5 zu einem zweiten Ende 6 des Verstellschaufelelements 1. Dabei kann die Innenwandung 4 beispielsweise mit einem variierenden Querschnitt 7 und damit einer variierenden Masse ausgebildet sein. Wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt ist, ist der Querschnitt 7 in einem Abschnitt, z. B. einem mittleren Abschnitt 8 der Innenwandung 4 z. B. größer als in den beiden äußeren Abschnitten 9 ausgebildet. Der Querschnitt des mittleren Abschnitts 8 der Innenwandung 4 kann dabei derart größer ausgebildet sein oder der mittlere Abschnitt 8 eine größere Masse aufweisen, dass die Fliehkraft F, die durch die Innenwandung 4 des Verstellschaufelelements 1 erzeugt wird, das Verstellschaufelelement 1 z. B. stärker krümmt, wie mit einem Pfeil X und einer gestrichelten Linie in 1 angedeutet ist.The inner wall 4 extends as an internal structure 3 for example, in the longitudinal direction of the adjusting blade element 1 from a first end 5 to a second end 6 the adjusting vane element 1 , In this case, the inner wall 4 for example, with a varying cross section 7 and be designed with a varying mass. As in the embodiment in 1 is shown is the cross section 7 in a section, e.g. B. a middle section 8th the inner wall 4 z. B. larger than in the two outer sections 9 educated. The cross section of the middle section 8th the inner wall 4 can be formed so larger or the middle section 8th have a greater mass that the centrifugal force F passing through the inner wall 4 the adjusting vane element 1 is generated, the adjusting blade element 1 z. B. more curved, such as an arrow X and a dashed line in 1 is indicated.

Die Außenwandung 2 und die Innenstruktur 3, hier eine Innenwandung 4 mit einem variierenden Querschnitt 7, des Verstellschaufelelements 1 sind dabei einteilig und aus demselben Werkstoff oder derselben Werkstoffkombination hergestellt. Indem der Querschnitt 7 in wenigstens einem Abschnitt 8 vergrößert und dadurch die Masse in diesem Abschnitt 8 erhöht wird, kann die Fliehkraft in diesem Abschnitt 8 vergrößert werden, um beispielsweise ein Krümmen oder stärkeres Krümmen des Verstellschaufelelements 1 zu erzielen und damit eine andere Konfiguration oder strömungstechnische Konfiguration, wie mit einer gestrichelten Linie in 1 angedeutet ist.The outer wall 2 and the internal structure 3 , here an inner wall 4 with a varying cross section 7 , the adjusting blade element 1 are made in one piece and made of the same material or the same material combination. By the cross section 7 in at least one section 8th increases and thereby the mass in this section 8th is increased, the centrifugal force in this section 8th be increased, for example, a curving or bending of the Verstellschaufelelements 1 and thus achieve a different configuration or fluidic configuration, as with a dashed line in 1 is indicated.

Mittels eines entsprechenden generativen Fertigungsverfahrens, wie eines der zuvor beispielhaft genannten generativen Fertigungsverfahren, wird es ermöglicht, ein Verstellschaufelelement 1, beispielsweise eine Laufschaufel oder eine Leitschaufel, mit einer Innenstruktur 3 als Beispiel für eine Einstelleinrichtung 17 zum automatischen Einstellen oder Anpassen der Form des Verstellschaufelelements 1 zu versehen. Diese Innenstruktur 3 kann so ausgelegt werden, dass das Verstellschaufelelement 1 abhängig z. B. von einer Drehzahl, eine andere Geometrie ausbildet oder aufweist. Diese Formänderung wird durch die stärkere Wirkung an Fliehkräften durch größere Massen hervorgerufen. Dadurch können z. B. Abstände zwischen mehreren Verstellschaufelelementen 1 einer Vorrichtung, wie einer Turbine oder einem Verdichter, reguliert und alle weiteren Vorteile der Verstellschaufelelemente 1 genutzt werden. Vorteil dieses Prinzips ist außerdem der Wegfall einer Steuerung, da die Drehzahl die Schaufel 1 automatisch durch die wirkenden Kräfte einstellt. D. h. durch die automatisch stattfindende Adaption des Verstellschaufelelements 1 entfällt ein Steueraufwand. Außerdem sind keine Achsen und sonstige zur gesteuerten Bewegung benötigten Elemente bei dem Verstellschaufelelement 1 notwendig, da sich die Schaufel 1 selbst verformt.By means of a corresponding generative manufacturing process, such as one of the aforementioned generative manufacturing methods, it becomes possible to use an adjusting blade element 1 , For example, a blade or a vane, with an inner structure 3 as an example of an adjustment 17 for automatically adjusting or adjusting the shape of the adjusting vane element 1 to provide. This interior structure 3 can be designed so that the adjusting blade element 1 depending on z. B. from one speed, another geometry forms or has. This change in shape is caused by the greater effect of centrifugal forces by larger masses. As a result, z. B. distances between several Verstellschaufelelementen 1 a device, such as a turbine or a compressor, regulates and all other advantages of Verstellschaufelelemente 1 be used. Advantage of this principle is also the elimination of a controller, since the speed of the blade 1 automatically adjusted by the acting forces. Ie. by the automatically occurring adaptation of the adjusting blade element 1 there is no tax expense. In addition, there are no axes and other elements required for controlled movement in the Verstellschaufelelement 1 necessary, as the shovel 1 self-deformed.

In 2 ist eine schematische und stark vereinfachte Schnittansicht eines Verstellschaufelelementes 1 gemäß einer zweiten Ausfürungsform der Erfindung gezeigt.In 2 is a schematic and highly simplified sectional view of a Verstellschaufelelementes 1 according to a second embodiment of the invention.

Einen ähnlichen Effekt, d. h. eine Änderung der Geometrie oder der Form des Verstellschaufelelements 1 kann gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform erzielt werden, durch das Anbringen von einem weiteren Werkstoff oder einer weiteren Werkstoffkombination an dem Verstellschaufelelement 1, um eine Einstelleinrichtung 17 zum automatischen Einstellen oder Anpassen der Form des Verstellschaufelelements 1 bereitzustellen. Der weitere Werkstoff oder die weitere Werkstoffkombination können hierbei ein anderes thermisches Verhalten, z. B. einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten, aufweisen als der Basiswerkstoff oder die Basiswerkstoffkombination, so dass z. B. ein Verstellschaufelelement 1 in Form eines Bi-Metalls entsteht, welches sich bei Erwärmung verformt. Die Erwärmung des Verstellschaufelelements 1 nimmt dabei zu mit einer Erhöhung der Drehzahl einer Vorrichtung mit einem solchem Verstellschaufelelement, wie z. B. einer Turbine oder einem Verdichter.A similar effect, ie a change in the geometry or shape of the Verstellschaufelelements 1 can be achieved according to the second embodiment of the invention, by the attachment of a further material or a further combination of materials to the Verstellschaufelelement 1 to an adjustment 17 for automatically adjusting or adjusting the shape of the adjusting vane element 1 provide. The further material or the further material combination can in this case another thermal behavior, eg. Example, a different coefficient of thermal expansion, as the base material or the base material combination, so that z. B. an adjusting blade element 1 in the form of a bi-metal, which deforms when heated. The heating of the adjusting blade element 1 It increases with an increase in the speed of a device with such a Verstellschaufelelement, such as. As a turbine or a compressor.

Anstelle oder zusätzlich zu dem Bi-Metall kann auch wenigstens ein Piezoelement 10 (z. B. ein geregeltes Piezoelement) als Einstelleinrichtung 17 eingesetzt werden, wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Diese Variante hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Einstellung ohne Zeitverlust erfolgt. Das Verstellschaufelelement 1 kann beispielsweise in wenigstens einem Abschnitt, z. B. auf seiner Außenseite 11 oder seiner Innenseite 12, mit einem Piezoelement 10 versehen werden. Dazu wir das Verstellschaufelelement 1 mit wenigstens einer oder mehreren Schichten aus einem Piezokristall, einer piezoelektrischen Keramik und/oder einem polykristallinen Material ausgebildet. Zur Änderung der Form des Verstellschaufelelements 1 wird an das Piezoelement 10 z. B. eine geeignete elektrische Spannung angelegt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung kann das Piezoelement 10 entsprechend gesteuert und/oder geregelt und damit die Form des Verstellschaufelelements 1 verändert werden.Instead of or in addition to the bi-metal may also be at least one piezoelectric element 10 (For example, a controlled piezoelectric element) as adjusting 17 be used as in the embodiment in 2 is indicated by a dashed line. This variant has the additional advantage that the adjustment takes place without loss of time. The adjusting blade element 1 For example, in at least one section, e.g. B. on its outside 11 or its inside 12 , with a piezo element 10 be provided. For this we use the adjusting blade element 1 formed with at least one or more layers of a piezoelectric crystal, a piezoelectric ceramic and / or a polycrystalline material. To change the shape of the Verstellschaufelelements 1 gets to the piezo element 10 z. B. applied a suitable electrical voltage. By applying an electrical voltage, the piezoelectric element 10 controlled and / or regulated accordingly and thus the shape of the adjusting blade element 1 to be changed.

Wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, weist das Verstellschaufelelement 1 beispielsweise wenigstens zwei Bereiche, d. h. einen ersten und einen zweiten Bereich 13, auf, welche aus einem unterschiedlichen Werkstoff oder einer unterschiedlichen Werkstoffkombination hergestellt sind und als Einstelleinrichtung 17 zum automatischen Einstellen oder Anpassen der Form des Verstellschaufelelements 1 fungieren. Der erste Bereich 13 bildet dabei, wie indem Ausführungsbeispiel in 2 illustriert ist, eine erste Seite, z. B. Außenseite 11, des Verstellschaufelelements 1 und der zweite Bereich 14 bildet eine zweite Seite, z. B. die Innenseite 12, des Verstellschaufelelements 1.As in the embodiment in 2 is shown has the Verstellschaufelelement 1 For example, at least two areas, ie a first and a second area 13 on, which are made of a different material or a different combination of materials and as adjusting 17 for automatically adjusting or adjusting the shape of the adjusting vane element 1 act. The first area 13 forms, as in the embodiment in 2 is illustrated, a first page, z. B. outside 11 , the adjusting blade element 1 and the second area 14 forms a second page, z. B. the inside 12 , the adjusting blade element 1 ,

Hierbei ist beispielsweise der erste Bereich 13 bzw. die Außenseite 11 des Verstellschaufelelements 1 aus einem ersten Werkstoff oder einer ersten Werkstoffkombination hergestellt und der zweite Bereich 14 bzw. die Innenseite 12 des Verstellschaufelelements 1 aus einem anderen zweiten Werkstoff oder einer anderen zweiten Werkstoffkombination. Die Werkstoffe und Werkstoffkombinationen sind dabei beispielweise derart gewählt, dass sie z. B. ein unterschiedliches thermisches Verhalten aufweisen. Das Verstellschaufelelement 1, wie es in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, ist z. B. massiv ausgebildet. Da sich die Werkstoffe bzw. Werkstoffkombinationen unterscheiden, beispielsweise hinsichtlich ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten, verformt sich das Verstellschaufelelement 1 bei Erwärmung. Wie zuvor beschrieben nimmt die Erwärmung des Verstellschaufelelements 1 beispielsweise mit einer Erhöhung der Drehzahl einer Vorrichtung die ein solches Verstellschaufelelement 1 aufweist, wie beispielsweise einer Turbine oder eines Verdichters, zu. Here, for example, the first area 13 or the outside 11 the adjusting vane element 1 made of a first material or a first material combination and the second area 14 or the inside 12 the adjusting vane element 1 from another second material or another second material combination. The materials and material combinations are chosen, for example, such that they z. B. have a different thermal behavior. The adjusting blade element 1 as it is in the embodiment in 2 is shown, for. B. solid. Since the materials or material combinations differ, for example, in terms of their thermal expansion coefficient, deforms the Verstellschaufelelement 1 when heated. As described above, the heating of the adjusting vane element decreases 1 For example, with an increase in the rotational speed of a device, such an adjusting blade element 1 has, such as a turbine or a compressor to.

In 3 ist eine Schnittansicht eines Verstellschaufelelementes 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die dritte Ausführungsform der Erfindung stellt im Wesentlichen eine Kombination der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung dar.In 3 is a sectional view of a Verstellschaufelelementes 1 shown according to a third embodiment of the invention. The third embodiment of the invention essentially represents a combination of the first and second embodiments of the invention.

Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung kann das Verstellschaufelelement 1 zumindest teilweise oder vollständig hohl ausgebildet sein. Hierbei kann das Verstellschaufelelement 1 vergleichbar dem Verstellschaufelelement 1, wie es in dem Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt ist, eine Außenwandung 2 aufweisen. Die eine Hälfte 15 der Außenwandung 2, z. B. die Hälfte 15 welche die Außenseite 11 des Verstellschaufelelements 1 bildet, kann hierbei aus einem ersten Werkstoff oder einer ersten Werkstoffkombination hergestellt sein und die andere Hälfte 16 der Außenwandung 2 des Verstellschaufelelements 1, welche z. B. die Innenseite 12 des Verstellschaufelelements 1 bildet, kann aus einem anderen zweiten Werkstoff oder einer anderen zweiten Werkstoffkombination hergestellt sein. Beide Hälften 12, 13 dienen dabei als Einstelleinrichtung 17 zum automatischen Einstellen oder Anpassen der Form des Verstellschaufelelements 1 Wie in 3 gezeigt ist, kann wahlweise zusätzlich wenigstens eine zusätzliche Innenstruktur 3 als Einstelleinrichtung 17 in dem zumindest teilweise oder vollständig hohlen Verstellschaufelelement 1 vorgesehen werden, beispielsweise eine Innenwandung 4, welche sich z. B. in Längsrichtung, wie in dem Ausführungsbeispiel in 3 gezeigt ist, und/oder in Querrichtung des Verstellschaufelelements 1 erstreckt, wie in dem Ausführungsbeispiel in 3 mit einer gepunkteten Linie angedeutet ist.According to the third embodiment of the invention, the adjusting vane element 1 be at least partially or completely hollow. In this case, the adjusting blade element 1 comparable to the adjusting blade element 1 as it is in the embodiment in 1 shown is an outer wall 2 exhibit. One half 15 the outer wall 2 , z. B. half 15 which the outside 11 the adjusting vane element 1 forms, may be made of a first material or a first combination of materials and the other half 16 the outer wall 2 the adjusting vane element 1 which z. B. the inside 12 the adjusting vane element 1 forms, may be made of another second material or another second combination of materials. Both halves 12 . 13 serve as adjustment 17 for automatically adjusting or adjusting the shape of the adjusting vane element 1 As in 3 is shown, may optionally additionally at least one additional internal structure 3 as adjusting device 17 in the at least partially or completely hollow adjusting blade element 1 be provided, for example, an inner wall 4 which z. B. in the longitudinal direction, as in the embodiment in 3 is shown, and / or in the transverse direction of the Verstellschaufelelements 1 extends as in the embodiment in 3 indicated by a dotted line.

Diese Innenstruktur 3 kann, wie die Innenwandung 4 in dem Ausführungsbeispiel in 1, aus einem Werkstoff oder eine Werkstoffkombination hergestellt sein oder gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wenigstens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Werkstoffkombinationen aufweisen. Dabei kann der Querschnitt der Innenstruktur 3, hier z. B. der Innenwandung 4 konstant sein oder variieren.This interior structure 3 can, like the inner wall 4 in the embodiment in 1 be made of a material or a combination of materials or according to the second embodiment of the invention have at least two areas with different materials or material combinations. In this case, the cross section of the internal structure 3 , here z. B. the inner wall 4 be constant or vary.

In 4 ist ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Verstellschaufelelements mit einer Innenstruktur gemäß der Erfindung gezeigt.In 4 FIG. 3 is a flowchart of one embodiment of a method of manufacturing, repairing and / or replacing an advance vane element having an interior structure according to the invention.

Dabei wird in einem Schritt S1 eine selektiv durch Energiestrahlung zu verfestigende Pulverschicht, beispielsweise eine Metallpulverschicht, auf eine Bauplattform aufgetragen. In einem nächsten Schritt S2 wird die Pulverschicht selektiv verfestigt. Hierzu wird die Pulverschicht mittels einer Energiestrahlung, wie z. B. einem Laserstrahl und/oder einem Elektronenstrahl, einer Energiestrahlungsquelle in einem Bauteilbereich zum Ausbilden eines Verstellschaufelelements mit seiner Außenwandung und seiner wenigstens einen Innenstruktur als Einstelleinrichtung verfestigt. Anschließend wird der Schritt S1 wiederholt und die nächste selektiv zu verfestigende Pulverschicht auf die letzte Pulverschicht aufgetragen und der Bauteilbereich der Pulverschicht verfestigt. Die Schritte S1 und S2 werden wiederholt bis das Verstellschaufelelement mit seiner Außenwandung und seiner wenigstens einen Innenstruktur aus seinen Bauteilbereichen vollständig aufgebaut ist und insbesondere vollständig hergestellt, repariert oder ausgetauscht ist. In einem Schritt S3 wird das Pulver nachdem das Verstellschaufelelement 1 vollständig aufgebaut ist entfernt und das Verstellschaufelelement kann direkt verwendet werden oder weiter bearbeitet werden.In this case, in a step S1, a powder layer to be solidified selectively by energy radiation, for example a metal powder layer, is applied to a building platform. In a next step S2, the powder layer is selectively solidified. For this purpose, the powder layer by means of energy radiation, such. As a laser beam and / or an electron beam, an energy source in a component region for forming a Verstellschaufelelements with its outer wall and its at least one inner structure solidified as adjusting. Subsequently, step S1 is repeated and the next layer of powder to be selectively solidified is applied to the last powder layer and the component area of the powder layer is solidified. The steps S1 and S2 are repeated until the adjusting vane element with its outer wall and its at least one inner structure is completely constructed from its component regions and in particular is completely manufactured, repaired or replaced. In a step S3, the powder after the Verstellschaufelelement 1 is completely removed and the Verstellschaufelelement can be used directly or further processed.

Um das Verstellschaufelelement mit wenigstens zwei Bereichen aus einem unterschiedlichen Werkstoff oder Werkstoffkombination herzustellen, welche als Einstelleinrichtung dienen, wie beispielhaft in den 2 und 3 gezeigt ist, werden beispielsweise statt einem Pulver wenigstens zwei Pulver aus einem unterschiedlichen Werkstoff oder einer unterschiedlichen Werkstoffkombination eingesetzt zum Bilden der jeweiligen selektiv zu verfestigenden Pulverschicht. Die jeweils selektiv zu verfestigende Pulverschicht weist entsprechend einen Bereich mit dem ersten Pulver auf zum Verfestigen eines ersten Teilbereichs des Bauteilbereichs. Der erste Teilbereich entspricht dabei dem ersten Bereich des Verstellschaufelelements. Des Weiteren weist die jeweils selektiv zu verfestigende Pulverschicht einen zweiten Bereich mit dem zweiten Pulver auf, zum Verfestigen eines zweiten Teilbereichs des Bauteilbereichs. Der zweite Teilbereich entspricht dabei dem zweiten Bereich des Verstellschaufelelements. Die zwei verschiedenen Pulver zum Ausbilden der jeweiligen Pulverschicht können dabei beispielsweise über entsprechende Pulverzuführdüsen aufgebracht werden, welche in einem Raster über der Bauplattform angeordnet sind, auf welchem die Pulverschichten ausgebildet und selektiv verfestigt werden. Ebenso können die Pulverzuführdüsen auch entlang der Bauplattform in einer, zwei oder allen drei Richtungen im Raum verfahrbar vorgesehen werden zum Ausbilden der jeweiligen Pulverschicht mit Bereichen mit Pulvern aus einem unterschiedlichen Werkstoff oder Werkstoffkombination. Die Erfindung ist aber auf Pulverzuführdüsen, welche beweglich und/oder in einem Rast anordenbar ausgebildet sind nicht beschränkt. Es können auch andere Vorrichtungen und/oder Verfahren eingesetzt werden, die geeignet sind, eine Pulverschicht mit Bereichen aus verschiedenen Pulvern auszubilden, zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Verstellschaufelelements.To produce the Verstellschaufelelement with at least two areas of a different material or material combination, which serve as adjusting, such as in the 2 and 3 For example, instead of a powder, at least two powders of a different material or a different material combination are used to form the respective powder layer to be selectively solidified. The powder layer to be selectively solidified accordingly has a region with the first powder for solidifying a first portion of the component region. The first subregion corresponds to the first region of the adjusting vane element. Furthermore, the respectively selectively to be solidified powder layer on a second area with the second powder, for solidifying a second portion of the Component region. The second subregion corresponds to the second region of the adjusting vane element. The two different powders for forming the respective powder layer can be applied, for example, via corresponding powder feed nozzles, which are arranged in a grid over the build platform, on which the powder layers are formed and selectively solidified. Likewise, the Pulverzuführdüsen can also be provided along the construction platform in one, two or all three directions movable in space to form the respective powder layer with areas with powders of a different material or material combination. However, the invention is not limited to powder feed nozzles, which are designed to be movable and / or arranged in a latching manner. Other apparatuses and / or methods suitable for forming a powder layer with regions of different powders may also be used to produce an adjusting vane element according to the invention.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.Although the present invention has been described above with reference to the preferred embodiments, it is not limited thereto, but modified in many ways. In particular, the embodiments described above can be combined with one another, in particular individual features thereof.

Insbesondere ist die Erfindung nicht auf eine Innenwandung in Längsrichtung des Verstellschaufelelements als Innenstruktur nicht beschränkt. Die Innenstruktur kann eine beliebige Form und Anordnung aufweisen, die geeignet ist, die Form des Verstellschaufelelements zu verändern.In particular, the invention is not limited to an inner wall in the longitudinal direction of the Verstellschaufelelements as an internal structure. The internal structure can have any shape and arrangement suitable for changing the shape of the adjusting vane element.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
VerstellschaufelelementVerstellschaufelelement
22
Außenwandungouter wall
33
Innenstrukturinternal structure
44
Innenwandunginner wall
55
erstes Endefirst end
55
zweites Endesecond end
77
Querschnittcross-section
88th
mittlerer Abschnittmiddle section
99
äußerer Abschnittouter section
1010
Piezoelementpiezo element
1111
Außenseiteoutside
1212
Innenseiteinside
1313
erster Bereichfirst area
1414
zweiter Bereichsecond area
1515
erste Hälftefirst half
1616
zweite Hälftesecond half
1717
Einstelleinrichtungadjustment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 961742 [0003] DE 961742 [0003]

Claims (11)

Verstellschaufelelement (1), insbesondere ein Verstellschaufelelement einer Gasturbine eines Flugzeugtriebwerks, welches wenigstens eine Einstelleinrichtung (17) zum Ändern der Form des Verstellschaufelelements (1) aufweist, wobei das Verstellschaufelelement (1) zusammen mit seiner wenigstens einen Einstelleinrichtung (17) durch ein generatives Fertigungsverfahren aufgebaut ist.Adjusting blade element ( 1 ), in particular a Verstellschaufelelement a gas turbine of an aircraft engine, which at least one adjustment ( 17 ) for changing the shape of the adjusting blade element ( 1 ), wherein the adjusting blade element ( 1 ) together with its at least one adjustment device ( 17 ) is constructed by a generative manufacturing process. Verstellschaufelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einstelleinrichtung (17) als eine Innenstruktur (3) ausgebildet ist, welche innerhalb des zumindest teilweise hohl ausgebildeten Verstellschaufelelements (1) ausgebildet ist.An adjusting vane element according to claim 1, characterized in that the at least one adjusting device ( 17 ) as an internal structure ( 3 ) is formed, which within the at least partially hollow Verstellschaufelelements ( 1 ) is trained. Verstellschaufelelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenstruktur (3) als eine Innenwandung (4) ausgebildet ist, welche sich in Längsrichtung und/oder Querrichtung des Verstellschaufelelements (1) erstreckt und deren Querschnitt (7) oder Masse vorzugsweise variiert.An adjusting vane element according to claim 2, characterized in that the internal structure ( 3 ) as an inner wall ( 4 ) is formed, which in the longitudinal direction and / or transverse direction of the Verstellschaufelelements ( 1 ) and whose cross section ( 7 ) or mass preferably varies. Verstellschaufelelement nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellschaufelelement (1) wenigstens zwei Bereiche (13, 14; 15, 16) aus einem unterschiedlichen Werkstoff oder einer unterschiedlichen Werkstoffkombination aufweist, welche die Einstelleinrichtung (17) bilden.An adjusting vane element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting vane element ( 1 ) at least two areas ( 13 . 14 ; 15 . 16 ) of a different material or a different material combination, which the adjusting device ( 17 ) form. Verstellschaufelelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen der Bereiche (13, 14; 15, 16) einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.An adjusting vane element according to claim 4, characterized in that the materials or material combinations of the regions ( 13 . 14 ; 15 . 16 ) have a different thermal expansion coefficient. Verstellschaufelelement nach wenigstens einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Bereich (13; 15) eine Außenseite (11) des Verstellschaufelelements (1) und der andere Bereich (14; 16) eine Innenseite (12) des Verstellschaufelelements bildet.An adjusting vane element according to at least one of claims 4 or 5, characterized in that the one area ( 13 ; 15 ) an outside ( 11 ) of the adjusting blade element ( 1 ) and the other area ( 14 ; 16 ) an inside ( 12 ) forms the Verstellschaufelelements. Verstellschaufelelement nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einstelleinrichtung (17) als ein Piezoelement (10) ausgebildet ist.An adjusting vane element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the at least one adjusting device ( 17 ) as a piezo element ( 10 ) is trained. Verfahren zum Aufbauen eines Verstellschaufelelementes (1), insbesondere eines Verstellschaufelelements (1) einer Gasturbine eines Flugzeugtriebwerks, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Aufbauen des Verstellschaufelelements (1) mit wenigstens einer Einstelleinrichtung (17) zum Ändern der Form des Verstellschaufelelements (1) durch ein generatives Fertigungsverfahren.Method for constructing an adjusting blade element ( 1 ), in particular an adjusting blade element ( 1 ) of a gas turbine of an aircraft engine, the method comprising the following step: constructing the adjusting blade element ( 1 ) with at least one adjusting device ( 17 ) for changing the shape of the adjusting blade element ( 1 ) by a generative manufacturing process. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbauens des Verstellschaufelelements (1) mit wenigstens einer Einstelleinrichtung (17) zusätzlich den Schritt aufweist: Ausbilden der wenigstens einen Einstelleinrichtung (17) aus einem anderen Werkstoff oder Werkstoffkombination als dem Basiswerkstoff oder der Basiswerkstoffkombination des Verstellschaufelelements.Method according to claim 8, characterized in that the step of building up the adjusting vane element ( 1 ) with at least one adjusting device ( 17 ) additionally comprises the step of: forming the at least one adjusting device ( 17 ) of a different material or material combination than the base material or the base material combination of the adjusting blade element. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbauens des Verstellschaufelelements (1) mit wenigstens einer Einstelleinrichtung (17) zusätzlich den Schritt aufweist: Ausbilden der wenigstens einen Einstelleinrichtung (17) aus wenigstens einer Schicht (10) aus einem Piezokristall, einer piezoelektrischen Keramik und/oder einem polykristallinen Material.Method according to claim 8 or 9, characterized in that the step of building up the adjusting vane element ( 1 ) with at least one adjusting device ( 17 ) additionally comprises the step of: forming the at least one adjusting device ( 17 ) of at least one layer ( 10 ) of a piezocrystal, a piezoelectric ceramic and / or a polycrystalline material. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbauens des Verstellschaufelelements (1) mit wenigstens einer Einstelleinrichtung (17) zusätzlich den Schritt aufweist: Ausbilden der wenigstens einen Einstelleinrichtung (17) als eine Innenstruktur (3, 4) des Verstellschaufelelements (1) mit einem vorzugsweise variierenden Querschnitt (7) oder einer vorzugsweise variierenden Masse.A method according to claim 8, 9 or 10, characterized in that the step of building up the adjusting vane element ( 1 ) with at least one adjusting device ( 17 ) additionally comprises the step of: forming the at least one adjusting device ( 17 ) as an internal structure ( 3 . 4 ) of the adjusting blade element ( 1 ) having a preferably varying cross section ( 7 ) or a preferably varying mass.
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