DE102015213087A1

DE102015213087A1 - Schaufel für eine Strömungskraftmaschine und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102015213087A1
Application number: DE102015213087.8A
Authority: DE
Inventors: Yves Küsters; Christoph Kiener
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaufel (11) für eine Strömungskraftmaschine, beispielsweise eine Gasturbine oder eine Flugzeugturbine. Diese weist einen Innenraum (29) auf, durch den Kühlgas über beispielsweise durch offene Poren (45) gebildete Kanäle an die Oberfläche (23) der Schaufel (11) transportiert werden kann. Die Kanäle weisen erfindungsgemäß eine Vielzahl von Stömungsumlenkungen und an diese anschließende Prallflächen für die Kühlluft auf, so dass das Material der Schaufel vorteilhaft durch das Kühlgas effizient gekühlt werden kann. Zusätzlich soll ein Film von Kühlgas auf der Oberfläche (23) ausgebildet werden, um die Schaufel (11) thermisch zu schützen. Es können vorteilhaft eine Vielzahl von Kühlkanälen (25) über die Oberfläche (23) der Schaufel (11) verteilt werden, wodurch sich zuverlässig ein geschlossener Kühlfilm auf der Schaufel ausbilden lässt. Um eine derartige Vielzahl von Kühlkanälen in der Schaufel zu verwirklichen, wird die Schaufel vorteilhaft mit einem additiven Fertigungsverfahren wie dem Laserschmelzen hergestellt, wobei dieses Verfahren ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaufel für eine Strömungskraftmaschine, aufweisend einen Innenraum, der von einer die Oberfläche der Schaufel bildenden Wandstruktur umgeben ist. In dieser Wandstruktur sind Öffnungen vorgesehen, welche die an die Oberfläche der Schaufel angrenzende äußere Umgebung der Schaufel mit dem Innenraum verbinden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum additiven Herstellen eines solchen Bauteils.
Schaufeln für Strömungskraftmaschinen der eingangs angegebenen Art sowie Verfahren zum additiven Herstellen solcher Schaufeln sind bekannt. Die genannten Schaufeln können beispielsweise in Gasturbinen oder Flugzeugturbinen zum Einsatz kommen. Ein Einsatz kommt sowohl als Leitschaufel wie auch als Laufschaufel in Frage.
Eine Turbinenschaufel, die mit einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt wurde, ist beispielsweise in der DE 10 2009 048 665 A1 beschrieben. Danach kann eine Turbinenschaufel mit einem dreidimensional sich ausdehnenden Gitter hergestellt werden, welches einen Innenraum der Turbinenschaufel ausfüllt. Dieser Innenraum ist von einer Wandung umgeben, wobei in dieser Wandung Löcher vorgesehen werden können, die den Innenraum mit einer Oberfläche der Turbinenschaufel verbinden. Wie beispielsweise der DE 10 2009 033 753 A1 zu entnehmen ist, können solche Öffnungen beispielsweise Verwendung finden, um Kühlgas aus dem Innenraum der Schaufel zu ihrer Oberfläche zu transportieren. Auf diesem Weg ist eine Filmkühlung der Schaufel mit dem Kühlgas möglich.
Gemäß der US 2008/0290215 A1 ist beschrieben, dass mittels additiver Herstellungsverfahren der Innenraum der Schaufel mit einer Stützstruktur in Form von Streben versehen werden kann. Diese können beanspruchungsgerecht gestaltet werden, so dass eine maximale Versteifung der Schaufel mit geringstmöglichem Materialaufwand ermöglicht wird. Gemäß der WO 2008/046386 A1 wird beschrieben, wie eine Schaufel mitsamt der stützenden Innenstruktur in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann, indem sowohl die Wandungen der Schaufel als auch die stützenden Innenstrukturen lagenweise mit einem additiven Fertigungsverfahren, wie z. B. dem Laserschmelzen, unter Ausnutzung eines CAD-Modells hergestellt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaufel für Strömungskraftmaschinen, insbesondere für Gasturbinen oder Flugzeugturbinen, anzugeben, die eine verbesserte Kühlung der Schaufel gewährleistet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur additiven Herstellung einer solchen Schaufel anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Schaufel erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Öffnungen in der Wandstruktur durch eine Vielzahl von Kühlkanälen mit dem Innenraum verbunden sind, wobei die Kühlkanäle innerhalb der Wandstruktur jeweils mindestens einmal abrupt umgelenkt werden, so dass an einer jeweils so entstandenen Umlenkungsstelle eine Prallfläche für durch die Kühlkanäle geleitetes Kühlgas entsteht. Die Umlenkungsstellen gewährleisten damit vorteilhaft, dass für das Kühlgas eine Zwangsführung vorgesehen ist, die zu einem Aufprallen der Teilchen des Kühlgases auf die zu kühlenden Strukturen der Schaufel führt. Auf diese Weise kann das Kühlgas effektiv Wärmeenergie aufnehmen, die das Material der Schaufel durch die Umströmung mit dem Heißgas an der Oberfläche der Schaufel durch Konvektion oder durch Wärmestrahlung aufgenommen hat. Zwar steht für eine anschließende Filmkühlung der Schaufel, die durch das durch die Öffnungen austretende Kühlgas an der Oberfläche der Schaufel erzeugt wird, nur noch ein vorgewärmtes Kühlgas zur Verfügung, dafür kann aber Wärmeenergie, die in dem Schaufelmaterial gespeichert wird und zu einer thermischen Belastung des Schaufelmaterials führt, wieder aus dem Schaufelmaterial abgeleitet werden.
Damit wird für die Schaufel durch den erfindungsgemäßen Verlauf der Kühlkanäle mit Umlenkungsstellen ein Kühlverfahren für die Schaufel zur Verfügung gestellt, welches gleichzeitig auf zweierlei Wirkprinzipien beruht. Das eine Wirkprinzip ist die an sich bekannte Filmkühlung der Schaufel, die eine konvektive Wärmeübertragung des die Schaufel umströmenden Heißgases verringern soll, indem die äußere Schaufeloberfläche von einem Kühlmedium eingehüllt und dadurch vom Heißgas abgeschirmt wird. Der zweite Kühlmechanismus wird durch eine Kühlung der bereits erwärmten Schaufel durch das Kühlgas bewirkt, die aufgrund der Umlenkungsstellen als Prallkühlung effektiver eingesetzt wird, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.
Dadurch, dass in der Wandstruktur eine Vielzahl von Kühlkanälen ausgeführt ist, kann der erforderliche Gesamtquerschnitt durch das Kanalsytem der Kühlleitungen auf kleine Querschnitte der Kühlkanäle verteilt werden. Dies wiederum hat vorteilhaft zur Folge, dass die größere Vielzahl von Öffnungen über einen Flächenbereich, d. h. einen Bereich mit einer zweidimensionalen Flächenausdehnung, verteilt werden kann, wobei dieser Flächenbereich einen Teilbereich der gesamten Schaufeloberfläche oder den gesamten Bereich der umströmten Schaufeloberfläche einnehmen kann. Die Kühlkanäle können in einem regelmäßigen Muster oder auch unregelmäßig über den Flächenbereich verteilt sein. Vorteilhaft ist es, die Kühlkanäle in einem Array oder einem Raster anzuordnen, wobei die durch das Raster definierten Rasterzellen als kleinste Einheit des Rasters beliebig geformt sein können. Beispielsweise ist es möglich, die Kühlkanäle in einem quadratischen oder rechteckigen Raster anzuordnen. Die Rasterzellen können aber auch wabenförmig sein. Außerdem können die Rasterzellen rautenförmig oder drachenförmig sein. Dabei ist es auch möglich, dass sich die Rasterzellen in ihrer Geometrie über den Flächenbereich hinweg verändern. Beispielsweise können als viereckige Rasterzellen Drachen vorgesehen werden, welche sich von der Anströmkante der Turbinenschaufel zur Abströmkante der Turbinenschaufel immer weiter strecken, so dass die Dichte der Kühlkanäle pro Flächeneinheit an der Anströmkante größer ist, als an der Abströmkante. Hierdurch lässt sich vorteilhaft die ausströmende Kühlgasmenge in unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche der Schaufel variieren.
Durch eine größere Anzahl an Kühlkanälen im Vergleich zu Schaufeln mit Kanälen herkömmlicher Abmessungen kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass ein geschlossener Kühlfilm auf der Schaufeloberfläche zuverlässiger erzeugt werden kann. Auch ist es möglich, ein größeres Filmkühlungsvolumen pro Zeiteinheit zuzuführen, so dass die Kühlleistung auf der Schaufeloberfläche vergrößert werden kann. Hierdurch ist vorteilhaft ein zuverlässigerer Betrieb der Turbine möglich, in die die erfindungsgemäßen Turbinenschaufeln eingebaut werden. Dadurch lassen sich höhere Betriebstemperaturen des Heißgases verwirklichen oder bei gleichbleibender Betriebstemperatur können Werkstoffe ausgewählt werden, die weniger temperaturbeständig sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, auf eine Wärmeschutzbeschichtung der Schaufel (auch Thermal Barrier Coating, kurz TBC genannt) zu verzichten. Werden Schaufeln gleicher Temperaturbeständigkeit und/oder mit einer TBC verwendet, so steigt vorteilhaft deren Lebensdauer. Mit den erfindungsgemäßen Schaufeln lässt sich daher alternativ der Wirkungsgrad einer erfindungsgemäß ausgestatteten Turbine vergrößern, da dieser bei steigenden Betriebstemperaturen verbessert wird. Alternativ lassen sich Turbinenschaufeln wirtschaftlicher herstellen und betreiben, ohne dass hierbei ein Verlust an Wirkungsgrad hingenommen werden muss. Auch ist es möglich, ein kleineres Kühlgasvolumen pro Zeiteinheit zuzuführen, ohne dass die Kühlleistung für die Schaufel verringert wird. Hierdurch ist vorteilhaft ein energieeffizenterer Betrieb der Turbine möglich, in die die erfindungsgemäßen Turbinenschaufeln eingebaut werden.
Erfindungsgemäß wird die eingangs angegebene Aufgabe insbesondere durch ein Verfahren zum additiven Herstellen gelöst, wonach die Schaufel inklusive der Kühlkanäle in einem Arbeitsgang erzeugt werden kann, so dass ein Nachbearbeitungsschritt zur Erzeugung der Kühlkanäle nicht erforderlich ist. Dieses Verfahren ermöglicht es daher vorteilhaft, auch eine Schaufel mit sehr vielen Kühlgasöffnungen in Form von Kühlkanälen mit vertretbarem Aufwand herzustellen, da die Geometrie eines additiv hergestellten Bauteils aufgrund des lageweisen Aufbaus des Bauteils fast beliebig komplex gewählt werden kann, ohne den Fertigungsaufwand hierdurch zu vergrößern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kühlkanäle untereinander zu einem Netzwerk verbunden. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, alle Öffnungen zuverlässig mit Kühlluft zu versorgen. Sollte ein Kanalabschnitt des Netzwerks aus Kühlkanälen einmal beispielsweise durch Partikel in dem Kühlgas verstopft werden, so kann diese Stelle von dem Kühlgas umgangen werden, so dass trotzdem alle Öffnungen in der Oberfläche der Schaufel mit Kühlgas versorgt werden.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandstruktur aus mehreren untereinander über Verbindungsstrukturen verbundene Schalen besteht. Darunter befindet sich auch eine die Oberfläche bildende Außenschale, die die Schaufel nach außen begrenzt. Die Verbindungsstrukturen stabilisieren die Schalen untereinander und sorgen für einen gleichbleibenden Abstand der Schalen zueinander. Zwischen den Schalen verlaufen die Kühlkanäle, wobei das Kühlgas die Verbindungsstrukturen umfließen oder an diesen entlang fließen kann. Die Umlenkungsstellen sind durch Durchbrüche in den Schalen gebildet, wobei durch das Wechseln des Kühlgases von dem einen Hohlraum zwischen den Schalen durch den Durchbruch in einen benachbarten Hohlraum zwischen den Schalen eine Umlenkung erfolgt und das Heißgas gegenüber dem Durchbruch auf die benachbarten Schale auftrifft, wo die Prallfläche realisiert ist. Die Außenschale weist ebenfalls Durchbrüche auf, die die bereits angesprochenen Öffnungen in der Oberfläche der Schaufel ausbilden.
Die Verbindungsstrukturen können unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise können diese durch Stützsäulen gebildet werden, die sich jeweils zwischen benachbarten Schalen erstrecken. Diese können vorteilhaft besonders einfach durch das Kühlgas umflossen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Stützwände zum Einsatz kommen zu lassen. Diese sind auch dazu geeignet, bestimmte Durchbrüche von anderen örtlich abzutrennen, da diese als Fließhindernis zum Einsatz kommen können. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Verbindungsstrukturen durch ein Stützgitter auszuführen. Dieses lässt sich zwischen den Schalen anordnen und kann von dem Kühlgas durchflossen werden. Durch eine damit verbundene Oberflächenvergrößerung kann vorteilhaft die Wärme aus dem Schaufelmaterial besser an das Kühlgas abgegeben werden, wobei hierbei zusätzliche Prallflächen für das Kühlgas entstehen, welches auf die Stützstruktur auftrifft, ohne dabei wesentlich umgelenkt zu werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandstruktur aus einem offenporigen Material besteht, wobei durch dieses Material gebildete Poren das Netzwerk aus Kühlkanälen ausbildet. Die Umlenkstellen sowie Prallflächen werden durch den Verlauf der Poren gebildet, die nicht geradlinig verlaufen, sondern einen gewundenen Verlauf nehmen. Die Poren öffnen sich auch zu der Oberfläche der Schaufel hin, wo sie die Öffnungen ausbilden.
Durch Vorsehen eines offenporösen Materials kann vorteilhaft ein Netzwerk aus Kühlkanälen zur Verfügung gestellt werden, welches eine große Oberfläche und damit auch eine Vielzahl von Freiflächen für das Kühlgas zur Verfügung stellt. Dieses offenporige Material kann beispielsweise durch Lasersintern erzeugt werden. Der Rest der Schaufel, welche massiv ausgebildet werden soll, kann beispielsweise durch Laserschmelzen erzeugt werden. Die Herstellung lasergesinterter und lasergeschmolzener Strukturen in einem Arbeitsgang ist möglich, indem die Leistung des Lasers in der Fertigungsmaschine für das Laserschmelzen in den betreffenden Bereichen in geeigneter Weise variiert wird.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass die Wandstärke der Wandstruktur, die durch ein offenporiges Material gebildet wird, variiert wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass bei gleicher Porosität des Materials abhängig von der Wandstärke unterschiedliche Strömungswiderstände an unterschiedlichen Orten der Schaufel eingestellt werden können. Der Volumendurchsatz an Kühlgas ist an Stellen mit einer geringeren Wandstärke größer, so dass hier ein stärkerer Kühlungseffekt erreicht werden kann. Dabei können die konstruktiven und betriebsbedingten Gegebenheiten der Schaufel berücksichtigt werden.
Beispielsweise ist es möglich, dass die Wandstärke der Wandstruktur umso dünner ist, je größer der Auftreffwinkel β einer Strömung in der Strömungskraftmaschine auf die Oberfläche der Schaufel ist. In Bereichen mit einem großen Auftreffwinkel β, z. B. an der Anströmkante der Schaufel, ist der thermische Angriff durch das Heißgas auch am größten. Wenn in diesem Bereich ein größerer Durchsatz an Kühlgas vorgesehen wird, wirkt sich das in mehrfacher Hinsicht positiv auf den dadurch erzielten Kühlungseffekt aus. Zum einen ist der Kühlungseffekt aufgrund des Aufprallens des Kühlgases auf die Prallstellen größer, weswegen eine höhere thermische Belastung aufgefangen werden kann. Außerdem wird erreicht, dass der sich an den Öffnungen der Schaufel ausbildende Kühlfilm stabiler ist, so dass das auftreffende Heißgas durch diesen Kühlfilm zuverlässig auf Abstand gehalten werden kann. Außerdem hat die Wandstruktur durch eine geringere Wandstärke auch eine geringere Wärmekapazität, so dass diese nicht so viel Wärme aus dem Heißgas aufnehmen kann.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass der Abstand a der Öffnungen zu benachbarten Öffnungen in dem Flächenbereich variabel ist. Auch dies ist eine konstruktive Maßnahme, mit der die ausgestoßene Kühlgasmenge pro Flächeneinheit der Oberfläche der Turbinenschaufel beeinflusst werden kann. Je geringer die Abstände a zu benachbarten Kühlkanälen gewählt werden, desto größer ist die zur Verfügung stehende Kühlgasmenge. Dieser Effekt kann, wie bereits beschrieben, beispielsweise dazu genutzt werden, um im Bereich der Anströmkante der Schaufel eine größere Kühlgasmenge zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Innenraum der Schaufel eine Stützstruktur vorgesehen ist, die mechanisch an die Wandstruktur angebunden ist und die ein Kanalsystem aufweist, durch welches die an die Stützstruktur angrenzenden Kühlkanäle zugänglich sind. Dabei ist sichergestellt, dass die Kanalstruktur einen geringeren Strömungswiderstand aufweist, als die an die Stützstruktur angrenzenden Kühlkanäle. Die Stützstruktur führt vorteilhaft zu einer mechanischen Versteifung der Schaufel. Dies bewirkt, dass die Wandstruktur dünnwandiger ausgeführt werden kann. Je dünnwandiger die Wandstruktur sein kann, desto größer ist aus den oben angegebenen Gründen die maximal zuführbare Kühlgasmenge, was die Kühlleistung vorteilhaft vergrößert. Dabei muss allerdings sichergestellt sein, dass die zuführbare Kühlgasmenge nicht durch den Strömungswiderstand der Stützstruktur limitiert wird. Deswegen muss das durch die Stützstruktur gebildete Kanalsystem einen hinreichend geringen Strömungswiderstand aufweisen.
Durch eine Versteifung der Schaufel durch die Stützstruktur im Inneren wird zusätzlich der Vorteil erreicht, dass die Schaufel mit einem geringeren Materialaufwand hergestellt werden kann. Hierdurch verringert sich zum einen die Gesamtmasse der beweglichen Teile in der Turbine, was sich positiv auf die mechanischen Anforderungen an die Turbine auswirkt. Beispielsweise verringern sich die Lagerkräfte für den Turbinenläufer. Ein anderer positiver Aspekt liegt darin, dass die Schaufel aufgrund ihrer geringeren Masse auch eine geringere Wärmekapazität aufweist. Daher ist das Wärmespeichervermögen einer dünnwandigen Wandstruktur klein und der Temperaturunterschied zwischen der gekühlten Innenseite und heißen Außenseite dadurch ebenfalls kleiner. Die Wandstruktur wird daher bei gleicher Kühlleistung und gleichem Energieeintrag nur geringere Temperaturen erreichen als eine dickere Wandstruktur. Die Schaufel erreicht nur geringere Temperaturen und verformt sich aufgrund der effektiven Kühlung weniger. Zuletzt werden die aufgrund der Kriecheffekte entstehenden Verformungen der Schaufel wegen ihrer geringeren Masse verringert, was vorteilhaft die Kriechbeständigkeit der Schaufel vergrößert und zu längeren Standzeiten führt.
Vorteilhaft kann die Stützstruktur durch ein dreidimensionales Gitter gebildet werden. Das Gitter besteht aus Streben, die jeweils in Knoten zusammenlaufen. Vorteilhaft lässt sich hierdurch ein Fachwerk erzeugen, welches in Bezug auf seine Masse einen optimalen Versteifungseffekt bewirkt. Hierdurch kann auch sichergestellt werden, dass die Stützstruktur einen geringen Strömungswiderstand aufweist, um eine genügende Versorgung der Kühlkanäle mit Kühlgas zu gewährleisten.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass die Stützstruktur in ihrem Inneren einen Versorgungskanal für Kühlgas aufweist, wobei der Versorgungskanal einen geringeren Strömungswiderstand aufweist, als die an die Stützstruktur angrenzenden Kühlkanäle. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass das Kühlgas über den Versorgungskanal allen Bereichen der Stützstruktur in gleichem Maße zugeführt werden kann, so dass eine gleichmäßige Versorgung der Kühlkanäle mit Kühlgas gewährleistet ist.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass der Versorgungskanal von der Stützstruktur durch eine Siebstruktur abgetrennt ist. Die Siebstruktur erfüllt vorteilhaft den Zweck, dass diese Partikel aus dem Kühlgas zurückhält, so dass diese nicht über die Stützstruktur zu den Kühlkanälen gelangt. Hierdurch kann einer Verstopfungsgefahr der Kühlkanäle entgegengewirkt werden. Eine Verstopfung der Kühlkanäle hätte nämlich zur Folge, dass in den Oberflächenbereichen der Schaufel, wo Kühlgaskanäle verstopft sind, der Kühlgasfilm zusammenbrechen könnte und so eine thermische Schädigung der Schaufel erfolgen könnte.
Vorteilhaft ist es, wenn die Sieböffnungen in der Siebstruktur einen Querschnitt aufweisen, der höchstens so groß ist, wie derjenige der Kühlkanäle. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Siebstruktur Partikel in dem Kühlgas auf jeden Fall zurückhält, die groß genug sind, dass diese auch die Kühlkanäle verstopfen würden. Zu bemerken ist, dass die Verstopfungsgefahr der Siebstruktur selbst im Vergleich zu den Kühlkanälen geringer ist, da das Kühlgas in dem Versorgungskanal an den Sieböffnungen vorbeistreicht und nur ein geringes Teilvolumen in die Sieböffnungen hinein gelangt. Auch ist eine Verstopfung einzelner Sieböffnungen im Vergleich zu einer Verstopfung von Kühlkanälen weniger schädlich, da verstopfte Sieböffnungen von dem Kühlgas umgangen werden, die sich in der hinter der Siebstruktur liegenden Stützstruktur dennoch auf alle Kühlkanäle verteilen kann. Vorteilhaft ist daher, wenn der Gesamtquerschnitt der Sieböffnungen mindestens so groß ist, wie der Gesamtquerschnitt der Kühlkanäle. Dies bewirkt, dass ein Volumenstrom an Kühlgas durch die Sieböffnungen genügend groß ist, damit die Kühlkanäle mit genügend Kühlgas versorgt werden können. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Siebstruktur eine geringere Wandstärke aufweisen kann, als die Wandstruktur der Schaufel, so dass überdies ein Druckverlust an den Sieböffnungen geringer ausfällt, als an den mäandernden Kühlkanälen. Selbst wenn einige der Sieböffnungen verstopft sind, bleibt daher noch ein genügend großer Volumenstrom des Kühlgases erhalten, damit die Kühlkanäle mit Kühlgas versorgt werden können.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Versorgungskanal mit einer Auslassöffnung verbunden ist, der zur Oberfläche der Schaufel führt. Diese Auslassöffnung ermöglicht es vorteilhaft, dass Partikel, die in den Versorgungskanal geraten sind, durch die Auslassöffnung aus dem Innenraum der Schaufel heraus transportiert werden können. Die Auslassöffnung weist daher einen größeren Querschnitt auf, als die Kühlkanäle, damit auch größere Partikel aus dem Innenraum ausgetragen werden können. Die Auslassöffnung kann vorteilhaft in der Oberfläche der Schaufel auf einer Saugseite der Schaufel oder in der stromabwärtigen Kante der Schaufel (Abströmkante) liegen. Dies bewirkt, dass die Auslassöffnung mit einem Unterdruck an der Schaufeloberfläche beaufschlagt wird, wodurch ein Volumenstrom des Kühlgases aus der Schaufel heraus sichergestellt ist. Die Partikel werden also sozusagen abgesaugt.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass der Versorgungskanal im Querschnitt gesehen eine gewellte oder mäandernde Kontur aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass der Umfang des betreffenden Querschnitts im Verhältnis zur Querschnittsfläche groß ist, so dass eine größere Außenfläche für die Siebstruktur zur Verfügung steht. Hierdurch lassen sich in der Siebstruktur mehr Sieböffnungen unterbringen, was zur Erreichung der bereits erläuterten Anforderung eines genügend geringen Druckabfalls über der Siebstruktur führt. Bei den oben beschriebenen Strukturen, also der Stützstruktur, der Wandstruktur und der Siebstruktur, muss es sich nicht um diskrete Strukturen handeln, die diskrete Übergänge zueinander aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Übergänge von der Stützstruktur in die Wandstruktur und/oder in die Siebstruktur auch fließend ausgebildet sein. Mit anderen Worten gibt es keine Querschnittssprünge in den durch diese Strukturen gebildeten Kanalstrukturen. Dies hat den Vorteil, dass die Kühlgasströmung ungestört und damit mit einem geringeren Druckverlust transportiert werden kann. Außerdem können die wirkenden mechanischen Kräfte ungestörter zwischen der Stützstruktur, der Wandstruktur und der Siebstruktur geleitet werden. Dies verbessert vorteilhaft die mechanische Stabilität der Schaufel.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass sich der Querschnitt des Versorgungskanals von einem Schaufelfuß ausgehend nach radial außen vergrößert Dies verbessert vorteilhaft einen Austrag von Partikeln durch den Auslassöffnung, da sich der Druck des Kühlgases in den Versorgungskanal nach radial außen verringert und damit den Transport von Partikeln unterstützt.
Vorteilhaft können in dem Versorgungskanal Verstrebungen vorhanden sein. Diese Verstrebungen führen zu einer weiteren Stabilisierung der Schaufel, da die gegenüberliegenden Wände des Versorgungskanals sich gegenseitig stützen. Auch die Verstrebungen im Versorgungskanal können mit einem fließenden Übergang zur Siebstruktur oder bei Fehlen der Siebstruktur mit einem fließenden Übergang zur Stützstruktur ausgebildet sein.
Besonders vorteilhaft kann in dem Versorgungskanal ein Zyklonabscheider für das Kühlgas integriert sein. Dieser bewirkt, dass das Kühlgas vor einem Passieren der Siebstruktur durch den Zyklonabscheider geleitet und bereits von einem Teil der mitgeführten Partikel befreit wird. Diese im Zyklonabscheider abgeschiedenen Partikel können durch einen gesonderten Auslasskanal aus der Schaufel ausgetragen werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, zusätzlich auf der Oberfläche der Schaufel eine Wärmeschutzschicht anzubringen. Diese kann beispielsweise aus einer Keramik bestehen, deren Wärmeleitfähigkeit begrenzt ist. Derartige Schichten sind an sich bekannt und werden auch als Thermal Barrier Coatings (TBC) bezeichnet. Die Weiterleitung von Wärmeenergie in tieferliegende Teile der Schaufel kann durch die TBC vorteilhaft verringert werden. Der Wärmeangriff des Heißgases kann aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit der TBC vorteilhaft weiter verringert werden. Dadurch wärmt sich das Kühlgas durch die Kühlung des Schaufelmaterials weniger auf, weswegen ein Kühlungseffekt durch den nach Durchleitung des Kühlgases durch das Kanalsystem durch die Öffnungen austretenden Kühlgases verbessert werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaufel als Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten,
2 bis 6 verschiedene Querschnitte der Schaufel gemäß 1,
7 detailliert den Aufbau der Schaufel gemäß 1 mit einer alternativen Wandstruktur, einer Stützstruktur und einer Siebstruktur geschnitten und
8 ein Detail eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsmäßen Schaufel mit Wandstruktur, Stützstruktur und Siebstruktur als Schnitt.
Eine Schaufel 11 gemäß 1 weist einen Schaufelfuß 12 auf, mit dem dieser in einen nicht dargestellten Läufer einer Turbine eingesetzt werden kann. Von dem Schaufelfuß 12 erstreckt sich ein Schaufelblatt 13 nach radial außen. Das Schaufelblatt 13 weist eine Anströmkante 14 und eine Abströmkante 15 auf, wobei das durch das Schaufelblatt realisierte Profil in den 2 bis 6 zu erkennen ist. Die Ebenen der in den 2 bis 6 dargestellten Profile sind in 1 eingezeichnet.
Vom Schaufelfuß 12 bis zu einer radial äußeren Kante 16 des Schaufelblatts 13 erstreckt sich ein Versorgungskanal 17 für ein Kühlgas. Dieser ist im nicht aufgeschnittenen Bereich der Schaufel 11 gestrichelt dargestellt. Zu erkennen ist, dass sich der Versorgungskanal 17 von einer Einlassöffnung 18 im Schaufelfuß bis zu einer Auslassöffnung 19 nahe der radial äußeren Kante 16 erstreckt. Die Auslassöffnung 19 befindet sich genau in der Abströmkante 15. In der Einlassöffnung 18 des Versorgungskanals 17 befindet sich außerdem ein Zyklonabscheider 20, mit dessen Hilfe Partikel aus dem Kühlgas zunächst in einen Ringraum 21, der den Versorgungskanal 17 umgibt, und dann durch einen Auslasskanal 22 aus der Schaufel 11 transportiert werden.
In 1 ist außerdem dargestellt, dass in einer Oberfläche 23 der Schaufel 11 Öffnungen 24 für Kühlgas vorgesehen werden können. Diese werden durch Kühlkanäle 25 (vgl. 2) gebildet, wobei der Querschnitt der Öffnungen 24 kleiner als 0,8 mm² betragen kann. In 1 ist beispielhaft dargestellt, wie die Öffnungen 24 über Flächenbereiche 26a, 26b, 26c verteilt sein können. Diese Flächenbereiche definieren jeweils ein Raster der Öffnungen 24, die in dem Flächenbereich 26a beispielsweise in einem quadratischen Raster angeordnet sind. Eine Rasterzelle 27a ist somit quadratisch, könnte aber auch rechteckig sein (nicht dargestellt). In dem Flächenbereich 26b sind die Öffnungen wabenförmig angeordnet. Die Rasterzelle 27b ist daher die eines regelmäßigen Sechsecks. In dem Flächenbereich 26c liegen die Öffnungen auf gekrümmten Bahnen, so dass sich drachenförmige Rasterzellen 27c ergeben. Durch diese Maßnahme ist es möglich, dass die Dichte an Öffnungen nahe der Anströmkante 14 größer ist, als an der Abströmkante 15.
In 2 ist der Schnitt II-II gemäß 1 zu erkennen. Der Aufbau der Schaufel lässt sich anhand des Schnitts besonders einfach beschreiben. Die Oberfläche 23 der Schaufel 11 wird durch eine Wandstruktur 28 ausgebildet. Diese Wandstruktur weist Poren 45 auf, die einer besseren Übersichtlichkeit wegen mit zu großem Querschnitt dargestellt sind. Diese sind offenporig ausgeführt und bilden so ein Netzwerk von Kühlkanälen aus, das in die Öffnungen 24 mündet. Weiterhin schließt die Wandstruktur 28 einen Innenraum 29 ein, in den die Kühlkanäle 25 ebenfalls münden.
Der Innenraum 29 ist folgendermaßen aufgebaut: In der Mitte des durch den Innenraum 29 definierten Querschnitts ist der Versorgungskanal 17 ausgebildet. Dieser wird selbst durch Verstrebungen 31 stabilisiert, die den Versorgungskanal 17 überbrücken und von dem senkrecht zur Zeichenebene strömenden Kühlgas umströmt werden. Dieser Strömung setzen diese Verstrebungen 31 nur einen geringen Strömungswiderstand entgegen. Der Versorgungskanal wird von einer Siebstruktur 32 begrenzt, die in den 8 und 9 in ihrer Struktur näher beschrieben wird. In 2 ist diese Siebstruktur lediglich durch eine durchgezogene Linie angedeutet. Die Siebstruktur 32 und die Wandstruktur 28 sind über eine Stützstruktur 33 miteinander verbunden, wobei die Stützstruktur 33 in 2 durch eine Kreuzschraffur angedeutet ist. Wie den 7 und 8 zu entnehmen ist, besteht die Stützstruktur 33 aus einem Streben 34 und Knoten 35 aufweisenden Fachwerk, welches offen ist und daher ein Kanalsystem 36 ausbildet, wobei dieses die Siebstruktur 32 mit der Wandstruktur 28 verbindet.
Die Querschnitte III-III gemäß 3, IV-IV gemäß 4, V-V gemäß 5 und VI-VI gemäß 6 sind strukturell genauso aufgebaut, wie der Querschnitt gemäß 2. Lediglich in 6 ist zusätzlich die Auslassöffnung 19 zu erkennen, in die der Versorgungskanal 17 mündet, damit Partikel aus dem Versorgungskanal heraus transportiert werden können.
Ansonsten unterscheiden sich die Querschnitte gemäß den 2 bis 6 durch ihre unterschiedliche Topologie, die durch die Geometrie des Schaufelblatts 13 gemäß 1 vorgegeben sind. Während der Schaufelquerschnitt gemäß 2 gedrungener ausgebildet ist, ist der Schaufelquerschnitt gemäß 6 gestreckter ausgebildet. Dies orientiert sich an der allgemein bekannten und üblichen Schaufelgeometrie. Die Geometrie des durch die Wandstruktur 28 eingeschlossenen Innenraums 29 ändert sich zwangsläufig mit dem Schaufelquerschnitt, da die Dicke der Wandstruktur 28 konstruktiv vorgegeben ist. Zu erkennen ist in allen 2 bis 6, dass die Wandstärke der Schaufel an der Anströmseite 14 dünner ausgebildet ist als im weiteren Verlauf der Wandstruktur der Schaufel. Einerseits ist hier die Krümmung der Wandstruktur am stärksten und wird dadurch zusätzlich stabilisiert. Außerdem ist es wünschenswert, dass in diesem Bereich der Strömungswiderstand der Kühlkanäle 25 besonders niedrig ist. Da der Strömungswiderstand von der Länge der durch die Poren 45 gebildeten Kühlkanäle direkt abhängig ist, führen dünnere Wandstärken der Wandstruktur 28 auch zu einem geringeren Strömungswiderstand.
Der geringere Strömungswiderstand ist erforderlich, da ein Auftreffwinkel β₁, wie in 2 dargestellt, fast senkrecht auf einer an die Oberfläche 23 anliegenden Tangente 37 steht. Ein größerer Volumendurchsatz an Kühlgas schützt somit die besonders gefährdete Anströmseite 14 der Schaufel vor einer Überhitzung.
Im weiteren Schaufelverlauf wird der Winkel, in dem die Strömung auf die Oberfläche 23 der Schaufel 11 auftrifft, immer kleiner, wie man β₂ beispielsweise entnehmen kann. An dieser Stelle der Schaufel legt sich daher das Kühlgas leichter als Film auf die Oberfläche 23, weswegen weniger Kühlgas benötigt wird. Dies wird dadurch gesteuert, dass die Kühlkanäle 25 in diesem Bereich der Wandstruktur länger sind und dadurch einen größeren Strömungswiderstand aufweisen.
Weiterhin wird deutlich, dass der Versorgungskanal 17 gemäß 2 einen langgestreckten welligen oder mäandernden Querschnitt aufweist. In diesem Bereich wird damit die Oberfläche der Siebstruktur 32 vergrößert, so dass der durch die Siebstruktur erzeugte Strömungsverlust verringert werden kann. Vergleicht man die Querschnitte des Versorgungskanals in den 3 bis 6 so erkennt man, dass der mäandernde Querschnitt des Versorgungskanals immer geringer ausgeprägt ist. Dafür vergrößert sich jedoch die Querschnittsfläche des Versorgungskanals insgesamt, wodurch auch eine größere Fläche für die Siebstruktur zur Verfügung steht.
Der 7 lässt sich ein alternativer Aufbau der Wandstruktur 28 entnehmen. Die Wandstruktur 28 besteht aus mehreren Schalen 41, darunter auch eine Außenschale 41a, wobei diese Schalen zwiebelartig ineinander verschachtelt sind, wobei sich zwischen den Schalen Zwischenräume 47 ausbilden. Die Zwischenräume dienen als Kühlkanäle 25, in denen das Kühlgas geleitet wird. Um die Zwischenräume 47 zu stabilisieren, sind Stützsäulen 43 oder Stützwände 44 vorgesehen, die die jeweils benachbarte Schalen 41, 41a miteinander verbinden. Um das Kühlgas von einem weiter innen liegenden Zwischenraum 47 zu einem weiter außen liegenden, benachbarten Zwischenraum 47 leiten zu können, sind in den Schalen weiterhin Durchbrüche 42 vorgesehen, wobei in dem außen auf den betreffenden Durchbruch 42 folgenden Zwischenraum 47 die jeweiligen Umlenkstellen 40 realisiert sind, weil die gegenüberliegende, d. h. weiter außenliegende Schale 41, 41a als Prallfläche zum Einsatz kommt.
Im Bereich der Anströmkante 14 kommen bevorzugt Stützwände 44 zum Einsatz. Diese verringern die Möglichkeit, dass das Kühlgas innerhalb der Zwischenräume 47 fließen kann, im Extremfall können durch die Stützwände 44 sogar einzelne Kammern erzeugt werden, so dass das Kühlgas gezwungen wird, zwischen benachbarten Kammern durch die zur Verfügung stehenden Durchbrüche 42 zu gelangen. Damit kann ein Volumenfluss des Kühlgases gewährleistet werden, welcher zuverlässig durch die dort vorliegenden Öffnungen aus der Schaufel austritt und dort einen stabilen Kühlfilm erzeugt. Zu diesem Zweck können die Öffnungen 24 im Bereich der Anströmkante 14 auch größer ausgeführt sein, als im weiteren Verlauf der Schaufeloberfläche. Auch kann der Abstand a zwischen benachbarten Öffnungen 24 an der Anströmkante 14 kleiner ausgeführt sein, als im weiteren Verlauf des Schaufelprofils, wie sich 7 unschwer entnehmen lässt.
Im weiteren Verlauf des Schaufelprofils kommen als Stützstrukturen Säulen zum Einsatz, so dass die Zwischenräume 47 eher hallenartig ausgeführt sind. Zu erkennen sind daher aufgrund der offenen Ausführung auch Stützsäulen 43, welche hinter der Zeichenebene liegen und daher nicht schraffiert sind. Innerhalb der in diesen Bereichen gebildeten Kühlkanäle kann das Kühlgas damit freier fließen und sich auf die unterschiedlichen Öffnungen 24 verteilen.
In 7 lässt sich auch das Zusammenwirken der Wandstruktur 28, der Stützstruktur 33 und der Siebstruktur 32 genauer erkennen. Hierbei handelt es sich um drei Strukturen, deren Übergang jeweils diskret ist. Die Stützstruktur 33 ist mit ihren Streben 34 direkt auf den Wandflächen der Siebstruktur 32 und der Wandstruktur 28 verankert. Zu erkennen ist, dass die Siebstruktur 32 Sieböffnungen 38 aufweist, die den Versorgungskanal 17 jeweils mit dem durch die Stützstruktur 33 gebildeten Kanalsystem 36 verbinden. Über das Kanalsystem gelangt das Kühlgas dann zu den Kühlkanälen 25, die in der Wandstruktur 28 ausgebildet sind.
Die Sieböffnungen 38 besitzen in 7 einen geringeren Querschnitt als die Kühlkanäle 25. Dadurch ist sichergestellt, dass Partikel 39a aus dem Kühlgas zurückgehalten werden, da diese nicht durch die Sieböffnungen 38 passen. Ein Partikel 39a besitzt eine Größe, bei dem die Gefahr bestehen würde, dass durch das Partikel 39a ein Kühlkanal 25 verstopft wird.
Ein kleineres Partikel 39b passt durch die Sieböffnung 38, wie in 7 angedeutet ist. Doch wird schnell deutlich, dass das Partikel 39b so klein ist, dass es problemlos durch das Kanalsystem 36 und den Kühlkanal 25 transportiert werden kann, ohne letzteren zu verstopfen.
In 8 ist der Schnitt durch eine anders aufgebaute Schaufel 11 gezeigt. In 1 ist der Schnitt VIII-VIII eingezeichnet, um dessen Ausrichtung zu verdeutlichen, auch wenn es sich bei der Schaufel 11 gemäß 8 nicht um die Schaufel 11 gemäß 1 handelt.
In 8 ist zu erkennen, dass die Kühlkanäle 25 in der Wandstruktur 28 jeweils als Einzelkanäle ausgeführt sind. Diese nehmen einen mäanderförmigen Verlauf durch die Wandstruktur 28, wobei jeweils zwei Umlenkungen um 90° und eine Umlenkung um 180° vorgesehen sind. Diese Umlenkungen führen dazu, dass mehrere Umlenkstellen 40 in den Kühlkanälen 25 ausgebildet werden, welche zu einem häufigen Anprallen des Kühlgases an die Wandungen der Kühlkanäle (Prallflächen) führt. Jeder Kühlkanal 25 mündet in eine gesonderte Öffnung 24 in der Oberfläche 23 der Schaufel 11.
Weiterhin ist in 8 angedeutet, dass sich die Länge der Kühlkanäle 25 voneinander unterscheiden kann. Hierdurch ist es möglich, den Strömungswiderstand der Kühlkanäle 40 zu beeinflussen und damit auch die Menge an Kühlgas, die aus den Öffnungen 24 tritt. Wie bereits erläutert, ist es vorteilhaft, wenn beispielsweise im Bereich einer in 8 nicht dargestellten Anströmkante mehr Kühlluft austritt und somit die Kühlluftkanäle 25 kürzer ausgeführt sind.
Der 8 ist außerdem ein Aufbau der Wandstruktur 28, der Stützstruktur 33, der Siebstruktur 32 und des Versorgungskanals 17 zu entnehmen, bei dem Querschnittssprünge des durch alle diese Strukturen gebildeten Kanalsystems vermieden werden. Man kann erkennen, wie sich die Sieböffnungen 38 ohne Querschnittssprünge in die Kanalstruktur 36 der Stützstruktur 33 öffnen. Auch ein Übergang dieser Kanalstruktur 36 in die Kühlkanäle 25 erfolgt mit gleitenden Querschnittsübergängen. Genauso wird dies für die Verstrebung 31 erreicht, welche in den Versorgungskanal 17 zu dessen Stabilisierung hineinreicht.
Die Streben 34 und Knoten 35 der Stützstruktur 33 sind in 8 schematisch im Schnitt dargestellt. Da es sich bei den Streben 34 um stangenartige Gebildet handelt, ist eine Umströmung dieser Streben vor und hinter der Zeichenebene ohne Weiteres möglich. Der Eindruck gemäß 8, dass die Kanalstruktur 36 aus einzelnen nicht fluidisch miteinander verbundenen Zellen bestehe, täuscht also. Eine Verbindung zwischen den Sieböffnungen 38 und den Kühlkanälen 25 ist daher gewährleistet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009048665 A1 [0003]
DE 102009033753 A1 [0003]
US 2008/0290215 A1 [0004]
WO 2008/046386 A1 [0004]

Claims

Schaufel für eine Strömungskraftmaschine, aufweisend einen Innenraum (29), der von einer die Oberfläche (23) der Schaufel bildenden Wandstruktur (28) umgeben ist, wobei Öffnungen (24) in der Wandstruktur (28) vorgesehen sind, die die Oberfläche (23) mit dem Innenraum (29) verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (24) in der Wandstruktur (28) durch eine Vielzahl von Kühlkanälen (25) mit dem Innenraum verbunden sind, wobei die Kühlkanäle (25) innerhalb der Wandstruktur (28) jeweils mindestens einmal abrupt umgelenkt werden, so dass an einer jeweils so entstandenen Umlenkungsstelle (40) eine Prallfläche für durch die Kühlkanäle geleitetes Kühlgas entsteht.
Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (25) untereinander zu einem Netzwerk verbunden sind.
Schaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstruktur (28) aus mehreren untereinander über Verbindungsstrukturen, insbesondere Stützsäulen (43), Stützwände (44) oder ein Stützgitter, verbundenen Schalen (41), darunter auch eine die Oberfläche (23) bildende Außenschale (41a), aufgebaut ist, zwischen denen die Kühlkanäle (25) verlaufen, wobei die Umlenkungsstellen (40) durch Durchbrüche (42) in den Schalen (41) gebildet werden und in der Außenschale (41a) die Durchbrüche die Öffnungen (24) bilden.
Schaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstruktur (28) aus einem offenporösen Material besteht, wobei Poren (45) dieses Materials das Netzwerk aus Kühlkanälen mit Umlenkungsstellen und Prallflächen sowie die Öffnungen (24) in der Oberfläche (23) der Schaufel (11) bilden.
Schaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Wandstruktur (28) variabel ist.
Schaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Wandstruktur (28) umso dünner ist, je größer der Auftreffwinkel β einer Strömung in der Strömungskraftmaschine auf die Oberfläche (23) der Schaufel ist.
Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand a der Öffnungen (24) zu benachbarten Öffnungen (24) in dem Flächenbereich (26a, 26b, 26c) variabel ist.
Schaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand a umso kleiner ist, je größer der Auftreffwinkel β einer Strömung in der Strömungskraftmaschine auf die Oberfläche (23) der Schaufel ist.
Schaufel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (29) der Schaufel eine Stützstruktur (33) vorgesehen ist, die mechanisch an die Wandstruktur (28) angebunden ist und die ein Kanalsystem (36) aufweist, durch welches die an die Stützstruktur (33) angrenzenden Mikrokanäle (25) zugänglich sind, wobei das Kanalsystem einen geringeren Strömungswiderstand aufweist, als die an die Stützstruktur (33) angrenzenden Kühlkanäle.
Schaufel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (33) durch ein dreidimensionales Gitter gebildet ist.
Schaufel nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (33) in ihrem Inneren einen Versorgungskanal (17) für Kühlgas aufweist, wobei der Versorgungskanal einen geringeren Strömungswiderstand aufweist, als die Stützstruktur.
Schaufel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungskanal (17) von der Stützstruktur (33) durch eine Siebstruktur (32) abgetrennt ist.
Schaufel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Sieböffnungen (38) in der Siebstruktur einen Querschnitt aufweisen, der höchstens so groß ist, wie derjenige der Kühlkanäle (25).
Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungskanal (17) mit einer Auslassöffnung (19) verbunden ist, der zur Oberfläche (23) der Schaufel führt.
Schaufel nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (19) in der Oberfläche (23) der Schaufel auf einer Saugseite der Schaufel oder in der stromabwärtigen Kante der Schaufel liegt.
Schaufel nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungskanal (17) im Querschnitt eine gewellte oder mäandernde Kontur aufweist.
Schaufel nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtquerschnitt der Sieböffnungen (38) mindestens so groß ist, wie der Gesamtquerschnitt der Kühlkanäle (25)
Schaufel nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge von der Stützstruktur (33) in die Wandstruktur (28) und/oder in die Siebstruktur (32) fließend ausgebildet sind.
Schaufel nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Versorgungskanals (17) von einem Schaufelfuß ausgehend nach radial außen vergrößert.
Schaufel nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Versorgungskanal (17) Verstrebungen (31) vorhanden sind.
Schaufel nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in den Versorgungkanal (17) ein Zyklon-Abscheider (20) für das Kühlgas integriert ist.
Schaufel nach eine der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (23) durch eine thermische Schutzschicht (46) gebildet wird.
Verfahren zum additiven Herstellen eines Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil gemäß einem der voranstehenden Ansprüche hergestellt wird.