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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil, beispielsweise ein Rotorteil, für eine Strömungsmaschine sowie einen Rotor für die Strömungsmaschine und ein Verfahren zur additiven Herstellung des Bauteils.
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Bei der Strömungsmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine. Alternativ kann es sich dabei um eine Dampfturbine handeln.
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Bei dem Bauteil handelt es sich vorzugsweise weiterhin um ein additiv oder generativ hergestelltes oder aufgebautes Bauteil. Vorzugsweise ist das Bauteil ein während des Betriebs der Strömungsmaschine rotierendes Bauteil, beispielsweise ein Teil eines Rotors oder Läufers der Strömungsmaschine, welches im Betrieb vorzugsweise mit Netzfrequenz rotiert. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Bauteil um einen Dämpfungsring oder Dämpfungskegel für einen Zuganker des Rotors der Strömungsmaschine.
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Bekannte schichtweise oder additive Herstellungsverfahren sind insbesondere das selektive Laserschmelzen (SLM: englisch für „selective laser melting“), selektive Lasersintern (SLS: englisch für „selective laser sintering“) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM: englisch für „electron beam melting“). Diese Verfahren werden insbesondere in der Herstellung dreidimensionaler Objekte durch iteratives Auf- oder Aneinanderfügen von Lagen, Schicht- oder Volumenelementen, beispielsweise aus einem Pulverbett, auf einer Bauplattform eingesetzt. Typische Schichtdicken der einzelnen Lagen liegen zwischen 20 µm und 60 µm.
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Ein selektives Laserschmelzen-Verfahren ist beispielsweise bekannt aus
EP 1 355 760 B1 .
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Rotierende Teile von Strömungsmaschinen werden im Betrieb der Strömungsmaschine zwangsläufig dynamisch belastet und/oder sind Vibrationen oder Schwingungen ausgesetzt. Um solche Belastungen in vertretbaren Grenzen zu halten werden häufig Dämpfungsringe oder Dämpfungskegel eingesetzt, welche an einem oder mehreren Positionen an einer Welle der Strömungsmaschine angeordnet sind, um eventuelle Schwingungen oder Vibrationen während der Rotation der Welle zu dämpfen oder zu kompensieren. Solche Dämpfungskegel sind normalerweise gedrehte und/oder geschmiedete Teile aus einem stahl- oder eisenbasierten Grundwerkstoff.
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Ein Rotor bzw. Läufer einer Strömungsmaschine kann aus einem Verbund von Zuganker, Dämpfungskomponenten, Turbinenscheiben und Turbinenschaufeln bestehen oder diesen Verbund umfassen, wobei alle genannten Komponenten insbesondere sowohl die Kompressor- oder Verdichtersektion als auch den Heißgasbereich der entsprechenden Turbine betreffen können.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel für eine verbesserte Dämpfung von Rotorteilen für Strömungsmaschinen anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil, vorzugsweise ein Rotorteil, für eine Strömungsmaschine, welches ausgebildet ist, im Betrieb der Strömungsmaschine, vorzugsweise auf einer normalen Netz- oder Betriebsdrehzahl, zu rotieren. Das Bauteil weist einen, zweckmäßigerweise geschlossenen, Hohlraum auf.
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In einer Ausgestaltung ist der Hohlraum zumindest teilweise mit einem granularen Dämpfungsmaterial gefüllt.
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In einer Ausgestaltung weist das Bauteil einen Grundkörper auf, welcher den Hohlraum definiert.
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In einer Ausgestaltung weist das Bauteil eine Rotationsachse auf, um welche das Bauteil vorzugsweise im Betrieb der Strömungsmaschine rotierbar ist.
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In einer Ausgestaltung ist der Hohlraum zumindest teilweise mit einem granularen, vorzugsweise pulverförmigen, Dämpfungsmaterial gefüllt. Dies bietet den Vorteil, dass das granulare Dämpfungsmaterial, vorzugsweise während des Betriebs der Strömungsmaschine, eine Dämpfung der Strömungsmaschine und/oder von Rotorteilen derselben bewirken kann. Bei dem Dämpfungsmaterial handelt es sich vorzugsweise um ein Ausgangsmaterial für die additive Herstellung des Bauteils. Der geschlossene Hohlraum dient dazu, das granulare Dämpfungsmaterial aufzunehmen und pulverdicht zu halten.
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In einer Ausgestaltung ist der Grundkörper bezüglich der Rotationsachse des Bauteils rotationssymmetrisch ausgestaltet.
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Die Rotationssymmetrie bezieht sich zweckmäßigerweise auf eine Rotation des Bauteils im Betrieb der Strömungsmaschine. Vorzugsweise fallen die Rotationsachse des Bauteils und diejenige des Rotors oder Läufers der Strömungsmaschine zusammen.
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In einer Ausgestaltung ist der Hohlraum zumindest teilweise durch eine Doppelwand des Bauteils definiert und/oder gebildet.
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Die Anordnung von granularem Dämpfungsmaterial, vorzugsweise pulverförmigem Dämpfungsmaterial, in einem Hohlraum des Bauteils bietet insbesondere für den Betrieb der Strömungsmaschine den Vorteil, dass einzelne Pulverpartikel relativ zu einem Grundmaterial oder einer Wandung des Hohlraums des Bauteils beweglich sind. Eine solche Ausgestaltung erlaubt vorzugsweise – sobald das Bauteil im Betrieb der Strömungsmaschine rotiert – automatisch eine Dämpfung, beispielsweise des Antriebsstranges oder des Rotors der Strömungsmaschine. Damit wird ein neuartiges Dämpfungskonzept für Rotorteile von Strömungsmaschinen ermöglicht.
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In einer Ausgestaltung ist das granulare Dämpfungsmaterial ausgebildet, dynamische Belastungen, beispielsweise Schwingungen oder Vibrationen, des Bauteils oder von Teilen der Strömungsmaschine im Betrieb zu dämpfen.
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In einer Ausgestaltung ist das granulare Dämpfungsmaterial ein Ausgangsmaterial für das beschriebene Bauteil. Eine Pulverfraktion oder Korngröße des granularen Dämpfungsmaterials entspricht dabei vorzugsweise derjenigen eines standardmäßigen additiven Herstellungsverfahrens, beispielsweise eines SLM-Verfahrens für die Herstellung von Turbinenteilen.
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In einer Ausgestaltung enthält das granulare Dämpfungsmaterial als Hauptbestandteil Nickel, Kobalt oder Eisen. Die genannten Materialien sind bevorzugte Ausgangsmaterialien für die additive Herstellung von Turbinenteilen.
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In einer Ausgestaltung umfasst der Hohlraum ein Inertgas. Dieses Inertgas kann insbesondere eine Reaktion des granularen Dämpfungsmaterials, beispielsweise eine Oxidation und damit mögliche Konglomeraten von Pulverpartikeln, verhindern. Eine solche Oxidation ist insbesondere angesichts der hohen Betriebstemperaturen des Bauteils wahrscheinlich. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Inertgas um ein solches, welches schon bei der additiven Herstellung des Bauteils zur Vermeidung von Oxidation und/oder Korrosion des Bauteils verwendet wurde.
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In einer Ausgestaltung erstreckt sich der Hohlraum um die Rotationsachse des Grundkörpers herum.
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In einer Ausgestaltung erstreckt sich der Hohlraum umfänglich, vorzugsweise vollumfänglich um das Bauteil bzw. seinen Grundkörper oder die genannte Rotationsachse herum. Dies ist besonders zweckmäßig für eine Dämpfung der Strömungsmaschine oder des Rotors, da Vibrationen oder Schwingungen oder dynamische Belastungen durch die symmetrische oder homogene Ausgestaltung des Hohlraums besonders wirksam gedämpft werden können.
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In einer Ausgestaltung erstreckt sich der Hohlraum lediglich teilweise um das Bauteil bzw. seinen Grundkörper oder die Rotationsachse herum. Durch diese Ausgestaltung kann prinzipiell ebenfalls noch ein guter Dämpfungseffekt für die Strömungsmaschine erzielt werden.
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In einer Ausgestaltung ist oder wird das Bauteil und/oder der Grundkörper derart ausgebildet, dass sich der Hohlraum über weniger als die Hälfte einer axialen Länge des Bauteils erstreckt.
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In einer Ausgestaltung ist oder wird das Bauteil und/oder der Grundkörper derart ausgebildet, dass sich der Hohlraum lediglich über einen Anteil von einem Sechstel bis zu einem Drittel einer axialen Länge des Bauteils erstreckt. Die genannte axiale Länge bezeichnet vorzugsweise eine Länge des Bauteils entlang der Rotationsachse.
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In einer Ausgestaltung ist oder wird das Bauteil und/oder der Grundkörper derart ausgebildet, dass sich der Hohlraum über weniger als die Hälfte einer radialen Ausdehnung des Bauteils erstreckt.
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In einer Ausgestaltung ist oder wird das Bauteil und/oder der Grundkörper derart ausgebildet, dass sich der Hohlraum maximal über einen Anteil von einem Viertel einer radialen Ausdehnung des Bauteils erstreckt.
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Durch die Ausgestaltung, in denen die Ausdehnung des Hohlraums in radialer und/oder in axialer Richtung wie beschrieben eingeschränkt sind und sich der Hohlraum lediglich über einen Teil, beispielsweise von weniger als der Hälfte der axialen Länge und weniger als die Hälfte einer radialen Ausdehnung des Bauteils, erstreckt, kann insbesondere zweckmäßig oder notwendig sein, um die Stabilität des Bauteils im Betrieb der Strömungsmaschine sicherzustellen. Dies ist wichtig, da insbesondere Dämpfungsringe von Strömungsmaschinen während des Betriebs besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Jedoch sind ebenfalls Turbinenscheiben sowie Turbinenschaufeln durch den Betrieb der Strömungsmaschine wirkenden Zentrifugalkräfte hoch belastet.
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In einer Ausgestaltung ist der Hohlraum zumindest teilweise mit einem flüssigen Dämpfungsmaterial gefüllt. Der flüssige Zustand des Dämpfungsmaterials kann sich auf standardmäßige Druck- und Temperaturbedingungen beziehen oder auf Druck- und Temperaturverhältnisse, welche insbesondere am Rotor einer Strömungsmaschine im Betrieb herrschen.
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In einer Ausgestaltung ist das flüssige Dämpfungsmaterial ein Ausgangsmaterial für die additive Herstellung eines Bauteils.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung des Bauteils aus dem beschriebenen Dämpfungsmaterial, insbesondere dem genannten Ausgangsmaterial. Dementsprechend ist das genannte Verfahren vorzugsweise ein pulverbett-basiertes additives Herstellungsverfahren. Während der additiven Herstellung des Bauteils wird das Bauteil vorzugsweise mit dem Hohlraum versehen und/oder aufgebaut, wobei das Dämpfungsmaterial gewählt und der Hohlraum angeordnet und ausgebildet werden, im Betrieb des Bauteils oder der Strömungsmaschine auftretende dynamische Belastungen zu dämpfen.
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In einer Ausgestaltung ist das granulare Dämpfungsmaterial durch ein flüssiges Dämpfungsmaterial, insbesondere ein flüssiges Ausgangsmaterial für das Bauteil ersetzt.
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In einer Ausgestaltung ist das Bauteil gemäß dem beschriebenen Verfahren mittels selektivem Laserschmelzen hergestellt oder herstellbar.
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Durch die beschriebenen Ausgestaltungen, welche im Zusammenhang mit der additiven Herstellung stehen, können vorteilhafterweise die Vorteile additiver Herstellungstechnologie für das beschriebene Bauteil und/oder die Strömungsmaschine ausgenutzt werden. Mittels additiver Verfahren, wie beispielsweise selektivem Laserschmelzen, ist es besonders einfach oder ausschließlich möglich, Bauteile der beschriebenen Art mit einem Hohlraum und in dem Hohlraum angeordneten granularen oder pulverförmigen Partikeln vorzusehen. Dies geschieht im Rahmen der additiven Herstellung schichtweise, wobei vorzugsweise pro Schicht lediglich die den Hohlraum umgebende oder definierende Wand mittels eines Laser- oder Elektronenstrahls aufgeschmolzen und verfestigt wird.
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Die Vorteile der additiven Herstellungstechnologie betreffen weiterhin die Energieeffizienz, die Reproduzierbarkeit und Fertigungsgenauigkeit der zu fertigenden Bauteile. Insbesondere die Herstellung eines Bauteils mit einem gefüllten Pulverraum ist mittels konventioneller subtraktiver Verfahren oder Guss- bzw. Schmiedeverfahren nicht oder nur sehr schwer möglich. Weiterhin können eine Vielzahl verschiedener Materialien für die additive Herstellung verwendet werden.
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In einer Ausgestaltung umfasst das Bauteil eine Mehrzahl von Hohlräumen, welche jeweils zumindest teilweise mit dem granularen und/oder dem flüssigen Dämpfungsmaterial gefüllt sind.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften des Hohlraums und oder des Dämpfungsmaterials können entsprechend ebenso die Mehrzahl der Hohlräume und die erfindungsgemäß darin angeordneten Dämpfungsmaterialien betreffen.
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In einer Ausgestaltung ist das Bauteil ein Rotorteil bzw. ein Läuferteil der Strömungsmaschine, beispielsweise einer Turbine.
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In einer Ausgestaltung ist das Bauteil ein Rotorteil beziehungsweise ein Läuferteil einer Gasturbine.
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In einer Ausgestaltung ist das Bauteil ein anderes rotierbares Teil einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine.
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In einer Ausgestaltung ist das Bauteil ein Dämpfungsring und/oder ein Dämpfungskegel, eine Turbinenscheibe oder eine Turbinenschaufel für die Strömungsmaschine oder einen Rotor derselben.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Rotor für die Strömungsmaschine umfassend das beschriebene Bauteil.
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Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Bauteil und/oder den Rotor beziehen, können ferner das beschriebene Verfahren betreffen, und umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Seiten- oder Schnittansicht eines Rotors für eine Strömungsmaschine.
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2 zeigt einen vergrößerten Abschnitt eines Bauteils aus 1.
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3 zeigt eine schematische, vereinfachte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Bauteils.
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4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Bauteils gemäß einer weiteren Ausgestaltung.
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5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines er findungsgemäßen Bauteils einer weiteren Ausgestaltung.
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Bauteils einer weiteren Ausgestaltung.
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1 zeigt schematisch eine Schnitt- oder Seitenansicht eines Rotors 100 für eine Strömungsmaschine (nicht explizit gekennzeichnet), vorzugsweise eine Gasturbine. Alternativ kann es sich bei der Strömungsmaschine um eine Dampfturbine handeln. Der Rotor 100 weist eine Welle 1 für die Strömungsmaschine auf. Im Betrieb der Strömungsmaschine rotiert die Welle 1 bestimmungsgemäß um eine Rotationsachse A.
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Die Welle 1 weist – beispielhaft eingezeichnet – drei Bauteile 10 auf, welche axial versetzt an oder auf der Welle 1 angeordnet und/oder mit der Welle 1 verbunden sind.
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Ein Bauteil 10 wird im Folgenden anhand der 2 bis 4 beschrieben, wobei die 3 und 4 erfindungsgemäße Ausgestaltungen des Bauteils 10 betreffen.
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Das Bauteil 10 ist vorzugsweise ein Rotorteil einer Gasturbine, besonders bevorzugt ein Dämpfungsring oder ein Dämpfungskegel zur Dämpfung von dynamischen Lasten oder Belastungen eines Zugankers für die Strömungsmaschine oder der Welle 1.
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An einem oder mehreren der in 1 beschriebenen Bauteile 10 kann der Rotor 100 und/oder die Welle 1 gelagert sein, vorzugsweise derart, dass Schwingungen oder Vibrationen des Rotors 100 während des Betriebs der Strömungsmaschine gedämpft werden.
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Der Rotor 100 weist weiterhin eine Mehrzahl von Turbinenstufen auf, wobei jede Turbinenstufe vorzugsweise eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln 2 aufweist. Die Turbinenschaufeln 2 sind vorzugsweise über Turbinenscheiben (vgl. 5) mit der Welle 1 verbunden. Bei den Turbinenschaufel 2 kann es sich weiterhin sowohl um Laufschaufeln als auch um Kompressorschaufeln für die Gasturbine handeln. 1 zeigt die Turbinenschaufeln 2 beispielhaft als Laufschaufeln.
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Das erfindungsgemäße Bauteil 10 kann ebenfalls eine Turbinenschaufel sein.
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Ein Gas- oder Strömungspfad im Betrieb der Strömungsmaschine kann beispielsweise in 1 von links nach rechts verlaufen.
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2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines beispielsweise strömungsabwärts angeordneten Dämpfungsbauteils 10. In der Ansicht ist lediglich ein radial äußerer Bereich des Bauteils 10 dargestellt, wodurch jedoch eine kegelförmige Ausgestaltung erkennbar ist. An dem linken axialen, also beispielsweise strömungsaufwärts angeordneten, Ende weist das Bauteil 10 einen kleineren Durchmesser oder eine kleinere radiale Abmessung auf als an dem rechten, beispielsweise strömungsabwärts angeordneten, Ende des Bauteils 10. Eine Erweiterung des Durchmessers, bzw. der radialen Abmessung ist mittels äußerer Stufen 11 ausgeführt. Zweckmäßigerweise erlaubt gerade die spezielle Ausgestaltung des Bauteils 10 eine Dämpfung der Welle 1 im Betrieb der Strömungsmaschine. Bei dem in 2 dargestellten Bauteil 10 kann es sich beispielsweise um einen Dämpfungskegel des Standes der Technik handeln.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße schematische, insbesondere vereinfachte, Ausgestaltung des Bauteils 10. Die Kontur des Bauteils 10 entspricht vorzugsweise derjenigen des bekannten Bauteils 10, welches in 2 dargestellt ist. Im Unterschied zur 2 ist in 3 der Einfachheit halber lediglich ein oberer Teil (halber Querschnitt) des Bauteils 10 dargestellt. Mit anderen Worten muss man sich also in 3 den abgebildeten Teil noch an der Rotationsachse A gespiegelt vorstellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Bauteil 10 einen Grundkörper 15, welcher vorzugsweise rotationssymmetrisch oder nahezu rotationssymmetrisch, beispielsweise um die Rotationsachse A, herum, ausgestaltet ist.
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Das Bauteil 10 weist weiterhin eine innere Stufe 12 auf, welche in 2 nicht dargestellt ist. Die innere Stufe 12 des Bauteils 10 ist an dem strömungsabwärts angeordneten Ende des Bauteils 10 angeordnet oder diesem zugewandt.
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Im Unterschied zu dem Bauteil aus 2 ist weiterhin zu erkennen, dass das erfindungsgemäße Bauteil 10 einen Hohlraum 14 aufweist. Der Hohlraum 14 ist durch den Grundkörper 15 des Bauteils 10 geschlossen und vorzugsweise begrenzt bzw. definiert. Der Hohlraum 14 ist weiterhin zumindest teilweise mit einem Ausgangsmaterial 13, vorzugsweise einem pulverförmigen, granularen Dämpfungsmaterial, gefüllt. Anders als in der 3 dargestellt kann der Hohlraum 14 nur teilweise, beispielsweise nur zur Hälfte oder zu drei Vierteln gefüllt sein.
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Andererseits kann es zweckmäßig sein, den Hohlraum 14 vollständig mit Dämpfungsmaterial 13 zu füllen, da sich im Betrieb der Strömungsmaschine gemäß dieser Ausgestaltung dennoch, d.h. beispielsweise durch kleine Zwischenräume zwischen den Pulverpartikeln des Dämpfungsmaterials 13, eine Dämpfungswirkung einstellen kann.
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Weiterhin kann der Hohlraum 14 – beispielsweise im Vergleich zu einer Dicke oder Wandung des Grundkörpers 15 des Bauteils – in 3 übertrieben dargestellt sein. Aus Gründen der Stabilität oder einer mechanischen Belastbarkeit des Bauteils 10 kann es zweckmäßig sein, den Hohlraum 14 im Vergleich zum Volumen des ganzen Bauteils klein zu dimensionieren. Ein großes Volumen des Hohlraumes 14 bewirkt jedoch – im Betrieb der Strömungsmaschine – eine besonders wirksame Dämpfung. Diesbezüglich ist für die Dimensionierung des Hohlraums 14 ein Kompromiss zu finden.
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Das Bauteil 10 und/oder der Grundkörper 15 können weiterhin derart ausgebildet sein, dass sich der Hohlraum 14 über weniger als die Hälfte einer axialen Länge X des Bauteils 10, beispielsweise nur über ein Sechstel bis zu einem Drittel der axialen Länge X, erstreckt.
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Das Bauteil 10 und/oder der Grundkörper 15 können weiterhin derart ausgebildet sein, dass sich der Hohlraum 14 über weniger als die Hälfte einer radialen Ausdehnung Y (vergleiche 4) des Bauteils 10, beispielsweise nur über maximal ein Viertel der radialen Ausdehnung Y, erstreckt.
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Der mit dem Dämpfungsmaterial 13 gefüllte Hohlraum 14 dient vorzugsweise im Betrieb der Strömungsmaschine einer erfindungsgemäßen besonders verbesserten mechanischen Dämpfung des Rotors 100, insbesondere einer Dämpfung von dynamischen Belastungen, wie Vibrationen und oder Schwingungen.
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Alternativ zu der obigen Beschreibung kann sich der Hohlraum 14 lediglich teilweise um das Bauteil 10 und innerhalb des Grundkörpers 15 erstrecken, da durch diese Ausgestaltung ebenfalls noch ein guter Dämpfungseffekt für die Strömungsmaschine erzielt werden kann.
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Das Bauteil 10 ist erfindungsgemäß vorzugsweise durch ein additives Herstellungsverfahren, wie beispielsweise selektives Laserschmelzen, hergestellt oder herstellbar.
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Für jede aufgetragene Schicht dieses generativen Verfahrens wird dabei das Ausgangsmaterial, d.h. das Dämpfungsmaterial 13, zweckmäßigerweise nur an den Bereichen – beispielsweise mit einem Laserstrahl – verfestigt, an denen das Bauteil 10 auch den festen Grundkörper 15 aufweisen soll. Die Bereiche des Hohlraums 14 und/oder des, vorzugsweise pulverförmigen, Dämpfungsmaterials 13 werden dabei nicht verfestigt. Entsprechend dem Herstellungsverfahren, ist das Dämpfungsmaterial 13 vorzugsweise ein pulverförmiges Ausgangsmaterial für das Bauteil, aus welchem das Bauteil aufzubauen ist.
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Derartige Strukturen, d.h. mit granularem oder flüssigem Dämpfungsmaterial gefüllte Hohlräume, sind besonders einfach mittels additiver Fertigungsverfahren herstellbar. Auch erlaubt die additive Fertigungstechnologie den Einsatz verschiedener Ausgangs- oder Basismaterialien. Für die Herstellung von Turbinenteilen – insbesondere mittels pulverbettbasierter Verfahren – sind jedoch nickel-, kobalt- oder eisenbasierte Materialien besonders vorteilhaft. Deshalb kommen vorliegend auch die genannten Materialien für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils 10 sowohl für das Grundmaterial 15 als auch für das Dämpfungsmaterial 13 vorzugsweise zur Anwendung.
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In der additiven Herstellung werden zumindest als Teil einer Prozessatmosphäre Stickstoff oder Edelgase eingesetzt. Demgemäß kann der Hohlraum 14 ein solches Inertgas aufweisen, welches ebenfalls zur Verhinderung einer Oxidation oder Korrosion des granularen Dämpfungsmaterials dienen kann. Der Hohlraum 14 – insbesondere derjenige Raum des Hohlraums 14, welcher nicht bereits vom Pulver eingenommen wird – kann weiterhin evakuiert oder teilevakuiert sein oder während der Herstellung oder des Aufbaus entsprechend ausgestaltet werden.
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4 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bauteils 10. Im Unterschied zu 3 ist die Querschnittsdarstellung vollständig dargestellt. Weiterhin umfasst das Bauteil im Unterschied zu demjenigen aus 3 eine Vielzahl von Hohlräumen 14. Die Hohlräume 14 sind erfindungsgemäß ebenfalls zumindest teilweise mit dem, vorzugsweise pulverförmigen, Dämpfungsmaterial 13 gefüllt.
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Die Darstellung aus 4 betrifft vorzugsweise eine Ausgestaltung umfassend zwei axial versetzt angeordnete rotationssymmetrische Hohlräume. Der radial innerhalb der genannten äußeren Stufen 11 angeordnete Hohlraum ist größer als der andere (weiter links oder strömungsaufwärts angeordnete) Hohlraum.
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5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Bauteils 10 gemäß einer weiteren Ausgestaltung. Insbesondere ist das Bauteil eine Turbinenscheibe oder ein Turbinenring, welcher rotationssymmetrisch um die Rotationsachse A ausgestaltet ist. Der Zweck einer solchen Turbinenscheibe ist das Halten oder Fixieren von Turbinenschaufeln im Betrieb der Turbine. Das Bauteil 10 zur Aufnahme der Turbinenschaufel (vergleiche 6) Ausnehmungen 16 auf. Konzentrisch zu einer zentralen Ausnehmung (nicht explizit gekennzeichnet) weist das Bauteil 10 gemäß dieser Ausgestaltung den erfindungsgemäßen Hohlraum 14 auf, welcher zumindest teilweise mit dem Dämpfungsmaterial 13 gefüllt ist. Anders als in 5 dargestellt kann sich der Hohlraum 14 nur über einen Teil des Umfangs des Bauteils 10 erstrecken.
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Bauteils 10 gemäß einer weiteren Ausgestaltung. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das Bauteil 10 eine Turbinenschaufel umfassend einen Schaufelfuß 17 und ein Schaufelblatt 18. Im Bereich des Schaufelfußes 17 weist das Bauteil 10 den erfindungsgemäßen Hohlraum 14 auf, welcher zumindest teilweise mit dem Dämpfungsmaterial 13 gefüllt ist.
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Abweichend von den vorliegend gezeigten Darstellungen kann das Bauteil 10 jede für eine Schwingungsdämpfung zweckmäßige Anordnung und Formgestaltung von Hohlräumen umfassen. Beispielsweise können zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere Hohlräume in dem Teil des Bauteils 10 angeordnet sein, welcher gemäß den Figuren die radiale Ausdehnung Y definiert (rechtes Ende in den Figuren).
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Insbesondere wird das Bauteil 10 gemäß dem additiven Herstellungsverfahren vorzugsweise derart aufgebaut, dass sich eine besonders zweckmäßige Dämpfung während des Betriebs der Strömungsmaschine ergibt.
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Ein additives Herstellungsverfahren, welches ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wird insbesondere derart durchgeführt, dass sich eine für die Dämpfung des Rotors 100 zweckmäßige Pulver- oder Materialmenge in dem Hohlraum befindet. Dazu kann es nötig sein, dass eine Beschichtungseinrichtung das Dämpfungsmaterial 13 derart auf dem Grundmaterial 15 aufbringt oder verteilt, dass im fertigen Aufbau genau die richtige Pulvermenge vorhanden ist. Zunächst wird für den additiven Aufbau des Bauteils 10 vorzugsweise die Geometrie des Grundkörpers 15 bzw. die Geometrie des entsprechenden Hohlraums 14 und anschließend die Menge des, insbesondere pulverförmigen, Dämpfungsmaterials 13, welches als Dämpfungsmittel in dem Hohlraum angeordnet werden soll, bestimmt.
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Statt des granularen Dämpfungsmaterials kann ein flüssiges Dämpfungsmaterial 13 verwendet werden, wobei jedoch das granulare Dämpfungsmaterial im Rahmen der beschriebenen Erfindung besonders bevorzugt ist.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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