DE102017221665A1

DE102017221665A1 - Verfahren zur herstellung von faserverstärkten bauteilen von strömungsmaschinen und entsprechend hergestelltes bauteil

Info

Publication number: DE102017221665A1
Application number: DE102017221665.4A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Sikorski; Michael Schober; Siegfried Schmid; Axel Matschas
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2019-06-06
Also published as: WO2019105496A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil einer Strömungsmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, wobei das Bauteil aus einem faserverstärkten Werkstoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff oder einer faserverstärkten Keramik gebildet wird, mit folgenden Schritten:
Bereitstellung von Fasern,
Flechten der Fasern zu einem Schlauchgeflecht (6), wobei die Fasern (9,10,11) in mehreren Richtungen bezüglich einer Schlauchlängsachse angeordnet sind,
Einlegen des mindestens einen Schlauchgeflechts (6) in eine Gießform,
Füllen der Gießform mit einem Matrixmaterial im fließfähigen Zustand und
Erstarren des Matrixmaterials zu einem Bauteil mit dem eingelagerten Schlauchgeflecht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere einer stationären Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, sowie ein entsprechendes Bauteil, welches aus einem faserverstärkten Werkstoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff oder einer faserverstärkten Keramik gebildet ist.
STAND DER TECHNIK
Strömungsmaschinen sind als stationäre Gasturbinen zur Energieerzeugung oder als Antriebe in Form von Flugtriebwerken für Flugzeuge oder Helikopter seit langem bekannt. Allerdings besteht bei diesen Strömungsmaschinen nach wie vor der Bedarf die Leistungsfähigkeit bzw. Effizienz zu erhöhen. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Materialauswahl oder ausgehend von verbesserten Werkstoffen auch durch damit mögliche Konstruktionsverbesserungen erfolgen.
Entsprechend ist es aufgrund eines günstigen Eigenschaftsprofils mit insbesondere niedrigem spezifischen Gewicht auch von Interesse, bestimmte Bauteile von Strömungsmaschinen aus faserverstärkten Werkstoffen, insbesondere Kunststoffen herzustellen. Beispielsweise könnten Innenringe im Bereich des Verdichters durch faserverstärkte Kunststoffe bzw. Faserverbundwerkstoffe hergestellt werden. Allerdings bestehen für derartige Bauteile, wie Innenringe von Flugtriebwerken, die aus faserverstärkten Werkstoffen hergestellt werden sollen, hohe Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Anordnung der Fasern, die Reproduzierbarkeit der Anordnung der Fasern sowie der Vermeidung von fertigungsbedingten Fehlstellen, wie Lunkern und Falten. Außerdem müssen die entsprechenden Bauteile natürlich die erforderlichen Festigkeitswerte erreichen und dürfen bei der Aushärtung des Matrixwerkstoffs, in den die Fasern eingebettet sind, keinen unzulässigen Verzug aufweisen.
Bei den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Werkstoffen ist jedoch der Aufwand bei der Herstellung erheblich, um die geforderten Anforderungen zu erfüllen. Insbesondere kann es bei den bekannten Fertigungsmethoden zur Ausbildung von erheblichen Fehlstellen kommen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere einer stationären Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, aus einem faserverstärkten Werkstoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff oder einer faserverstärkten Keramik anzugeben, welches in möglichst einfacher Weise die zuverlässige Herstellung eines derartigen Bauteils ohne Fehlstellen ermöglicht. Darüber hinaus soll ein entsprechend hergestelltes Bauteil bzw. ein Bauteil einer Strömungsmaschine aus einem faserverstärkten Werkstoff angegeben werden, welches ein günstiges Eigenschaftsprofil insbesondere hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften sowie eine hohe Maßhaltigkeit aufweist.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt zur Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff für eine Strömungsmaschine vor, die zur Verstärkung des Bauteils vorgesehenen Fasern in Form mindestens eines Schlauchgeflechts bereitzustellen, sodass die Fasern in Form des oder der Schlauchgeflechte in einer Form, insbesondere einer Gießform von einem fließfähigen Matrixwerkstoff umgeben werden, sodass nach dem Erstarren bzw. Aushärten des Matrixwerkstoffs die Fasern in Form des Schlauchgeflecht in einer Matrix eingelagert sind.
Insbesondere kann für einen faserverstärkten Kunststoff das sogenannte Harzinjektionsverfahren angewendet werden, bei welchen in eine Gießform mit einer dem herzustellenden Bauteil entsprechenden Kavität fließfähiger Kunststoff eingespritzt wird.
Hierzu werden zunächst Fasern zur Bildung des mindestens einen Schlauchgeflechts bereitgestellt, wobei die Fasern so zu dem Schlauchgeflecht geflochten werden, dass die Fasern in mehreren Richtungen bezüglich einer Schlauchlängsachse angeordnet sind. Unter Schlauchlängsachse wird eine durch den von dem Schlauch gebildeten Kanal verlaufende Achse angesehen, also bei einem zylinderförmigen Schlauch die Zylinderachse, die radial von dem Schlauch umgeben ist.
Durch ein oder mehrere Schlauchgeflechte mit Fasern, die in mehreren Richtungen bezüglich der Schlauchlängsachse oder einer Umfangsrichtung des Schlauchgeflechts in dem Schlauchgeflecht aufgenommen sind, kann eine besonders vorteilhafte und reproduzierbare Anordnung von Fasern in dem Bauteil erzielt werden, wobei durch die Variation der Orientierung der Fasern sowie der Anzahl und der Dichte der Anordnung der Fasern das Eigenschaftsprofil des Schlauchgeflecht und eines entsprechend mit dem Schlauchgeflecht verstärkten Bauteils eingestellt werden kann.
Das Schlauchgeflecht kann insbesondere so geflochten werden, dass die Fasern im Wesentlichen mindestens drei verschiedene Orientierungen zu der Schlauchlängsachse bzw. der Umfangsrichtung des Schlauchs aufweisen. Hierbei wird unter einer Orientierung im Wesentlichen verstanden, dass ein Großteil der entsprechend orientierten Fasern, beispielsweise mehr als 70 % oder mehr als 90 % der betreffenden Fasern, entlang der betreffenden Richtung orientiert sind. Bei langen Fasern kann sich die Orientierung der Faser entlang der Länge verändern, sodass die Faser unterschiedlichen Orientierungen zugehörig sein kann. Die wesentliche Orientierung der Fasern in bestimmten Richtungen ermöglicht die Einstellung eines bestimmten Eigenschaftsprofils sowie die Reproduzierbarkeit des Eigenschaftsprofils bei der Serienfertigung, wobei jedoch ein gewisser Anteil an nicht definiert orientierten Fasern zulässig oder sogar gewünscht sein kann. Insbesondere können zwei unterschiedliche Richtungen, entlang derer Fasern in einem Bauteil orientiert sind, symmetrisch zueinander ausgerichtet sein, beispielsweise bezüglich der Schlauchlängsachse, sodass die Drehausrichtung des Schlauchgeflechts um die Schlauchlängsachse bei der Anordnung des Schlauchgeflechts im Bauteil unerheblich ist.
Das Schlauchgeflecht kann Fasern aufweisen, die parallel zur Schlauchlängsachse angeordnet sind und / oder die in einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere von 40° bis 50° und vorzugsweise von ca. 45° zur Schlauchumfangsrichtung oder einer parallelen Richtung zu Schlauchlängsachse angeordnet sind. Die Richtung, auf die die winkelige Anordnung der Fasern bezüglich der Schlauchlängsachse oder dem Schlauchumfang bezogen ist, kann jeweils die positive oder negative Richtung betreffen, also die Richtung zum einen Ende der entsprechenden Achse oder die entgegengesetzte Richtung.
Die Fasern, die parallel zur Schlauchlängsachse in das Schlauchgeflecht eingeflochten werden, werden als Stehfäden bezeichnet. Diese oder einige der Stehfäden können am Ende der Herstellung des Schlauchgeflechts wieder aus dem Schlauchgeflecht entfernt werden. Die oder einige der Stehfäden können zur Stabilisierung des Schlauchgeflechts während der Herstellung dienen und / oder das Flechten eines, insbesondere definierten, Schlauchgeflechts, beispielsweise mit bestimmten Faserwinkeln und / oder Faserorientierungen, erleichtern.
Insbesondere kann in bevorzugten Ausführungsformen über die Anzahl der verbleibenden Stehfäden und/oder die Anordnung der verbleibenden Stehfäden (bspw. nur jeder zweite, dritte, ... Stehfaden wird entfernt) die Eigenspannung, die Steifigkeit und / oder die Festigkeit des herzustellenden Bauteils auf bestimmte gewünschte Werte eingestellt werden.
Neben den Stehfäden können auch andere Fasern nach dem Flechten bzw. am Ende des Flechtvorgangs wieder aus dem Schlauchgeflecht entfernt werden, um dem Schlauchgeflecht beispielsweise hinsichtlich der Festigkeit in bestimmten Richtungen bestimmte Eigenschaften zu verleihen (Einstellung einer definierten Anisotropie).Das Schlauchgeflecht kann verschiedene Arten von Fasern aufweisen, insbesondere verschiedene Arten von Fasern hinsichtlich des Fasermaterials. Es können aber auch unterschiedlich geformte Fasern, beispielsweise unterschiedlich dicke Fasern oder Fasern mit verschiedenen Querschnittsformen eingesetzt werden .Auch dadurch ist es möglich die Eigenschaften des Schlauchgeflechts in verschiedenen Bereichen oder in verschiedenen Richtungen unterschiedlich zu gestalten, um so eine Anisotropie des Eigenschaftsprofils einstellen zu können.
Innerhalb des Schlauchgeflechts können verteilt über den Umfang und / oder die Länge des Schlauchgeflechts unterschiedliche Arten von Fasern und / oder eine unterschiedliche Anzahl von Fasern und / oder Fasern in unterschiedlicher Orientierung und / oder Fasern mit unterschiedlicher Anordnungsdichte im Schlauchgeflecht angeordnet werden, sodass auch dadurch örtlich variabel bestimmte Eigenschaften bzw. eine Eigenschaftsanisotropie eingestellt werden können.
Das Schlauchgeflecht kann auch nach dem Flechten weiter verarbeitet bzw. bearbeitet werden, beispielsweise durch Schneiden oder dergleichen. Beispielsweise kann durch das Ausschneiden von bestimmten Bereichen oder das Zuschneiden der Enden des Schlauchgeflechts erreicht werden, dass das Schlauchgeflecht passend in dem Bauteil aufgenommen wird oder in dem Bauteil in einer bestimmten Form angeordnet werden kann, beispielsweise in einer abgewinkelten Form oder dergleichen. Auch dadurch lassen sich örtlich unterschiedliche Eigenschaften bzw. eine Anisotropie erzielen. Insbesondere können die Schlauchgeflechte auch in Ihrer Querschnittsform und / oder entlang der Längsachse beliebige Formen und insbesondere komplexe Formen aufweisen, sodass sie an die Anforderungen des jeweiligen Bauteils angepasst sind.
Mehrere Schlauchgeflechte können auch in einem anderen Schlauchgeflecht aufgenommen werden, sodass eines der Schlauchgeflechte als Hüllenschlauchgeflecht dient, in welchem wiederum Schlauchgeflechte aufgenommen sind. Auch dies ermöglicht durch die bestimmte Kombination der Schlauchgeflechte die Einstellung eines bestimmten Eigenschaftsprofils, insbesondere hinsichtlich der Festigkeit. Außerdem lassen sich auf diese Weise die Schlauchgeflechte auch in einfacher und definierter Weise in einer Gießform zum Eingießen einer Werkstoffmatrix anordnen.
Die Fasern des Schlauchgeflechts bzw. des faserverstärkten Bauteils können aus Karbonfasern und / oder aus Glasfasern und / oder Aramid - Fasern gebildet sein.
Die Matrix, also das Material, in die die Fasern eingebettet sind, kann aus einem keramischen Werkstoff oder einem Kunststoff sein, wobei unter einem Kunststoff ein Werkstoff zu verstehen ist, der aus Makromolekülen aufgebaut ist, wobei die Makromoleküle im Wesentlichen durch Polymere gebildet sind, die aus Naturstoffen gewonnen werden können oder rein synthetisch hergestellt werden.
Der Kunststoff kann vorzugsweise aus einem Cyanesterharz gebildet sein, welches ein hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, sodass es insbesondere als Polymermatrix für einen Innenring eines Verdichters einer Strömungsmaschine dienen kann. Der Innenring kann dabei segmentiert sein, beispielsweise in zwei Halbringe segmentiert sein oder in 3, 4, 5, 6 oder mehr Ringsegmente segmentiert sein, oder kann unsegmentiert sein. Solche Ausführungsformen können sowohl für Verdichter als auch für Turbinen eingesetzt werden.
Neben den Schlauchgeflechten können weitere Fasern in dem faserverstärkten Bauteil aufgenommen sein, wie beispielsweise beliebig orientierte Kurzfasern oder dergleichen.
Ein entsprechendes Bauteil kann einen Faseranteil von 30 bis 70 Volumenprozent, insbesondere 40 bis 60 Volumenprozent aufweisen, um eine ausreichende Verstärkung des Matrixwerkstoffs durch die Fasern zu gewährleisten.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in

1 einen teilweisen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Innenring einer Strömungsmaschine mit einer daran angeordneten Leitschaufel,
2 eine vergrößerte Darstellung eines teilweisen Querschnitts des Innenrings aus 1,
3 eine Darstellung des Flechtvorgangs für ein erfindungsgemäßes Schlauchgeflecht,
4 eine Darstellung der Anordnung von Fasern in einem erfindungsgemäßen Schlauchgeflecht und in
5 eine Darstellung einer Gießform zur Herstellung des erfindungsgemäßen Innenrings aus 1.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die 1 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch einen Innenring 1 eines Flugtriebwerks mit einer daran angeordneten Leitschaufel 2, die in einer radial nach außen gerichteten Ausnehmung 4 des Innenrings 1 angeordnet ist. Durch die Ausnehmung 4 für die Aufnahme des Leitschaufelfußes 3 weist der Querschnitt 5 des Innenrings 1 eine C - Form auf, wobei die Öffnung der C - Form radial nach außen gerichtet ist.
Die 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Querschnitts 5 des Innenrings 1, in der die Anordnung der Fasern in dem Innenring 1 zu sehen ist, der aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Wie sich aus der 2 ergibt, sind die Fasern innerhalb des Innenrings 1 in der Matrix aus einem Cyanesterharz in Form mehrerer Schlauchgeflechte 6,7,8 aus Karbonfasern, die zusätzlich Glasfasern und Aramid - Fasern enthalten können, angeordnet.
Die 2 zeigt, dass unterschiedliche Schlauchgeflechte 6,7,8 in der Kunststoffmatrix des faserverstärkten Kunststoffs des Innenrings 1 angeordnet sein können. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind es beispielsweise drei verschiedene Arten von Schlauchgeflechten, wobei sich die Schlauchgeflechte 6 und 8 beispielsweise im Durchmesser des zylindrischen Schlauchgeflechts unterscheiden. Schlauchgeflecht 7 weist ebenfalls eine andere Größe hinsichtlich des Durchmessers auf als die Schlauchgeflechte 6 und 8, wobei jedoch zusätzlich die Querschnittsform des Schlauchgeflechts 7 verändert ist.
Das Schlauchgeflecht 7 dient weiterhin als ein sogenanntes Hüllenschlauchgeflecht, in welchem mehrere Schlauchgeflechte 6,8 aufgenommen sind, um die Anordnung der Schlauchgeflechte bei der Herstellung zu vereinfachen und durch die kombinierte Anordnung der Schlauchgeflechte 6,7,8 ein bestimmtes Eigenschaftsprofil zu erzeugen. Da die Schlauchgeflechte 6,7,8 bei der Herstellung, wie nachfolgend noch beschrieben werden wird, von dem fließfähigen Kunststoff durchdrungen werden können, kann das Innere der Schlauchgeflechte 6,7,8 vollständig mit dem entsprechenden Kunststoff der Matrix gefüllt werden.
Neben den in 2 zur Vereinfachung der Darstellung gezeigten einfachen Querschnittsformen der Schlauchgeflechte können auch entsprechend komplexe Formen der Schlauchgeflechte verwendet werden, die sich beispielsweise an der Querschnittsform des herzustellenden Bauteils orientieren und bei dem gezeigten Beispiel z.B. selbst eine U - Form aufweisen können, sodass mehrere U - förmige Schlauchgeflechte übereinander und / oder ineinander angeordnet sein können. Darüber hinaus können die Schlauchgeflechte auch entlang ihrer Längsachse entsprechend beliebig und insbesondere angepasst an die Form des Bauteils geformt sein.
Die 3 zeigt einen Flechtvorgang, bei dem mehrere Faserbündel 9,10,11 vorzugsweise mit einer Flecht - oder Wickelmaschine automatisiert zu einem Schlauchgeflecht 6 auf einem zylindrischen Dorn 12 geflochten werden. Die Faserbündel 9,10,11, die jeweils ein oder mehrere Fasern umfassen können, weisen sogenannte Stehfäden 11 auf, die parallel zur Längsrichtung des Schlauchgeflechts 6 in das Schlauchgeflecht 6 eingeflochten werden. Darüber hinaus werden Faserbündel 9 und 10 schräg zu den Stehfäden 11 und unter einem Winkel α zur Längsrichtung des Schlauchgeflechts 6 in das Schlauchgeflecht 6 eingeflochten.
Die Faserbündel 9 und 10 werden symmetrisch bezüglich der Längsrichtung bzw. den Stehfäden 11 in unterschiedlicher Richtung schräg zu den Stehfäden 11 bzw. zur Längsrichtung in das Schlauchgeflecht 6 eingeflochten.
Die 4 verdeutlicht noch einmal die Anordnung des Faserbündels 10 im Schlauchgeflecht 6 bezüglich der Längsrichtung 13 des Schlauchgeflechts 6, die entlang der Längsachse in zwei entgegengesetzte Richtungen verlaufen kann, wie durch die Pfeile an der Längsachse 13 verdeutlicht ist. Die 4 zeigt weiterhin die Orientierung des Faserbündels 10 bezüglich der Umfangsrichtung 14 des Schlauchgeflechts 6, die radial um die zylindrische Form des Schlauchgeflechts 6 verläuft. Die Tangente 15 an das Faserbündel 10 verdeutlicht bezüglich der Längsrichtung 13 oder einer Parallele hierzu und der Tangente 16 an die Umfangsrichtung 14, dass das Faserbündel 10 mit einem Winkel α bezüglich einer Richtung parallel zur Längsrichtung 13 und mit einem Winkel β zu der Tangente 16 der Umfangsrichtung 14 in dem Schlauchgeflecht 6 verläuft. Durch die Variation der entsprechenden Winkel α bzw. β kann die Richtungsabhängigkeit (Anisotropie) der Materialeigenschaft und insbesondere der Festigkeitseigenschaften des Schlauchgeflechts 6 und somit des damit verstärkten Bauteils beeinflusst werden.
Darüber hinaus ist es möglich durch eine Variation der Anzahl der Fasern bzw. der Faserbündel sowie der Dichte der Anordnung der Fasern oder der Faserbündel die Materialeigenschaften des Schlauchgeflechts 6 sowie eines damit verstärkten faserverstärkten Bauteils entsprechend zu beeinflussen.
Ferner können die Eigenschaften des Schlauchgeflechts 6 in Form eines zylinderförmigen Schlauches durch entsprechendes Zuschneiden des Schlauchs verändert werden. Beispielsweise kann das Schlauchgeflecht 6 an seinen Enden so geschnitten werden, sodass das oder die Enden schräg zur Längsachse 13 des Schlauchs verlaufen. Darüber hinaus können Einschnitte in das Schlauchgeflecht 6 vorgenommen werden, um beispielsweise Knickpunkte oder dergleichen zu schaffen. Auch weitere Formänderungen sind denkbar, um die gewünschten Materialeigenschaften eines mit dem Schlauchgeflecht verstärkten Kunststoffs bzw. Bauteils zu erreichen oder die Anordnung eines oder mehrerer Schlauchgeflechte in dem Bauteil zu erleichtern oder zu ermöglichen.
Neben der Anpassung der Materialeigenschaften und insbesondere der Festigkeitseigenschaften vorzugsweise hinsichtlich der Anisotropie kann mit den Variationen bezüglich der Menge und der Form der Faseranordnungen in den Schlauchgeflechten sowie der Anpassung der Formen der Schlauchgeflechte durch Zuschneiden auch erreicht werden, dass der Verzug des Bauteils bei der Erstarrung bzw. Aushärtung minimiert wird.
Die 5 zeigt eine Form 20, mit er das sogenannte Harzinjektionsverfahren (Resin Transfer Molding) zur Herstellung des Innenrings 1 bzw. einer Hälfte davon durchgeführt werden kann. Der Einfachheit halber ist lediglich eine Schnittdarstellung durch die Form 20 gezeigt.
Die Form 20 weist zwei Formhälften 21 und 22 auf, die zwischen sich eine Kavität 23 einschließen, die der Form des herzustellenden Bauteils, beispielsweise eines Innenrings 1, entspricht. Zu der Kavität 23 bestehen Zugänge von außen, und zwar zum einen eine Zuführöffnung 24 für den fließfähigen Kunststoff sowie zum anderen Entlüftungssteiger 25, die ein Entweichen der in der Kavität 23 aufgenommenen Luft beim Einspritzen des Kunststoffs oder ein Evakuieren vor dem Einspritzen des Kunststoffs ermöglichen.
Wie sich aus der 5 ergibt, werden zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, wie beispielsweise des Innenrings 1, die entsprechenden Schlauchgeflechte 6,7,8 in die Kavität 23 der Form 20 eingelegt, um anschließend den fließfähigen Kunststoff durch die Zuführöffnung 24 einzuführen. Der fließfähige Kunststoff füllt die Kavität 23 und die Hohlräume zwischen und in den Schlauchgeflechten. Nach dem Erstarren bzw. Aushärten des Kunststoffs kann die Form 20 geöffnet werden und das faserverstärkte Bauteil aus dem Kunststoff mit den zur Verstärkung des Bauteils eingeschlossenen Schlauchgeflechten 6,7,8 kann entnommen werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
2: Leitschaufel
3: Schaufelfuß
4: Ausnehmung
5: Querschnitt
6: Schlauchgeflecht
7: Schlauchgeflecht
8: Schlauchgeflecht
9: Faserbündel
10: Faserbündel
11: Stehfäden
12: Zylinderdorn
13: Längsachse bzw. - richtung
14: Umfangsrichtung
15: Tangente
16: Tangente
20: Form
21: untere Formhälfte
22: obere Formhälfte
23: Kavität
24: Zuführöffnung
25: Entlüftungssteiger

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, wobei das Bauteil aus einem faserverstärkten Werkstoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff oder einer faserverstärkten Keramik gebildet wird, mit folgenden Schritten: Bereitstellung von Fasern, Flechten der Fasern zu einem Schlauchgeflecht (6), wobei die Fasern (9,10,11) in mehreren Richtungen bezüglich einer Schlauchlängsachse (13) angeordnet sind, Einlegen des mindestens einen Schlauchgeflechts (6,7,8) in eine Gießform (20), Füllen der Gießform mit einem Matrixwerkstoff im fließfähigen Zustand und Erstarren des Matrixwerkstoffs zu einem Bauteil mit dem eingelagerten Schlauchgeflecht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchgeflecht (6,7,8) so geflochten wird, dass die Fasern (9,10,11) im Wesentlichen mindestens drei verschiedene Orientierungen zu der Schlauchlängsachse aufweisen, wobei insbesondere zwei Orientierungen (9,10) symmetrisch zueinander bezüglich der Schlauchlängsachse sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchgeflecht (6,7,8) Fasern (11) aufweist, die parallel zur Schlauchlängsachse angeordnet sind, sowie Fasern (9,10), die in einem Winkel von 30° bis 60° zur Schlauchumfangsrichtung, insbesondere in einem Winkel von 40° bis 60°, vorzugsweise von ca. 45° zur Schlauchumfangsrichtung (14) oder einer parallelen Richtung zur Schlauchlängsachse (13) angeordnet sind, und zwar sowohl bezogen auf die eine oder die entgegengesetzte Richtung der Schlauchlängsachse.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchgeflecht so geflochten wird, dass Fasern (9,10,11) oder Stränge, insbesondere zur Stabilisierung während des Flechtens und / oder zur einfacheren Herstellung eines definierten Schlauchgeflechts, eingeflochten werden, die vor dem Einlegen des Schlauchgeflechts in die Gießform (20) wieder entfernt werden, insbesondere Fasern (11) oder Stränge, die parallel zur Schlauchlängsachse angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchgeflecht (6,7,8) aus mehreren verschiedenen Arten von Fasern gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge und / oder den Umfang des Schlauchgeflechts (6,7,8) unterschiedliche Arten von Fasern und /oder eine unterschiedliche Anzahl von Fasern und / oder die Fasern in unterschiedlicher Orientierung und / oder mit unterschiedlicher Anordnungsdichte im Schlauchgeflecht angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchgeflecht (6,7,8) nach dem Flechten bearbeitet, insbesondere zugeschnitten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schlauchgeflechte (6,8) in einem anderen Schlauchgeflecht (7) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern Carbonfasern und / oder Glasfasern und / oder Aramid - Fasern verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff Cyanesterharz verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Fasern in den Schlauchgeflechten (6,7,8) weitere Fasern in der Gießform angeordnet werden oder im fließfähigen Matrixwerkstoff enthalten sind.
Bauteil für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine oder ein Flugtriebwerk, welches insbesondere mit dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist, mit einer Matrix, insbesondere aus Kunststoff oder Keramik, in die mindestens ein, vorzugsweise mehrere Schlauchgeflechte (6,7,8) aus Fasern eingebettet sind.
Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil einen Faseranteil von 30 bis 70 Vol. %, insbesondere 40 bis 60 Vol.% aufweist.
Bauteil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil verschiedene Arten von Fasern und / oder Fasern außerhalb des Schlauchgeflechts aufweist, insbesondere Fasern aus einem Material aus der Gruppe, die Carbon, Aramid und Glas umfasst.
Bauteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Innenring (1) ist.