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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil zum Anordnen im Gaskanal einer Strömungsmaschine.
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Stand der Technik
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Bei der Strömungsmaschine kann es sich bspw. um ein Strahltriebwerk handeln, z. B. um ein Mantelstromtriebwerk. Funktional gliedert sich die Strömungsmaschine in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Etwa im Falle des Strahltriebwerks wird angesaugte Luft vom Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Die Turbine ist in der Regel aus mehreren Stufen mit jeweils einem Stator (Leitschaufelkranz) und einem Rotor (Laufschaufelkranz) aufgebaut, die Rotoren werden von dem Heißgas angetrieben. In jeder Stufe wird dem Heißgas dabei anteilig innere Energie entzogen, die in eine Bewegung des jeweiligen Laufschaufelkranzes und damit der Welle umgesetzt wird.
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Der vorliegende Gegenstand betrifft ein Bauteil zum Anordnen im Gaskanal der Strömungsmaschine. Das Bauteil kann im Allgemeinen auch im Verdichterbereich Anwendung finden, also im Verdichtergaskanal angeordnet werden; bevorzugt ist eine Anwendung im Turbinenbereich, wird es also im Heißgaskanal platziert. Die Bezugnahme auf ein Strahltriebwerk soll den Gegenstand dabei zunächst nicht in seiner Allgemeinheit beschränken, bei der Strömungsmaschine kann es sich bspw. auch um eine stationäre Gasturbine handeln.
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Darstellung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein besonders vorteilhaftes Bauteil zum Anordnen im Gaskanal einer Strömungsmaschine sowie ein vorteilhaftes Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird dies mit einem Bauteil gemäß Anspruch 1 sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Dieses Bauteil weist eine Schockabsorptionsstruktur mit einer porösen Struktur auf, wobei zumindest letztere generativ aufgebaut wird bzw. ist. Die poröse Struktur wird also anhand eines Datenmodells durch bereichsweise selektives Verfestigen eines zuvor formlosen bzw. formneutralen Stoffes erzeugt, was auch als 3D-Drucken bezeichnet wird. Daraus ergeben sich im Vergleich zu einer gießtechnischen Herstellung gestalterische Freiheitsgrade, die vorliegend für einen auf eine Absorption von mechanischen Stößen bzw. Schlägen optimierten Aufbau genutzt werden. Einen solchen Schlag können einerseits bspw. von außen in den Gaskanal eintretende Fremdkörper verursachen, es können sich aber andererseits auch Teile der Strömungsmaschine selbst lösen bzw. brechen und dann mit hoher Geschwindigkeit im Gaskanal geführt auf andere Bauteile treffen.
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Die vorliegende Schockabsorptionsstruktur weist zum einen eine dem Gaskanal zugewandte Wand auf und zum anderen eine poröse Struktur an dieser Wand. Die poröse Struktur ist an der dem Gaskanal abgewandten Seite der Wand angeordnet, liegt also vom Gaskanal aus gesehen hinter der Wand. Ferner ist in dem bzw. den Hohlräumen der porösen Struktur ein Dämpfungsmaterial angeordnet. Damit ergibt sich ein vorteilhaftes Zusammenwirken dahingehend, dass ein Schlag, bspw. von einem im Gaskanal geführten Bruchstück, zunächst über die Wand als Hartschale eingeleitet wird. Durch die poröse Struktur wird der Schlag dann einerseits verteilt, was die Verformungsenergie pro Flächen- bzw. Volumeneinheit verringert. Dabei kann zugleich das in den Hohlräumen angeordnete Dämpfungsmaterial einen Teil der Verformungsenergie aufnehmen, vergleichbar der Dämpfung in einem Sandsack, wird also der Schlag auch gedämpft.
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Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Wird bspw. auf eine in bestimmter Weise hergestellte Schockabsorptionsstruktur Bezug genommen, ist dies immer auch als Offenbarung eines entsprechenden Herstellungsverfahrens zu lesen, und umgekehrt.
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„Ein“ und „eine“ sind im Rahmen dieser Offenbarung ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe als unbestimmte Artikel und damit immer auch als „mindestens ein“ bzw. „mindestens eine“ zu lesen. Je nach Aufbau der porösen Struktur kann es also bspw. tatsächlich genau einen zusammenhängenden Hohlraum geben, der von Streben bzw. Wänden der porösen Struktur durchzogen ist. Es kann aber andererseits auch mehrere zueinander abgegrenzte Hohlräume geben. Die „poröse Struktur“ weist bei Betrachtung der porösen Struktur selbst zumindest einen Hohlraum auf, der jedoch bei Betrachtung des Bauteils insgesamt teilweise oder vollständig mit dem Dämpfungsmaterial aufgefüllt, also nicht leer ist.
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Generell kann eine Anwendung der Schockabsorptionsstruktur bei Schaufeln, insbesondere bei Turbinenschaufeln, speziell als Vorderkantenschutz, von besonderem Interesse sein, kann es sich bei dem Bauteil also insbesondere um eine Laufschaufel, im Allgemeinen aber auch um eine Leitschaufel handeln (es ist auch eine Anwendung im Verdichterbereich denkbar, bevorzugt können Turbinenschaufeln geschützt werden). Eine weitere vorteilhafte Anwendung kann der Schutz von den Gaskanal radial begrenzenden Gehäusewandteilen sein. So kann bspw. ein Gehäusewandteil, das den Gaskanal nach radial außen begrenzt, einen Schlag durch eine beschädigte bzw. versagende Laufschaufel abbekommen, bspw. wenn Bruchstücke aufgrund der Zentrifugalkraft nach radial außen beschleunigt werden. Auch an dieser Stelle kann die Schockabsorptionsstruktur eine weitergehende Beschädigung zumindest verringern.
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Generell kann die Schockabsorptionsstruktur einen Schlag zumindest anteilig aufnehmen bzw. absorbieren. Im Einzelnen hängt es dann selbstverständlich von der Schwere des Schlags ab, ob es dabei nicht dennoch zu einer (teilweisen) Zerstörung der Struktur selbst, insbesondere also einem Durchschlagen der Wand, kommt. Im Vergleich zu einer Wand ohne nachgelagerte Verteilungs- bzw. Dämpfungsanordnung lässt sich die Widerstandsfähigkeit jedenfalls erhöhen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dämpfungsmaterial in Form von Partikeln in den Hohlräumen der porösen Struktur angeordnet. Im Allgemeinen ist indes bspw. auch ein viskos-flüssiges Dämpfungsmaterial denkbar, etwa ein Öl oder dergleichen. Demgegenüber kann der partikelförmige Feststoff, also ein in den Hohlräumen angeordnetes Pulver, z. B. bereits bevorzugt sein, weil die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der porösen Strukturen und des Dämpfungsmaterials dann besser aneinander angepasst sein können.
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In bevorzugter Ausführungsgestaltung ist das partikelförmige Dämpfungsmaterial ein pulverförmiger Werkstoff, der bei der generativen Herstellung der porösen Struktur im Bereich der Hohlräume nicht verfestigt wurde. Wie nachstehend im Einzelnen diskutiert, kann die Herstellung in einem sog. Pulverbettverfahren bevorzugt sein, wobei Schicht für Schicht des pulverförmigen Werkstoffs aufgebracht und je Schicht selektiv bereichsweise verfestigt wird. Damit wird Schicht für Schicht die poröse Struktur aufgebaut, indem Stege bzw. Wände (siehe unten im Detail) verfestigt werden, dazwischen aber eben der Hohlraum bzw. die Hohlräume verbleibt bzw. verbleiben. Im Bereich der Hohlräume wird also nicht verfestigt, liegt also der Werkstoff weiterhin in Pulverform vor.
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Im Allgemeinen kann der pulverförmige Werkstoff anschließend auch aus den Hohlräumen entfernt und z. B. durch ein anderes (partikelförmiges) Dämpfungsmaterial ersetzt werden. Bildlich gesprochen kann das nichtverfestigte Pulver im Falle einer offenporig porösen Struktur im Anschluss an die Herstellung „herausgeschüttelt“ werden. Bevorzugt wird jedoch der nichtverfestigte Werkstoff selbst als Dämpfungsmaterial genutzt, findet also vorteilhafterweise ein im Zuge der Herstellung ohnehin anfallendes „Abfallprodukt“ eine weitergehende Verwendung. Dies kann die Herstellung insgesamt vereinfachen. Der Verbleib des pulverförmigen Werkstoffs in den Hohlräumen kann sich einerseits bereits aufgrund einer entsprechenden mikroskopischen Struktur ergeben, wenn bspw. die poröse Struktur geschlossenporig ist (die Hohlräume jeweils für sich abgeschlossen sind) oder Verbindungskanäle dazwischen hinreichend klein sind (kleiner der Korngröße des Pulvers, bspw. kleiner 0,1 mm bzw. 0,05 mm). Andererseits kann das Pulver aber auch in einer offenporigen Struktur verbleiben, insbesondere wenn an einer der Wand (Hartschale) entgegengesetzten Seite der porösen Struktur eine weitere Wand aufgebaut wird.
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In bevorzugter Ausgestaltung wird bzw. ist nicht nur die poröse Struktur generativ aufgebaut, sondern wird die Wand im selben Verfahren mit aufgebaut. Bevorzugt wird auch die weitere Wand, die an dem Gaskanal abgewandten Seite der porösen Struktur angeordnet ist, im selben Verfahren mit aufgebaut. Die Schockabsorptionsstruktur ist dann eine Sandwichstruktur mit zwei Wänden, die zwischen sich die poröse Struktur mit der Dämpfungsmaterialfüllung einschließen. Eine solche integrale Herstellung der gesamten Schockabsorptionsstruktur kann herstellungstechnisch vergleichsweise einfach sein und ein belastbares Bauteil ergeben.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die poröse Struktur eine geometrische Dichte, die höchstens 4/5, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 7/10, 3/5, 1/2 bzw. 2/5, der Reindichte des Materials der porösen Struktur ausmacht. Mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 1/100, 1/80, 1/60 bzw. 1/50 liegen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt), wobei eine Untergrenze im Allgemeinen auch unabhängig von einer Obergrenze offenbart sein soll, und umgekehrt. Die „geometrische Dichte“ wird auch als scheinbare Dichte, Rohdichte oder Raumgewicht bezeichnet und bezieht sich auf das „Gesamtraumvolumen“ der porösen Struktur, also deren Volumen einschließlich des bzw. der eingelagerten Hohlraums bzw. -räume. Bildlich gesprochen ergibt sich das Gesamtraumvolumen als das von einer um die poröse Struktur gelegten Einhüllenden eingeschlossene Volumen. Im Unterschied zur geometrischen Dichte betrifft die Reindichte die Dichte des Materials der porösen Struktur an sich, bleiben hierbei also Hohlraum/Hohlräume etc. außer Betracht. Die Reindichte wird auch als absolute Dichte oder Skelettdichte bezeichnet.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist die poröse Struktur aus einer Vielzahl Streben aufgebaut, die in Knotenpunkten zusammenlaufen. Die „Vielzahl“ kann in diesem Zusammenhang (aber auch bzgl. der nachstehend diskutierten Wände) bspw. mindestens 100, 500 bzw. 1000 meinen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Etwaige Obergrenzen können auch von der Größe der Schockabsorptionsstruktur abhängen und bspw. bei höchstens 1·108, 1·107, 1·106 bzw. 1·105 liegen (ebenfalls in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Die Streben können bspw. aus Stäben aufgebaut sein (siehe unten im Detail), wobei als jeweilige „Strebe“ immer die Erstreckung zwischen zwei nächstbenachbarten Knotenpunkten betrachtet wird (ein Stab kann über mehrere entlang seiner Erstreckung angeordnete Knotenpunkte also in mehrere Streben unterteilt sein).
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Streben jeweils einen kleinsten Querschnitt von mindestens 0,05 mm, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt mindestens 0,06 mm, 0,07 mm, 0,08 mm, 0,09 mm bzw. 0,1 mm. Mögliche Obergrenzen liegen (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 2 mm, 1,5 mm, 1 mm bzw. 0,5 mm (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Bevorzugt liegt jeweils auch der größte Querschnitt der Streben in einem solchen Bereich. Der „Querschnitt“ der jeweiligen Strebe bezieht sich jeweils auf einen senkrecht zu ihrer Längenerstreckung liegenden Schnitt, ihre Längenerstreckung hat die Strebe von Knotenpunkt zu Knotenpunkt. In besagtem Schnitt wird die kleinste Abmessung als „kleinster Querschnitt“ genommen. Soweit die Streben im Allgemeinen über ihre Längenerstreckung jeweils auch einen veränderlichen Querschnitt haben können, wird ein über die Längenerstreckung gebildeter Mittelwert zugrunde gelegt, bevorzugt haben die Streben jedoch eine über ihre Längenerstreckung unveränderte Querschnittsform. In besagtem Schnitt betrachtet können die Streben bevorzugt eine runde, insbesondere kreisrunde Form haben, auch unabhängig von einer Quantifizierung des Querschnitts.
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In bevorzugter Ausgestaltung haben die Streben jeweils eine von Knotenpunkt zu Knotenpunkt genommene Länge von mindestens 0,1 mm, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt mindestens 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm bzw. 2 mm. Mögliche Obergrenzen können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 5 mm, 4 mm bzw. 3 mm liegen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt).
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Bei einer zu dem Aufbau aus Streben alternativen Ausführungsform kann die poröse Struktur aus einer Vielzahl aneinandergesetzten Wänden aufgebaut sein. Diese grenzen gruppenweise derart aneinander, dass sie eine Struktur mit mehreren Hohlräumen bilden. Im Allgemeinen ist auch eine Kombination der aus den Wänden gebildeten Hohlraumstruktur in einem Bereich mit dem Aufbau aus Streben in einem anderen Bereich möglich, bevorzugt ist eine ausschließlich in der einen oder der anderen Weise aufgebaute poröse Struktur.
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In bevorzugter Ausgestaltung haben die Wände jeweils eine senkrecht zu ihrer jeweiligen Flächenerstreckung genommene Dicke von mindestens 0,05 mm, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt mindestens 0,06 mm, 0,07 mm, 0,08 mm, 0,09 mm bzw. 0,1 mm. Mögliche Obergrenzen können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 2 mm, 1,5 mm, 1 mm bzw. 0,5 mm liegen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Bei Wänden mit variierender Dicke wird ein über ihre jeweilige Flächenerstreckung gebildeter Mittelwert zugrundegelegt, bevorzugt sind Wände konstanter Dicke.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist die poröse Struktur aus einer Nickelbasis-Legierung aufgebaut, bspw. kommerziell unter In718 verfügbar. Das Dämpfungsmaterial ist bevorzugt aus der gleichen Nickelbasis-Legierung vorgesehen, insbesondere als pulverförmiger, im Zuge der Herstellung nicht verfestigter Werkstoff (siehe vorne).
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In bevorzugter Ausgestaltung ist das Bauteil als Schaufel ausgebildet, besonders bevorzugt als Laufschaufel. Die Schaufel hat bezogen auf die Umströmung im Gaskanal eine Vorder- und eine Hinterkante, sowie zwei jeweils Vorder- und Hinterkante miteinander verbindende Seitenflächen. Die dem Gaskanal zugewandte Wand der Schockabsorptionsstruktur bildet jedenfalls die Vorderkante der Schaufel. Die dem Gaskanal zugewandte Wand muss generell nicht zwingend im direkten Kontakt mit dem Gas stehen, sie kann also bspw. an ihrer dem Gaskanal zugewandten Seite auch mit einer Schutzbeschichtung (insbesondere Hitzeschutz) versehen sein.
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Die Schockabsorptionsstruktur kann sich radial (bezogen auf Längs- bzw. Drehachse der Strömungsmaschine) bspw. im Wesentlichen über die gesamte Vorderkante erstrecken. Von der Vorderkante nach stromab kann sie sich über z. B. nicht mehr als 1 mm, 0,8 mm bzw. 0,5 mm erstrecken (mit Untergrenzen bei 0,2 mm bzw. 0,3 mm). Auch unabhängig von der Anordnung der Schockabsorptionsstruktur kann die Schaufel bzw. zumindest das Schaufelblatt auch insgesamt generativ hergestellt werden bzw. sein, kann also ein Schaufelgrundkörper (das Schaufelinnere) gemeinsam mit der Schockabsorptionsstruktur aufgebaut werden (im selben Verfahren).
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In bevorzugter Ausgestaltung werden jedoch die Schockabsorptionsstruktur und der Schaufelgrundkörper jeweils für sich hergestellt und dann zusammengesetzt und miteinander verbunden. Die Schockabsorptionsstruktur und der Schaufelkörper können bspw. miteinander verschraubt werden, ebenso ist aber auch ein Schweiß- bzw. Lötverbinden möglich. Der Schaufelgrundkörper weist an der Vorderkante eine entsprechende Aussparung auf, in welcher die Schockabsorptionsstruktur angeordnet wird.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist der Schaufelgrundkörper ein Guss- oder Schmiedeteil, bevorzugt ist letzteres. Der Körper kann bspw. aus einer Nickelbasis-Legierung oder auch aus Titanaluminid vorgesehen sein, kann also insbesondere auch auf eine Hochtemperaturfestigkeit hin optimiert werden. Darin kann auch ein Vorteil der mehrteiligen Herstellung liegen. Die Vorderkante einer solchen Turbinenschaufel ist besonders empfindlich bzw. exponiert gegenüber auftreffenden Partikeln, die in diesem Bereich üblicherweise viele größere Aufprallwinkel als im seitlichen Schaufelbereichen aufweisen und die in diesem Bereich üblicherweise viel höhere Energien übertragen. Sie ist also weit gefährdeter als andere Bereiche, sodass umgekehrt die Vorteile der erfindungsgemäßen Schockabsorptionsstruktur im Besonderen zu tragen kommen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schockabsorptionsstruktur an der Vorderkante einer geschmiedeten Turbinenschaufel aus oder mit Titanaluminid angeordnet. Gerade an der Vorderkante geschmiedeter Turbinenschaufeln aus oder mit Titanaluminid bietet die erfindungsgemäßen Schockabsorptionsstruktur besonders große Vorteile, weil diese in Bezug auf viele Eigenschaften vorteilhaften Turbinenschaufeln empfindlicher gegenüber auftreffenden Partikeln sind als Turbinenschaufeln aus anderen Materialien, wie bspw. aus einer Nickelbasis-Legierung.
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Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines vorliegend offenbarten Bauteils, wobei die poröse Struktur generativ aufgebaut wird, vorzugsweise auch die Wand bzw. die weitere Wand (siehe vorne). Bevorzugt erfolgt das generative Aufbauen in einem Pulverbettverfahren. Der pulverförmige Werkstoff (insbesondere Titanaluminid) wird dabei sequenziell Schicht für Schicht aufgetragen und je Schicht selektiv anhand des Datenmodells der Bauteilgeometrie bereichsweise verfestigt. Die Verfestigung erfolgt durch ein Aufschmelzen mittels einer Strahlquelle, wobei im Allgemeinen bspw. auch eine Elektronenstrahlquelle denkbar ist. Bevorzugt wird mit einer Laserquelle, also einem Laserstrahl aufgeschmolzen, ist das generative Herstellen also ein selektives Laserschmelzen (SLM). Bezüglich weiterer möglicher Herstellungsdetails wird ausdrücklich auf die vorstehende Offenbarung verwiesen.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend beschriebenen Schockabsorptionsstruktur zum Anordnen im Gaskanal einer Strömungsmaschine, insbesondere im Heißgaskanal. Bei der Strömungsmaschine handelt es sich bevorzugt um ein Flugtriebwerk, etwa um ein Mantelstromtriebwerk.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
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Im Einzelnen zeigt
- 1 ein Strahltriebwerk in einem Axialschnitt;
- 2 eine Laufschaufel des Strahltriebwerks gemäß 1 mit einer erfindungsgemäßen Schockabsorptionsstruktur;
- 3 die Schockabsorptionsstruktur der Laufschaufel gemäß 2 in einem Schnitt senkrecht zu ihrer Vorderkante.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine Strömungsmaschine 1 in schematischer Ansicht, konkret ein Strahltriebwerk. Die Strömungsmaschine 1 gliedert sich funktional in Verdichter 1a, Brennkammer 1b und Turbine 1c. Dabei sind sowohl der Verdichter 1a als auch die Turbine 1c jeweils aus mehreren Stufen aufgebaut, jede Stufe setzt sich aus einem Leit- und einem Laufschaufelkranz zusammen. Bezogen auf die Umströmung im Gaskanal 2, konkret im Verdichtergaskanal 2a oder im Heißgaskanal 2c, ist je Stufe der Laufschaufel- dem Leitschaufelkranz nachgelagert. Im Betrieb rotieren die Laufschaufeln um die Längsachse 3.
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2 zeigt ein Bauteil 20 in einer schematischen Seitenansicht, nämlich eine Laufschaufel 20 eines Laufschaufelkranzes der Turbine 1c, konkret des Niederdruckturbinenbereichs. Die Laufschaufel weist einen vorliegend nicht weiter im Einzelnen relevanten Schaufelfuß 21 und radial außerhalb davon eine Innenplattform 22 auf. Von der Innenplattform 22 erstreckt sich das Schaufelblatt 23 nach radial außen. Am radial äußeren Ende des Schaufelblatts 23 sind typischerweise Dichtspitzen angeordnet, die aber vorliegend nicht weiter relevant und deshalb nicht dargestellt sind.
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Vorliegend ist das Schaufelblatt 23 als im Heißgaskanal 2c angeordneter Teil von Interesse. Das Schaufelblatt 23 weist bezogen auf die Umströmung eine Vorderkante 23a, eine Hinterkante 23b, sowie zwei jeweils die Vorder- 23a und die Hinterkante 23b miteinander verbindende Seitenflächen 23c,d auf. Eine der Seitenflächen 23c,d bildet die Saugseite der Schaufel, die andere die Druckseite.
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Die Laufschaufel ist ferner zum Schutz vor einem Schlag (Impact) von einem im Gaskanal geführten Fremd- bzw. Bruchkörper mit einer Schockabsorptionsstruktur 25 vorgesehen. Diese bildet die Vorderkante 23a des Schaufelblatts 23 und kann in einer nachstehend geschilderten Weise die kinetische Energie eines aufschlagenden Bruchstücks einer stromauf gebrochenen bzw. beschädigten Schaufel auffangen.
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3 zeigt einen Ausschnitt des Schaufelblatts 23 und die Schockabsorptionsstruktur 25 in einem Schnitt senkrecht zur Vorderkante 23a. Die Schockabsorptionsstruktur 25 weist zunächst eine dem Gaskanal 2 zugewandte Wand 30 auf. Diese Wand 30 stellt eine Hartschale dar, über diese wird der Schlag in die Schockabsorptionsstruktur 25 eingeleitet. Ein im Gaskanal geführtes Bruchstück würde in der Darstellung gemäß 3 von oben auf die Wand 30 treffen. Die Schockabsorptionsstruktur 25 weist ferner eine poröse Struktur 31 auf, vorliegend ein Gerüst aus einer Vielzahl Streben 31a,b,c. Über diese poröse Struktur 31 wird der Schlag, also die eingeleitete kinetische Energie, verteilt. Dabei ist ein Hohlraum 32 der porösen Struktur 31 ferner mit einem Dämpfungsmaterial 33 gefüllt, das vorliegend in Partikelform vorgesehen ist. Dies dämpft den Schlag ab.
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Die Schockabsorptionsstruktur 25 wird generativ hergestellt, nämlich in einem Pulverbettverfahren anhand eines Datenmodells Schicht für Schicht aus einem pulverförmigen Werkstoff aufgebaut, vgl. auch die Beschreibungseinleitung im Einzelnen. Dabei werden die Wand 30, die poröse Struktur 31 und eine entgegengesetzte Wand 35 als Sandwichstruktur Schicht für Schicht verfestigt. Im Bereich des Hohlraums 32 wird der pulverförmige Werkstoff nicht verfestigt, er verbleibt als Dämpfungsmaterial 33 in Pulverform. Die Schockabsorptionsstruktur 35 wird vorliegend aus einer Nickelbasis-Legierung aufgebaut.
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Die so hergestellte Schockabsorptionsstruktur 25 wird dann mit einem gusstechnisch hergestellten Schaufelgrundkörper 40 zusammengesetzt. Die Schockabsorptionsstruktur 25 kann mit dem Schaufelgrundkörper bspw. verschweißt werden. Der Schaufelgrundkörper weist eine entsprechende Aussparung auf, sodass er dann erst gemeinsam mit der Schockabsorptionsstruktur 25 das aerodynamisch gewünschte Schaufelblatt 23 bildet.
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Alternativ zu einer solchen zweiteiligen Herstellung könnte das Schaufelblatt 23 mit einer integralen Schockabsorptionsstruktur 25 auch im Gesamten generativ aufgebaut werden.
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Bezugszeichenliste
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| Strömungsmaschine |
1 |
| |
Verdichter |
1a |
| |
Brennkammer |
1b |
| |
Turbine |
1c |
| Gaskanal |
2 |
| |
Verdichtergaskanal |
2a |
| |
Heißgaskanal |
2c |
| Längsachse |
3 |
| Bauteil (Laufschaufel) |
20 |
| Schaufelfuß |
21 |
| Innenplattform |
22 |
| Schaufelblatt |
23 |
| Schockabsorptionsstruktur |
25 |
| Wand (dem Gaskanal zugewandt) |
30 |
| Poröse Struktur |
31 |
| |
Streben |
31a,b,c |
| Hohlraum (der porösen Struktur) |
32 |
| Dämpfungsmaterial |
33 |
| Weitere Wand |
35 |
| Schaufelgrundkörper |
40 |
