DE102013220983A1 - Blade for a turbomachine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufel für eine Turbomaschine, insbesondere eine Turbinen- oder Verdichterstufe einer Gasturbine, mit einem Schaufelblatt (1) zur Umlenkung eines Arbeitsfluids der Turbomaschine und einem Schaufelfuß (2) zur, insbesondere lösbaren, Befestigung an einem Rotor der Turbomaschine, wobei der Schaufelfuß eine generativ hergestellte und/oder bionische Struktur (2.1) aufweist.The present invention relates to a blade for a turbomachine, in particular a turbine or compressor stage of a gas turbine, with an airfoil (1) for deflecting a working fluid of the turbomachine and a blade root (2) for, in particular detachable, attachment to a rotor of the turbomachine the blade root has a generatively produced and / or bionic structure (2.1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufel für eine Turbomaschine, insbesondere eine Turbinen- oder Verdichterstufe einer Gasturbine, eine Turbomaschinenstufe mit einer solchen Laufschaufel sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Laufschaufel. The present invention relates to a blade for a turbomachine, in particular a turbine or compressor stage of a gas turbine, a turbomachine stage with such a blade and a method for producing such a blade.

Aus der DE 10 2009 048 665 A1 und der DE 10 2011 080 187 A1 ist es bekannt, Teile eines Schaufelblattes einer Laufschaufel durch additive Fertigungsverfahren herzustellen. From the DE 10 2009 048 665 A1 and the DE 10 2011 080 187 A1 It is known to produce parts of an airfoil of a blade by additive manufacturing processes.

Während ein Schaufelblatt ein Arbeitsfluid umlenkt, um diesem Energie zu entziehen oder aufzuprägen, dient ein mit dem Schaufelblatt verbundener Schaufelfuß dazu, die Laufschaufel an einem Rotor zu befestigen. Der Schaufelfuß ist daher gänzlich anderen Belastungen, Randbedingungen und Anforderungen unterworfen als das Schaufelblatt, insbesondere hinsichtlich seiner Oberflächenstruktur und -härte, seiner mechanischen Tragfähigkeit und Verformbarkeit und dergleichen. As an airfoil deflects a working fluid to draw or impinge energy therefrom, a blade root connected to the airfoil serves to secure the blade to a rotor. The blade root is therefore subject to entirely different loads, boundary conditions and requirements than the blade, in particular with regard to its surface structure and hardness, its mechanical load-bearing capacity and deformability and the like.

Daher wird der Schaufelfuß bisher nach betriebsinterner Praxis gefräst, geschmiedet oder gegossen, entweder zusammen mit dem Schaufelblatt oder Teilen hiervon, oder separat mit anschließendem stoffschlüssigen Verbinden. Thus, the blade root has heretofore been milled, forged, or cast in accordance with in-house practice, either together with the airfoil or parts thereof, or separately with subsequent cohesive bonding.

Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbomaschine und/oder deren Herstellung zu verbessern. An object of an embodiment of the present invention is to improve a turbomachine and / or its manufacture.

Diese Aufgabe wird durch eine Laufschaufel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9, 10 stellen eine Turbomaschinenstufe mit einer erfindungsgemäßen Laufschaufel bzw. ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Laufschaufel unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by a blade having the features of claim 1. Claims 9, 10 provide a turbomachine stage with a blade according to the invention or a method for producing a blade according to the invention under protection. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Laufschaufel für eine Turbomaschine, insbesondere eine Turbinen- oder Verdichterstufe einer Gasturbine, vorzugsweise einer Flugtriebwerk-Gasturbine, nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Schaufelblatt mit einer im Betrieb angeströmten Vorderkante, einer von dieser axial beabstandeten Hinterkante, einer Vorder- und Hinterkante verbindenden Druck- und Saugseite zur Umlenkung eines Arbeitsfluids der Turbomaschine und einen Schaufelfuß zur Befestigung an einem Rotor, insbesondere einer Rotorscheibe, der Turbomaschine auf. A rotor blade for a turbomachine, in particular a turbine or compressor stage of a gas turbine, preferably an aircraft engine gas turbine, according to one aspect of the present invention comprises an airfoil having a forwardly impinged forward edge, a rearward edge axially spaced therefrom, leading and trailing edges Pressure and suction side for deflecting a working fluid of the turbomachine and a blade root for attachment to a rotor, in particular a rotor disk, the turbomachine on.

Der Schaufelfuß kann hierzu eine tannenbaumförmige Außenkontur aufweisen. Hierunter wird vorliegend insbesondere eine Kontur mit einem oder mehreren radial beabstandeten Hinterschneidungen verstanden, die einem Herausziehen aus dem Rotor in radialer Richtung formschlüssig entgegenwirken. In einer anderen Ausführung kann der Schaufelfuß auch eine schwalbenschwanzförmige oder andere Außenkontur aufweisen. Der Schaufelfuß ist in einer Ausführung lösbar, insbesondere form- und/oder reibschlüssig, oder dauerhaft, insbesondere stoffschlüssig, mit dem Rotor verbindbar bzw. verbunden. The blade root can for this purpose have a fir-tree-shaped outer contour. This is understood in the present case in particular a contour with one or more radially spaced undercuts, which counteract a positive withdrawal from the rotor in the radial direction. In another embodiment, the blade root may also have a dovetail-shaped or other outer contour. The blade root is detachable in one embodiment, in particular form-fitting and / or frictionally engaged, or permanently, in particular cohesively, can be connected or connected to the rotor.

Der Schaufelfuß weist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine bionische Struktur auf. Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit diesem Aspekt kombiniert sein kann, wird bzw. ist die, insbesondere bionische, Struktur generativ hergestellt. The blade root according to one aspect of the present invention has a bionic structure. According to a further aspect of the present invention, which may be combined with this aspect, the, in particular bionic, structure is produced generatively.

Eine bionische Struktur im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine gitterartige oder zelluläre Struktur sein, deren Stäbe bzw. Wände mittels eines evolutionären Algorithmus vorgegeben sind, entlang von Belastungspfaden und/oder Wirklinien von auftretenden und/oder vorgegebenen Kontaktkräften verlaufen und/oder, insbesondere in ihrer Wandstärke, entsprechend auftretender und/oder vorgegebener Belastungen variieren und/oder irregulär orientiert, irregulär verteilt und/oder irregulär miteinander verbunden sind. A bionic structure in the sense of the present invention may in particular be a lattice-like or cellular structure whose bars or walls are predetermined by an evolutionary algorithm, run along loading paths and / or action lines of occurring and / or predetermined contact forces and / or, in particular their wall thickness, according to occurring and / or predetermined loads vary and / or irregularly oriented, distributed irregularly and / or irregularly connected to each other.

Durch eine bionische und/oder generativ hergestellte Struktur kann der Schaufelfuß den besonderen Belastungen, Randbedingungen und Anforderungen besser genügen. Insbesondere kann in einer Ausführung vorteilhaft ein reduziertes Gewicht, eine bessere Oberflächenstruktur und/oder -härte, mechanische Tragfähigkeit und/oder Verformbarkeit zur Verfügung gestellt werden. By means of a bionic and / or generatively produced structure, the blade root can better meet the special loads, boundary conditions and requirements. In particular, in one embodiment, a reduced weight, a better surface structure and / or hardness, mechanical load-bearing capacity and / or deformability can advantageously be made available.

In einer Weiterbildung weist die, insbesondere bionische, Struktur Stäbe und/oder Wände auf, die eine vorgegebene Orientierung zu einer Oberflächenkontur des Schaufelfußes aufweisen, insbesondere – wenigstens im Wesentlichen – senkrecht in eine Oberfläche des Schaufelfußes übergehen. In a further development, the structure, in particular bionic, has bars and / or walls which have a predetermined orientation to a surface contour of the blade root, in particular-at least essentially-perpendicularly into a surface of the blade root.

Insbesondere eine solche bionische Struktur kann besonders vorteilhaft mittels eines generativen Verfahrens hergestellt werden bzw. sein. Unter einem generativen Verfahren wird vorliegend insbesondere ein Verfahren verstanden, bei dem, insbesondere flüssiges oder pulverartiges, Material, insbesondere schichtweise, selektiv lokal verfestigt wird bzw. ist, wobei eine verfestigte Schicht auf einer darunterliegenden Schicht aufgebaut und stoffschlüssig mit dieser verbunden wird bzw. ist. In particular, such a bionic structure can be produced or be particularly advantageous by means of a generative process. In the present case, a generative process is understood in particular to mean a process in which, in particular liquid or powdery, material, in particular layers, is selectively or locally solidified, wherein a solidified layer is built up on an underlying layer and firmly bonded thereto ,

Die Verfestigung und Verbindung mit der darunterliegenden Schicht kann insbesondere mittels Laserstrahl erfolgen bzw. erfolgt sein. In einer Weiterbildung wird bzw. ist die bionische Struktur mittels eines sogenannten selektiven Laserschmelzen („Selective Laser Melting“ SLM) generativ hergestellt. In einer Ausführung wird bzw. ist die generativ hergestellte Struktur mittels eines additiven Herstellungsverfahrens („additiv manufacturing“) oder rapid prototyping hergestellt. The solidification and connection with the underlying layer can be done or carried out in particular by means of laser beam. In a further development, the bionic structure is or is by means of a so-called selective laser melting ("Selective Laser Melting" SLM) produced generatively. In one embodiment, the generatively produced structure is or are produced by means of an additive manufacturing process or rapid prototyping.

In einer Ausführung ist eine Außenkontur des Schaufelfußes, insbesondere eine Kontaktfläche zum Kontaktieren des Rotors, um die Laufschaufel an diesem zu befestigen, beispielsweise eine oder mehrere Hinterschneidungen einer, insbesondere tannenbaum-, schwalbenschwanz- oder auch andersförmigen, Außenkontur, wenigstens im Wesentlichen vollständig oder auch nur teilweise von der generativ hergestellten und/oder bionischen Struktur gebildet. Mit anderen Worten bildet die generativ hergestellte und/oder bionische Struktur in einer Ausführung die komplette Außenkontur des Schaufelfußes oder einen Teil hiervon. In one embodiment, an outer contour of the blade root, in particular a contact surface for contacting the rotor to attach the blade to this, for example, one or more undercuts one, in particular Christmas tree, dovetail or otherwise shaped outer contour, at least substantially completely or even only partially formed by the generatively produced and / or bionic structure. In other words, in one embodiment, the generatively produced and / or bionic structure forms the complete outer contour of the blade root or a part thereof.

Insbesondere in diesem Fall kann in einer Weiterbildung der Schaufelfuß eine ein- oder mehrteilige Stützstruktur aufweisen, die von der generativ hergestellten und/oder bionischen Struktur, insbesondere vollständig oder nur teilweise, eingehüllt ist. Auf diese Weise kann die Struktur durch die innenliegende Stützstruktur verstärkt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Stützstruktur die generative Herstellung der Struktur verbessern. In einer Ausführung weist die Stützstruktur ein oder mehrere, wenigstens im Wesentlichen, radiale Stäbe und/oder Wände auf, von dem bzw. denen in einer Weiterbildung ein oder mehrere, wenigstens im Wesentlichen, axiale Stäbe und/oder Wände abragen, insbesondere zwei oder mehr radiale Stäbe und/oder Wände miteinander verbinden können. In einer Ausführung weist die Stützstruktur einen oder mehrere Durchbrüche auf, die die generativ hergestellte und/oder bionische Struktur durchgreift. Zusätzlich oder alternativ kann die Struktur stoffschlüssig mit der Stützstruktur verbunden sein bzw. werden, insbesondere verschweißt, -klebt, -lötet und/oder eingegossen. Auf diese Weise kann die Verbindung, insbesondere Kraftübertragung, zwischen Stütz- und generativ hergestellter und/oder bionischer Struktur verbessert werden. In particular, in this case, in one development, the blade root can have a mono- or multi-part support structure, which is enveloped by the generatively produced and / or bionic structure, in particular completely or only partially. In this way, the structure can be reinforced by the internal support structure. Additionally or alternatively, the support structure can enhance the generative production of the structure. In one embodiment, the support structure has one or more, at least substantially, radial bars and / or walls, from which or in a further development one or more, at least essentially, axial bars and / or walls protrude, in particular two or more radial rods and / or walls can connect together. In one embodiment, the support structure has one or more openings, which penetrates the generatively produced and / or bionic structure. Additionally or alternatively, the structure may be materially connected to the support structure or be, in particular welded, glued, soldered and / or poured. In this way, the connection, in particular power transmission, between support and generatively produced and / or bionic structure can be improved.

Zusätzlich oder alternativ zu einer innenliegenden bzw. von der generativ hergestellten und/oder bionischen Struktur einge- bzw. umhüllten Stützstruktur kann der Schaufelfuß in einer Ausführung einen oder mehrere durch eine Schale definierte Hohlräume aufweisen, in denen die generativ hergestellte und/oder bionische Struktur angeordnet ist. Die Schale kann somit insbesondere eine Außenkontur des Schaufelfußes, insbesondere eine Kontaktfläche zum Kontaktieren des Rotors, um die Laufschaufel an diesem zu befestigen, beispielsweise eine oder mehrere Hinterschneidungen einer, insbesondere tannenbaum-, schwalbenschwanz- oder auch andersförmigen, Außenkontur, wenigstens im Wesentlichen vollständig oder auch nur teilweise bilden. Mit anderen Worten bildet die Schale in einer Ausführung die komplette Außenkontur des Schaufelfußes oder, insbesondere zusammen mit der dort freiliegenden, generativ hergestellten und/oder bionischen Struktur, einen Teil der Außenkontur des Schaufelfußes. Auf diese Weise kann eine andere Oberfläche des Schaufelfußes dargestellt und/oder die Herstellung der Struktur verbessert werden. In addition or as an alternative to an inner structure or support structure enclosed or enveloped by the generatively produced and / or bionic structure, in one embodiment the blade root may have one or more cavities defined by a shell in which the generatively produced and / or bionic structure is arranged is. The shell can thus in particular an outer contour of the blade root, in particular a contact surface for contacting the rotor to attach the blade to this, for example one or more undercuts one, in particular Christmas tree, dovetail or otherwise shaped, outer contour, at least substantially completely or even partially. In other words, in one embodiment, the shell forms the complete outer contour of the blade root or, in particular together with the generatively produced and / or bionic structure exposed there, a part of the outer contour of the blade root. In this way, a different surface of the blade root can be represented and / or the production of the structure can be improved.

Statt mit einer eingehüllten Stützstruktur kann die generativ hergestellte und/oder bionische Struktur auch als Vollkörper ausgebildet sein. Hierunter wird vorliegend insbesondere verstanden, dass in der generativ hergestellten und/oder bionischen Struktur keine makroskopischen Fremdkörper, insbesondere keine mit dem Schaufelblatt verbundenen Strukturen angeordnet sind. Instead of a wrapped support structure, the generatively produced and / or bionic structure may also be formed as a solid body. In the present case, this is understood in particular to mean that no macroscopic foreign bodies, in particular no structures connected to the airfoil, are arranged in the generatively produced and / or bionic structure.

Insbesondere ein solcher Vollkörper kann in einer Ausführung in wenigstens einem durch eine Schale definierten Hohlraum des Schaufelfußes angeordnet sein bzw. werden. In einer anderen Ausführung kann auch eine generativ hergestellte und/oder bionische Struktur mit einer Stützstruktur in wenigstens einem durch eine Schale definierten Hohlraum des Schaufelfußes angeordnet sein bzw. werden. In particular, such a solid body can be arranged in one embodiment in at least one cavity defined by a shell of the blade root. In another embodiment, a generatively produced and / or bionic structure with a support structure may also be arranged in at least one cavity of the blade root defined by a shell.

In einer Ausführung kann die, insbesondere bionische, Struktur wenigstens teilweise in dem Hohlraum des Schaufelfußes bzw. in situ generativ hergestellt und in einer Weiterbildung mit der den Hohlraum definierenden Schale form-, reib- oder stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt, -lötet, -klebt und/oder eingegossen werden bzw. sein. Gleichermaßen kann die, insbesondere bionische, Struktur auch wenigstens teilweise separat bzw. außerhalb des Hohlraums generativ hergestellt und anschließend in dem Hohlraum angeordnet, insbesondere mit der den Hohlraum definierenden Schale form-, reib- oder stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt, -lötet, -klebt und/oder eingegossen werden. In one embodiment, the, in particular bionic, structure can be produced at least partially generatively in the cavity of the blade root or in situ and, in a development, with the shell defining the cavity in a positive, frictional or cohesive manner connected, preferably welded, soldered, glued and / or cast or be. Equally, the, in particular bionic, structure can also be produced generatively at least partially separately or outside the cavity and subsequently arranged in the cavity, in particular with the shell defining the cavity in a positive, frictionally or cohesively connected, preferably welded, soldered, glued manner and / or poured.

Eine als Vollkörper ausgebildete generativ hergestellte und/oder bionische Struktur kann statt in einem Hohlraum auch freistehend bzw. freiliegend an dem Schaufelblatt bzw. einem Schaufelfußsockel angeordnet, insbesondere stoffschlüssig daran befestigt sein, so dass die bionische Struktur selbst die komplette Außenkontur des Schaufelfußes oder einen Teil hiervon bildet. Auch hier kann die, insbesondere bionische, Struktur an dem Schaufelblatt bzw. Schaufelfußsockel generativ hergestellt bzw. darauf aufgebaut werden bzw. sein. Gleichermaßen kann die, insbesondere bionische, Struktur auch separat bzw. von dem Schaufelblatt bzw. Schaufelfußsockel beabstandet generativ hergestellt und anschließend mit diesem form-, reib- oder stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt, -lötet, -klebt und/oder eingegossen werden bzw. sein. A formed as a solid body generatively produced and / or bionic structure can also be freestanding or exposed to the airfoil or a Schaufelfußsockel arranged, in particular cohesively attached thereto, so that the bionic structure itself the complete outer contour of the blade root or a part forms thereof. Again, the, in particular bionic, structure on the blade or Schaufelfußsockel generatively produced or built thereon or be. Equally, the, in particular bionic, structure can also be produced separately or spaced apart from the blade leaf or blade root, and then connected, preferably welded, soldered, glued and / or cast in, in a positive, friction or material fit ,

Ein Teil des Schaufelfußes, insbesondere eine vorstehend erläuterte Schale, die einen Hohlraum definiert, in dem die, insbesondere bionische, Struktur angeordnet ist bzw. wird, und/oder eine Stützstruktur, die von der, insbesondere bionischen, Struktur wenigstens teilweise eingehüllt wird, ist bzw. wird in einer Ausführung ur- und/oder umgeformt, insbesondere gegossen und/oder geschmiedet. Dieser Teil des Schaufelfußes, insbesondere eine Schale und/oder eine Stützstruktur, kann in einer Ausführung zusammen mit dem Schaufelblatt ur- und/oder umgeformt, insbesondere gegossen und/oder geschmiedet werden bzw. sein. Gleichermaßen kann der Teil des Schaufelfußes, insbesondere eine Schale und/oder eine Stützstruktur, in einer Ausführung separat von dem Schaufelblatt hergestellt, insbesondere spanend hergestellt, vorzugsweise gefräst, oder ur- und/oder umgeformt, insbesondere gegossen und/oder geschmiedet, und anschließend mit diesem, insbesondere form-, reib- oder stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt, -lötet, -klebt und/oder eingegossen werden bzw. sein. Dies kann jeweils die Herstellung dieses Teils des Schaufelfußes und/oder dessen Verbindung mit dem Schaufelblatt und so wiederum die Herstellung und/oder Verbindung der bionischen Struktur verbessern. A part of the blade root, in particular a shell explained above, which defines a cavity in which the, in particular bionic, structure is or is arranged, and / or a support structure which is at least partially enveloped by the, in particular bionic, structure, is or is in one embodiment ur- and / or reshaped, in particular cast and / or forged. This part of the blade root, in particular a shell and / or a support structure, can be ur- and / or reshaped, in particular cast and / or forged, in one embodiment together with the airfoil. Similarly, the part of the blade root, in particular a shell and / or a support structure, made in one embodiment separately from the airfoil, in particular produced by machining, preferably milled, or ur and / or reshaped, in particular cast and / or forged, and then with this, in particular form, friction or materially connected, preferably welded, soldered, glued and / or cast or be. This can in each case improve the production of this part of the blade root and / or its connection to the blade leaf and thus in turn the production and / or connection of the bionic structure.

In einer Ausführung wird bzw. ist die generativ hergestellte und/oder bionische Struktur aus einem anderen Werkstoff hergestellt als das Schaufelblatt und/oder ein weiterer Teil des Schaufelfußes, insbesondere eine vorstehend erläuterte Schale und/oder Stützstruktur. Auf diese Weise kann insbesondere die Herstellung dieses Teils des Schaufelfußes und/oder der, insbesondere bionischen, Struktur und/oder deren Verbindung miteinander verbessert werden. In one embodiment, the generatively produced and / or bionic structure is or is produced from a different material than the airfoil and / or a further part of the blade root, in particular a shell and / or support structure explained above. In this way, in particular the production of this part of the blade root and / or the, in particular bionic, structure and / or their connection with each other can be improved.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert,: Further advantageous developments of the present invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments. This shows, partially schematized ,:

1 einen Teil einer Laufschaufel einer Turbomaschinenstufe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und 1 a portion of a blade of a turbomachine stage according to an embodiment of the present invention; and

2 einen Teil einer Laufschaufel einer Turbomaschinenstufe nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. 2 a portion of a blade of a turbomachine stage according to another embodiment of the present invention.

1 zeigt einen Teil einer Laufschaufel einer Turbinen- oder Verdichterstufe einer Flugtriebwerk-Gasturbine, die gemäß einem Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. 1 FIG. 12 shows a portion of a turbine or compressor blade of an aircraft engine gas turbine manufactured in accordance with a method of one embodiment of the present invention. FIG.

Die Laufschaufel weist ein Schaufelblatt 1 mit einer im Betrieb angeströmten Vorderkante 1.1, einer von dieser axial beabstandeten Hinterkante 1.2 und einer Vorder- und Hinterkante verbindenden Druck- (rechts in 1) und Saugseite (links in 1) zur Umlenkung eines Arbeitsfluids der Turbomaschine und einen Schaufelfuß 2 zur Befestigung an einer Rotorscheibe der Gasturbine (nicht dargestellt) auf, der in 1 zur besseren Übersichtlichkeit von dem Schaufelblatt abgerückt dargestellt ist. The blade has an airfoil 1 with a flowed front edge during operation 1.1 one of this axially spaced trailing edge 1.2 and a front and rear edge connecting printing (right in 1 ) and suction side (left in 1 ) for deflecting a working fluid of the turbomachine and a blade root 2 for attachment to a rotor disk of the gas turbine (not shown), which in 1 For the sake of clarity, it is shown detached from the blade.

Der Schaufelfuß weist eine tannenbaumförmige Außenkontur mit mehreren radial beabstandeten Hinterschneidungen auf, die einem Herausziehen aus dem Rotor in radialer Richtung formschlüssig entgegenwirken. The blade root has a fir tree-shaped outer contour with a plurality of radially spaced undercuts, which counteract a positive withdrawal from the rotor in the radial direction.

Der Schaufelfuß weist eine bionische Struktur 2.1 mit Stäben auf, die entlang von Wirklinien W von Kontaktkräften verlaufen, in ihrer Wandstärke belastungsabhängig variieren und irregulär orientiert, verteilt und miteinander verbunden sind. Die Stäbe gehen im Wesentlichen senkrecht in Wände der bionischen Struktur über, die eine Oberfläche des Schaufelfußes bilden. The blade root has a bionic structure 2.1 with rods that run along the lines of action W of contact forces, vary in their wall thickness depending on the load and are irregularly oriented, distributed and interconnected. The bars pass substantially perpendicularly into walls of the bionic structure which form a surface of the blade root.

Die bionische Struktur ist mittels selektivem Laserschmelzen generativ hergestellt. The bionic structure is produced generatively by means of selective laser melting.

Die Außenkontur des Schaufelfußes, insbesondere eine Kontaktfläche zum Kontaktieren des Rotors in Form der vorstehend erläuterten Hinterschneidungen ist im Wesentlichen vollständig von der generativ hergestellten bionischen Struktur gebildet. Mit anderen Worten bildet die generativ hergestellte bionische Struktur nahezu die komplette Außenkontur des Schaufelfußes. The outer contour of the blade root, in particular a contact surface for contacting the rotor in the form of the above-described undercuts, is substantially completely formed by the generatively produced bionic structure. In other words, the generatively produced bionic structure forms almost the complete outer contour of the blade root.

Der Schaufelfuß weist eine Stützstruktur auf, die von der generativ hergestellten bionischen Struktur 2.1 im Wesentlichen vollständig eingehüllt ist. Die Stützstruktur weist im Ausführungsbeispiel einen radialen Stab 2a auf, von dem mehrere im Wesentlichen axiale Stäbe 2b abragen. The blade root has a support structure derived from the generatively produced bionic structure 2.1 is essentially completely wrapped. The support structure has in the exemplary embodiment a radial rod 2a of which a plurality of substantially axial rods 2 B protrude.

Die Stützstruktur ist bzw. wird zusammen mit dem Schaufelblatt 1 ur- und/oder umgeformt, insbesondere gegossen und/oder geschmiedet. Die generativ hergestellte bionische Struktur 2.1 wird bzw. ist aus einem anderen Werkstoff hergestellt als das Schaufelblatt 1 und der weitere Teil des Schaufelfußes in Form der Stützstruktur. The support structure is or will be together with the airfoil 1 original and / or formed, in particular cast and / or forged. The generatively produced bionic structure 2.1 is or is made of a different material than the airfoil 1 and the further part of the blade root in the form of the support structure.

Wie vorstehend erläutert, ist die Darstellung der 1 längs der Innenplattform 1.3, die durch die radiale Stirnseite des Schaufelfußes definiert wird (oben in 1), zur besseren Übersichtlichkeit auseinandergezogen. In der Realität schließt der Schaufelfuß 2 natürlich direkt an das Schaufelblatt 1 an. As explained above, the illustration of the 1 along the inner platform 1.3 , which is defined by the radial end face of the blade root (top in 1 ), pulled apart for clarity. In reality, the blade foot closes 2 of course directly to the blade 1 at.

2 zeigt einen Teil einer Laufschaufel einer Turbomaschinenstufe nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass auf die übrige Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend auf Unterschiede eingegangen wird. 2 shows a portion of a blade of a turbomachine stage according to another embodiment of the present invention in 1 corresponding representation. Corresponding elements are denoted by identical reference numerals, so that reference is made to the rest of the description and will be discussed below differences.

In der Ausführung der 2 ist eine Schale 3 separat von dem Schaufelblatt 1 und dessen Stützstruktur 2a, 2b urgeformt, insbesondere geschmiedet oder gegossen. In the execution of 2 is a shell 3 separately from the blade 1 and its support structure 2a . 2 B originally formed, in particular forged or cast.

In dem durch diese Schale 3 definierten Hohlraum wird die bionische Struktur 2.1, die zuvor an der mit dem Schaufelblatt 1 urgeformten, insbesondere geschmiedeten oder gegossenen, Stützstruktur 2a, 2b generativ hergestellt worden ist, angeordnet. Dabei oder anschließend wird die Schale 3 mit dem Schaufelblatt 1, insbesondere mit einer hiermit urgeformten, insbesondere geschmiedeten oder gegossenen, Innenplattform 1.3, mit der Stützstruktur 2a, 2b und/oder mit der bionische Struktur 2.1 form-, reib- oder stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt, -lötet, -klebt oder eingegossen. In that by this shell 3 defined cavity becomes the bionic structure 2.1 , previously at the with the blade 1 urgeformten, in particular forged or cast, support structure 2a . 2 B has been produced generatively arranged. This or subsequently the shell 3 with the blade 1 , in particular with an here urgeformten, in particular forged or cast, inner platform 1.3 , with the support structure 2a . 2 B and / or with the bionic structure 2.1 positively, frictionally or cohesively connected, preferably welded, soldered, glued or cast.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Although exemplary embodiments have been explained in the foregoing description, it should be understood that a variety of modifications are possible.

So kann beispielsweise in beiden Ausführungen der 1, 2 jeweils die Stützstruktur 2a, 2b ganz oder teilweise entfallen oder separat hergestellt und mit dem Schaufelblatt 1 verbunden werden bzw. sein. Zusätzlich oder alternativ kann die bionische Struktur 2.1 der Ausführung der 2, wenigstens teilweise, in situ in der Schale 3 hergestellt werden. Thus, for example, in both versions of 1 . 2 each the support structure 2a . 2 B completely or partially omitted or manufactured separately and with the blade 1 be connected or be. Additionally or alternatively, the bionic structure 2.1 the execution of 2 , at least in part, in situ in the shell 3 getting produced.

Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. It should also be noted that the exemplary embodiments are merely examples that are not intended to limit the scope, applications and construction in any way. Rather, the expert is given by the preceding description, a guide for the implementation of at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, can be made without departing from the scope, as it turns out according to the claims and these equivalent combinations of features.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Schaufelblatt airfoil
1.1 1.1
Vorderkante leading edge
1.2 1.2
Hinterkante trailing edge
1.3 1.3
Innenplattform inside platform
2 2
Schaufelfußblade
2.1 2.1
generativ hergestellte bionische Struktur generatively produced bionic structure
2a 2a
radialer Stab (eingehüllte Stützstruktur) radial rod (wrapped support structure)
2b 2 B
axialer Stab (eingehüllte Stützstruktur) axial rod (wrapped support structure)
3 3
separate Schale separate shell
W W
Wirklinie einer Kontaktkraft Wireline of a contact person

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 102011080187 A1 [0002] DE 102011080187 A1 [0002]

Claims (14)

Laufschaufel für eine Turbomaschine, insbesondere eine Turbinen- oder Verdichterstufe einer Gasturbine, mit einem Schaufelblatt (1) zur Umlenkung eines Arbeitsfluids der Turbomaschine und einem Schaufelfuß (2) zur, insbesondere lösbaren, Befestigung an einem Rotor der Turbomaschine; dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß eine generativ hergestellte und/oder bionische Struktur (2.1) aufweist. Blade for a turbomachine, in particular a turbine or compressor stage of a gas turbine, with an airfoil (US Pat. 1 ) for deflecting a working fluid of the turbomachine and a blade root ( 2 ), in particular detachable, attachment to a rotor of the turbomachine; characterized in that the blade root has a generatively produced and / or bionic structure ( 2.1 ) having. Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur des Schaufelfußes wenigstens teilweise von der generativ hergestellten und/oder bionischen Struktur gebildet ist. Blade according to claim 1, characterized in that an outer contour of the blade root is at least partially formed by the generatively produced and / or bionic structure. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß wenigstens einen durch eine Schale (3) definierten Hohlraum aufweist, in dem die generativ hergestellte und/oder bionische Struktur angeordnet ist. Blade according to one of the preceding claims, characterized in that the blade root at least one through a shell ( 3 ) defined cavity in which the generatively produced and / or bionic structure is arranged. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß eine ein- oder mehrteilige Stützstruktur (2a, 2b) aufweist, die von der generativ hergestellten und/oder bionischen Struktur, insbesondere vollständig, eingehüllt ist, oder dass die generativ hergestellte und/oder bionische Struktur als Vollkörper ausgebildet ist. Blade according to one of the preceding claims, characterized in that the blade root has a mono- or multi-part support structure ( 2a . 2 B ), which is enveloped by the generatively produced and / or bionic structure, in particular completely, or that the generatively produced and / or bionic structure is formed as a solid body. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß teilweise, insbesondere die Schale (3) und/oder die Stützstruktur (2a, 2b) und/oder insbesondere zusammen mit dem Schaufelblatt, ur- und/oder umgeformt, insbesondere gegossen und/oder geschmiedet ist. Blade according to one of the preceding claims, characterized in that the blade root partially, in particular the shell ( 3 ) and / or the support structure ( 2a . 2 B ) and / or in particular together with the airfoil, ur- and / or reshaped, in particular cast and / or forged. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß eine tannenbaum- oder schwalbenschwanzförmige Außenkontur aufweist. Blade according to one of the preceding claims, characterized in that the blade root has a fir-tree or dovetail-shaped outer contour. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bionische Struktur mittels eines Lasers generativ hergestellt ist. Blade according to one of the preceding claims, characterized in that the bionic structure is produced generatively by means of a laser. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die generativ hergestellte und/oder bionische Struktur einen anderen Werkstoff aufweist als das Schaufelblatt und/oder ein weiterer Teil des Schaufelfußes, insbesondere dessen Schale und/oder Stützstruktur, und/oder damit stoffschlüssig verbunden ist. Blade according to one of the preceding claims, characterized in that the generatively produced and / or bionic structure comprises a different material than the airfoil and / or a further part of the blade root, in particular its shell and / or support structure, and / or is materially connected thereto , Turbomaschinenstufe, insbesondere Turbinen- oder Verdichterstufe einer Gasturbine, mit wenigstens einer Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mittels ihres Schaufelfußes an einem Rotor der Turbomaschine befestigt ist.  Turbomachine stage, in particular turbine or compressor stage of a gas turbine, with at least one blade according to one of the preceding claims, which is fastened by means of its blade root on a rotor of the turbomachine. Verfahren zum Herstellen einer Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bionische Struktur (2.1) des Schaufelfußes (2) generativ hergestellt wird. Method for producing a moving blade according to one of the preceding claims, characterized in that a bionic structure ( 2.1 ) of the blade root ( 2 ) is produced generatively. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die bionische Struktur in wenigstens einem durch eine Schale (3) definierten Hohlraum des Schaufelfußes generativ hergestellt wird oder dass die generativ hergestellte und/oder bionische Struktur in wenigstens einem durch eine Schale (3) definierten Hohlraum des Schaufelfußes angeordnet wird. Method according to the preceding claim, characterized in that the bionic structure in at least one through a shell ( 3 ) defined cavity of the blade root is produced generatively or that the generatively produced and / or bionic structure in at least one through a shell ( 3 ) defined cavity of the blade root is arranged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß teilweise, insbesondere die Schale (3) und/oder die Stützstruktur (2a, 2b) und/oder insbesondere zusammen mit dem Schaufelblatt, ur- und/oder umgeformt, insbesondere gegossen und/oder geschmiedet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the blade root partially, in particular the shell ( 3 ) and / or the support structure ( 2a . 2 B ) and / or in particular together with the blade, ur- and / or reshaped, in particular cast and / or forged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bionische Struktur mittels eines Lasers generativ hergestellt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the bionic structure is produced generatively by means of a laser. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bionische Struktur generativ aus einem anderen Werkstoff hergestellt wird als das Schaufelblatt und/oder ein weiterer Teil des Schaufelfußes, insbesondere dessen Schale (3) und/oder Stützstruktur (2a, 2b), und/oder damit stoffschlüssig verbunden wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the bionic structure is generated generatively from a different material than the blade leaf and / or a further part of the blade root, in particular its shell ( 3 ) and / or support structure ( 2a . 2 B ), and / or materially connected thereto.
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