DE102019200985A1

DE102019200985A1 - Triebwerksbauteil mit mindestens einem Kühlkanal und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102019200985A1
Application number: DE102019200985.9A
Authority: DE
Inventors: Kay HEINZE; Miklos Gerendas
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2039-01-26
Also published as: US20200240290A1; DE102019200985B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Triebwerksbauteil (5, 6, 7), mit mindestens einem Kühlkanal (11), der sich von einer Einlassöffnung (11a) an einer ersten Seite (AS) des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) zu einer Auslassöffnung (11b) an einer zweiten Seite (IS) des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) durch das Triebwerksbauteil (5, 6, 7) hindurch erstreckt.Eine zweite, innere Kanalwand (11d) des Kühlkanals (11) weist in einem zwischen der Einlassöffnung (11a) und der Auslassöffnung (11b) liegenden Bereich (U) des Kühlkanals (11) einen Rücksprung (11R) gegenüber einer gegenüberliegenden ersten, äußeren Kanalwand (11c) auf, der in einer Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) und mit Blickrichtung entlang einer Erstreckungsrichtung des Kühlkanals (11) V-förmig ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Triebwerksbauteil mit mindestens einem Kühlkanal sowie ein Herstellungsverfahren.
Triebwerksbauteile, insbesondere für eine Brennkammer eines Triebwerks werden üblicherweise mit einer Vielzahl von Kühllöchern versehen, um das jeweilige Triebwerksbauteil gegenüber dem heißen Brennraum der Brennkammer durch entsprechende Kühlung zu schützen. So ist es beispielsweise bekannt, an Triebwerksbauteilen, wie Hitzeschilden, Brennkammerschindeln oder auch an Brennkammerwänden, (Effusions-) Kühllöcher vorzusehen. Ein entsprechendes Kühlloch erstreckt sich dabei stets von einer Einlassöffnung an einer ersten Seite des jeweiligen Triebwerksbauteils zu einer Auslassöffnung an einer zweiten Seite des Triebwerksbauteils durch das Triebwerksbauteil hindurch.
Insbesondere bei (Effusions-) Kühllöchern kleinen Querschnitts sind Querschnitt und Verlauf des sich kanalartig durch das Triebwerksbauteil erstreckenden Kühlloches entscheidend, um eine ausreichende Luftmenge zur Kühlung effektiv nutzen zu können. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise in der US 2016/0097285 A1 und US 2017/176006 A1 unterschiedlichste Geometrien für entsprechende als Kühlkanäle ausgebildete Kühllöcher vorgeschlagen. Insbesondere ist hierbei schon angedacht worden, ein Kühlloch im Verlauf seiner Erstreckung von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung mit einem sich ändernden Querschnitt und/oder einem Umlenkbereich zu Umlenkung der Kühlluft zu versehen.
Insbesondere bei einem mit einem Umlenkbereich versehenen Kühlkanälen, die im Wege einer additiven Fertigung hergestellt werden, kann sich das Problem ergeben, dass in dem Umlenkbereich, in dem eine Umlenkung des durch den Kühlkanal geführten Fluids erreicht wird, die Kanalwände nicht optimal herstellbar sind. Insbesondere bei einer Umlenkung des Fluids in dem Kühlkanal um mehr als 90° kann es bei der additiven Fertigung, insbesondere bei einer Fertigung durch Lasersintern, beispielsweise vorkommen, dass teilweise ungeschmolzenes Pulver an einer inneren Kanalwand des Kühlkanals verbleibt. An einer entsprechenden beispielsweise konvex gewölbten inneren Kanalwand eines Umlenkbereichs ist damit der Kühlkanal nicht optimal ausgebildet, wodurch die Durchströmung aber auch die mechanische Integrität des Kühlkanals negativ beeinflusst sein können. Vergleichbare Probleme können auch bei geradlinig verlaufenden und mithin das hierin geführte Fluid nicht umlenkenden Kühlkanälen auftreten, die additiv gefertigt werden.
Es besteht mithin Bedarf an in dieser Hinsicht verbesserten Triebwerksbauteilen sowie in dieser Hinsicht verbesserten Herstellungsverfahren.
Die vorgeschlagene Lösung schafft hier mit einem Triebwerksbauteil nach Anspruch 1 und einem Herstellungsverfahren nach Anspruch 12 Abhilfe.
Hierbei ist ein Triebwerksbauteil mit mindestens einem Kühlkanal vorgeschlagen, der

- sich von einer Einlassöffnung an einer ersten Seite des Triebwerksbauteils zu einer Auslassöffnung an einer zweiten Seite des Triebwerksbauteils durch das Triebwerksbauteil hindurch erstreckt, wobei entlang einer Einströmrichtung (Ra) an der Einlassöffnung (11a) in den Kühlkanal (11) einströmendes Fluid an der Auslassöffnung (11b) entlang einer Ausströmrichtung (Rb) ausströmen kann, und
- in einer Querschnittsansicht durch das Triebwerksbauteil und mit Blickrichtung quer zu den Ein- und Ausströmrichtungen eine erste, äußere Kanalwand, die in Richtung der Einströmrichtung liegt, und eine zweite, innere Kanalwand, die der ersten, äußeren Kanalwand gegenüberliegt, aufweist.

Der Kühlkanal kann hierbei grundsätzlich geradlinig, z.B. als zylindrische Durchgangsöffnung, verlaufen. Insbesondere kann der Kühlkanal aber auch über sein Verlauf in einem Umlenkbereich ein an der Einlassöffnung einströmendes Fluid zu der Auslassöffnung derart umlenken, dass das Fluid an der Auslassöffnung entlang der Ausströmrichtung mit einer Richtungskomponente ausströmt, die entgegengesetzt zu einer Richtungskomponente der Einströmrichtung ist, entlang der das Fluid an der Einlassöffnung in den Kühlkanal einströmt. Die Querschnittsansicht durch das Triebwerksbauteil und mit Blickrichtung quer zu den Ein- und Ausströmrichtungen zeigt dann den umlenkenden Verlauf des Kühlkanals von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung. Die zweite, innere Kanalwand weist dann gerade in dem zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung liegenden Umlenkbereich des Kühlkanals den Rücksprung gegenüber der ersten, äußeren Kanalwand auf, der in der Querschnittsansicht V-förmig ausgebildet ist.
Diese Ausführungsvariante geht damit von dem Grundgedanken aus, gerade an einer zweiten, inneren Kanalwand in einem Umlenkbereich des Kühlkanals, in dem derjenige Punkt im Strömungsverlauf des durch den Kühlkanal geführten Fluid liegt, an dem ein Richtungsvektor der Fluidströmung sein Vorzeichen wechselt, einen in einer Querschnittsansicht sich V-förmigen darstellenden Rücksprung auszubilden. Durch diesen Rücksprung vergrößert sich ein Strömungsquerschnitt des Kühlkanals lokal in dem Umlenkbereich, hierbei aber dann beispielsweise gegebenenfalls unabhängig von einer sich auch außerhalb des Umlenkbereichs in Richtung der Auslassöffnung (kontinuierlich) verändernden Strömungsquerschnittsgeometrie. Eine durch den Rücksprung definierte Vergrößerung des Strömungsquerschnitts überlagert somit zum Beispiel lediglich lokal eine größerskalige Veränderung der Geometrie des Strömungsquerschnitts in Richtung der Auslassöffnung. Der im Querschnitt V-förmigen Rücksprung kann dabei grundsätzlich längserstreckt ausgebildet sein und mit seinem Verlauf (in dem Umlenkbereich) der Erstreckungsrichtung des Kühlkanals folgen.
Während eine etwaige größerskalige Veränderung der Geometrie des Strömungsquerschnitts vor allem einer bestimmten Beeinflussung der Fluidströmung durch den Kühlkanal dient, zielt die vorgeschlagene Ausbildung eines in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal sich V-förmigen darstellenden Rücksprungs an der inneren Kanalwand vor allem auf eine verbesserte Herstellbarkeit des Triebwerksbauteils und seines Kühlkanals. So hat sich gezeigt, dass durch eine entsprechende Rücksprungsgeometrie insbesondere an der inneren Kanalwand des Kühlkanals in einem Umlenkbereich bei einer additiven Fertigung des Triebwerksbauteils, beispielsweise im Wege des Lasersinterns, unerwünschte, teilweise ungeschmolzene Pulverrückstände vermieden werden können. Mit derartigen Pulverrückständen sind aber häufig eine Verringerung des Strömungsquerschnitts und damit eine reduzierte Kühleffektivität wie auch eine unspezifische Abweichung von der vorgegebenen Strömungsquerschnittskontur verbunden. Mit der vorgeschlagenen Rücksprungsgeometrie lassen sich derartige Nachteile reduzieren oder sogar gänzlich vermeiden. Durch Vorgabe der vorgeschlagenen, spezifischen Rücksprungsgeometrie lassen sich die vorstehend erläuterten Vorteile auch ohne Weiteres reproduzieren.
Beispielsweise sieht eine Ausführungsvariante vor, dass zwei Wandabschnitte der zweiten, inneren Kanalwand, die in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal zwei Schenkel des V-förmigen Rücksprungs definieren, einen (Spreiz-) Winkel zwischen sich einschließen, der größer als oder gleich 60° ist. Über den entsprechenden Winkel ist somit die Öffnungsweite des Rücksprungs näher charakterisiert.
Insbesondere mit Blick auf die Schaffung einer selbsttragenden Struktur bei der Fertigung der inneren Kanalwand mit dem Rücksprung kann es in einer möglichen Weiterbildung von Vorteil sein, dass die zwei Wandabschnitte der zweiten, inneren Kanalwand einen Winkel im Bereich von 60° bis 150°, insbesondere im Bereich von 70° bis 120°, 76° bis 110° oder 84° bis 94° zwischen sich einschließen. Eine Ausführungsvariante sieht beispielsweise einen Winkel von 90° zwischen den beiden Wandabschnitten vor, die an der zweiten, inneren Kanalwand in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal den V-förmigen Rücksprung definieren. Ein entsprechender Verlauf der beiden Wandabschnitte zueinander dabei kann eine Selbststützung der Wandabschnitte während des schichtweisen Aufbaus unterstützen.
Insbesondere mit Blick auf die Vorgabe konkreter Parameter zur Erstellung des Triebwerksbauteil im Wege einer additiven Fertigung hat sich alternativ oder ergänzend noch eine Definition für den Verlauf eines Wandabschnitts der zweiten, inneren Kanalwand zur Ausbildung einer Rücksprungsgeometrie gemäß der vorgeschlagenen Lösung als gut handhabbar herausgestellt. Hierbei wird erneut auf zwei Wandabschnitte der zweiten, inneren Kanalwand abgestellt, die in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal jeweils einen von zwei Schenkeln des V-förmigen Rücksprungs definieren. Wenigstens einer dieser zwei Wandabschnitte verläuft in einer Querschnittsansicht durch den Kühlkanal in dem den Rücksprung aufweisenden Bereich unter einem Aufbauwinkel größer als oder gleich 15° zu einer Mittellinie des Kühlkanals, zu der ein den Rücksprung nicht aufweisender Basisströmungsquerschnitt des Kühlkanals in dem den Rücksprung aufweisenden Bereich spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Der Rücksprung stellt sich hierbei als lokale Variation in dem Basisströmungsquerschnitt dar, mit dem sich der Kühlkanal in dem den Rücksprung aufweisenden Bereich, z.B. einem Umlenkbereich, erstreckt. Beispielsweise ist ein derartiger Basisströmungsquerschnitt kreisförmig, oval oder rechteckförmig. Der in der Querschnittsansicht V-förmige Rücksprung erweitert somit lokal einen derartigen Basisströmungsquerschnitt um die V-Form. Der Rücksprung stellt sich in dieser Konstellation an der zweiten, inneren Kanalwand als eine lokale Änderung der entsprechenden Umfangskontur des Basisströmungsquerschnitts dar. Die virtuelle Mittellinie respektive Symmetrieachse dieses Basisströmungsquerschnitts wird dann als Bezugsgerade gewählt, um den Aufbauwinkel vorzugeben, unter dem für die bestimmungsgemäße Ausbildung der Rücksprungsgeometrie einer oder mehrere der Wandabschnitte zu der Mittellinie verlaufen müssen.
Beispielsweise verläuft wenigstens einer der zwei Wandabschnitte in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal unter einem Aufbauwinkel im Bereich von 15° bis 60°, insbesondere im Bereich von 30° bis 55°, 35° bis 52° oder 43° bis 48° zu der Mittellinie. Beispielsweise kann wenigstens einer der zwei Wandabschnitte in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal unter einem Aufbauwinkel von 45° zu der Mittellinie verlaufen.
Selbstverständlich kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal - bezogen auf eine Erstreckungsrichtung von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung - vor und/oder nach dem den Rücksprung aufweisenden Bereich einen Strömungsquerschnitt aufweist, der dem Basisströmungsquerschnitt entspricht.
In einem Ausführungsbeispiel kommt die vorgeschlagene Lösung bei einem Triebwerksbauteil zum Einsatz, dessen Kühlkanal einen Eintrittswinkel α für die Fluidströmung größer als oder gleich 70° und einen Austrittswinkel β an der Auslassöffnung größer als oder gleich 70° vorsieht. Jeweils bezogen auf einen mathematisch positiven Drehsinn verläuft somit in der Querschnittsansicht durch das Triebwerksbauteil und mit Blickrichtung quer zu den Ein- und Ausströmrichtungen die Einströmrichtung unter einem (spitzen) Winkel α ≥ 70° zu einem die Einlassöffnung berandenden Rand der ersten Seite des Triebwerksbauteils und damit unter einem entsprechenden Winkel α ≥ 70° zu einer Ebene in der die Einlassöffnung liegt. Ebenso verläuft ein die Auslassöffnung berandender Rand der zweiten Seite des Triebwerksbauteils und damit eine Ebene, in der die Auslassöffnung liegt, unter einem (spitzen) Austrittswinkel β ≥ 70° zu der Ausströmrichtung.
Grundsätzlich kann es sich bei dem vorgeschlagenen Triebwerksbauteil beispielsweise um ein Bauteil einer Brennkammer eines Triebwerks handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Triebwerksbauteil um ein Hitzeschild, eine Brennkammerschindel oder eine Brennkammerwand handeln. Ein Ausführungsbeispiel sieht beispielsweise vor, dass das Triebwerksbauteil durch eine Brennkammerschindel, insbesondere durch eine additiv hergestellte Brennkammerschindel für eine Triebwerksbrennkammer oder eine stationäre Gasturbinenbrennkammer gebildet ist.
Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Lösung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Triebwerksbauteils mit einem Kühlkanal. Ein vorgeschlagenes Verfahren kann hier beispielsweise die Herstellung des Triebwerksbauteils durch die Lasersintern umfassen.
Vorgesehen ist, dass das Triebwerksbauteil schichtweise in einer Aufbaurichtung mit einem Kühlkanal aufgebaut wird, der

- sich von einer Einlassöffnung an einer ersten Seite des Triebwerksbauteils zu einer Auslassöffnung an einer zweiten Seite des Triebwerksbauteils durch das Triebwerksbauteil hindurch erstreckt, wobei entlang einer Einströmrichtung an der Einlassöffnung in den Kühlkanal einströmendes Fluid an der Auslassöffnung entlang einer Ausströmrichtung ausströmen kann, und
- mit in einer Querschnittsansicht durch das Triebwerksbauteil und mit Blickrichtung quer zu der Aufbaurichtung eine erste, äußere Kanalwand, die in Richtung der Einströmrichtung liegt, und eine zweite, innere Kanalwand, die der ersten, äußeren Kanalwand gegenüberliegt, herzustellen ist.

Beim schichtweisen Aufbau des mit dem Kühlkanal auszubildenden Triebwerksbauteils wird somit in dem (z.B. mittigen) Bereich des Kühlkanals und hier an der inneren, zweiten Kanalwand, die der ersten, äußeren Kanalwand gegenüberliegt, die in Richtung der späteren Einströmrichtung liegen wird, ein Rücksprung vorgesehen, der sich in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal V-förmig darstellt. Die vorgeschlagene V-Form in der maßgeblichen Querschnittsansicht hat hierbei beispielsweise den Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit für teilweise ungeschmolzene Pulverrückstände in einem Lasersinterverfahren gerade an der inneren Kanalwand vermieden oder zumindest auf ein nicht störendes Maß reduziert werden kann. Auch lässt sich hierdurch die mechanische Integrität der herzustellenden Kühlwandstruktur positiv beeinflussen.
Insbesondere kann der Kühlkanal über sein Verlauf in einem Umlenkbereich ein an der Einlassöffnung einströmendes Fluid zu der Auslassöffnung derart umlenken, dass das Fluid an der Auslassöffnung entlang der Ausströmrichtung mit einer Richtungskomponente ausströmt, die entgegengesetzt zu einer Richtungskomponente der Einströmrichtung ist, entlang der das Fluid an der Einlassöffnung in den Kühlkanal einströmt. Die Querschnittsansicht durch das Triebwerksbauteil und mit Blickrichtung quer zu den Ein- und Ausströmrichtungen zeigt dann den umlenkenden Verlauf des Kühlkanals von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung. Die zweite, innere Kanalwand wird dann gerade in dem zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung liegenden Umlenkbereich des Kühlkanals mit dem Rücksprung gegenüber der ersten, äußeren Kanalwand ausgebildet, der in der Querschnittsansicht V-förmig ausgebildet ist.
In einer Ausführungsvariante sind beispielsweise die den herzustellenden Rücksprung bildenden Wandabschnitte der zweiten, inneren Kanalwand während des Aufbaus des Triebwerksbauteils selbsttragend ausgeführt. Insbesondere in Abhängigkeit von dem verwendeten Werkstoff und der Art des eingesetzten additiven Herstellungsverfahrens bleiben somit die den Rücksprung bildenden Wandabschnitte der zweiten, inneren Kanalwand auch ohne Stützstruktur in Form und weisen eine gewisse (Eigen-) Stabilität auf, sodass sie ohne Weitere die schichtweise aufgebaute Struktur beibehalten, auch wenn die zweite, innere Kanalwand des Kühlkanals noch nicht vollständig hergestellt ist.
Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die zweite, innere Kanalwand in Aufbaurichtung oberhalb der ersten, äußeren Kanalwand liegt und damit bei der additiven Herstellung des Triebwerksbauteils erst nach der ersten, äußeren Kanalwand vollständig aufgebaut ist. Ein den Rücksprung aufweisender Bereich an der zweiten, inneren Kanalwand wird bei der additiven Herstellung des Triebwerksbauteils, somit - bezogen auf die Aufbaurichtung - unter Ausbildung eines Übergangs aufgebaut wird. Dass die zweite, innere Kanalwand in Aufbaurichtung oberhalb der ersten, äußeren Kanalwand liegt, bezieht sich hierbei nicht auf eine Orientierung des Triebwerksbauteils in seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage, sondern auf die Orientierung während des schichtweisen Aufbauens des Bauteils, zum Beispiel an einer Grundplatte eines 3D-Druckers.
In einer Ausführungsvariante wird ferner ein Aufbauwinkel vorgegeben, der in einer sich parallel zu der Aufbaurichtung erstreckenden (und in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal liegenden) Bezugsebene zwischen einer quer zu der Aufbaurichtung verlaufenden Mittellinie und einem herzustellenden Wandabschnitt der zweiten, inneren Kanalwand, der in der der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal einen Schenkel des V-förmigen Rücksprungs bilden soll, eingeschlossen ist. Der herzustellende Wandabschnitt wird dann derart computergestützt aufgebaut, dass der Wandabschnitt unter einem Aufbauwinkel größer als oder gleich 15° zu der Mittellinie verläuft. Dies schließt insbesondere ein, dass der Wandabschnitt unter einem Aufbauwinkel im Bereich von 15° bis 60°, insbesondere im Bereich von 30° bis 55°, 35° bis 52° oder 43° bis 48° zu der Mittellinie verläuft. Beispielsweise ist ein Aufbauwinkel von 45° vorgesehen.
Die Mittellinie des herzustellenden Kühlkanals kann hierbei durch eine virtuelle Linie definiert sein, zu der ein den Rücksprung nicht aufweisender Basisströmungsquerschnitt des Kühlkanals in dem Umlenkbereich spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Wird folglich in der Querschnittsansicht die V-förmige Kontur des Rücksprungs weggedacht, ergibt sich der Basisströmungsquerschnitt, der spiegelsymmetrisch zu der Mittellinie aufgebaut ist und beispielsweise kreisförmig, oval oder rechteckförmig ist.
Bei dem herzustellenden Triebwerksbauteil kann es sich insbesondere um eine Brennkammerschindel handeln.
Im Übrigen ist durch ein vorgeschlagenes Herstellungsverfahren auch ein vorgeschlagenes Triebwerksbauteil herstellbar, sodass vorstehend und nachstehend erläuterte Vorteile und Merkmale für Ausführungsvarianten eines vorgeschlagenen Triebwerksbauteils auch für Ausführungsvarianten eines vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens gelten und umgekehrt.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung
Hierbei zeigen:

1 ausschnittsweise ein Triebwerksbauteil in einer Querschnittsansicht durch das Triebwerksbauteil und mit Blickrichtung quer zu Ein- und Ausströmrichtungen eines in einem Kühlkanal des Triebwerksbauteils geführten Fluids;
2 in mit der 1 übereinstimmender Ansicht das Triebwerksbauteil unter Darstellung einer Aufbaurichtung für die additive, schichtweise Herstellung des Triebwerksbauteils und eines längserstreckten Rücksprungs an einer zweiten, inneren Kanalwand des Kühlkanals;
3A-3C in einer entsprechend einer Bezugsebene A-A der 2 definierten Querschnittsansicht durch den Kühlkanal der 2 und mit Blickrichtung entlang einer Erstreckungsrichtung des Kühlkanals unterschiedliche Querschnitte des Kühlkanals, die jeweils durch einen Basisströmungsquerschnitt und einen hieran angesetzten im Querschnitt V-förmigen Rücksprung definiert sind;
4 eine vergrößerte Darstellung des Querschnitts der 3B unter Veranschaulichung eines Aufbauwinkels für die Vorgabe eines Verlaufs eines Wandabschnitts der inneren Kanalwand, der einen Schenkel der V-Form des Rücksprungs definiert;
5 ein Triebwerk, in dem ein Triebwerksbauteil entsprechend den 1 bis 4 zum Einsatz kommt;
6 ausschnittsweise und in vergrößertem Maßstab eine Brennkammer des Triebwerks der 5;
7 in Querschnittsansicht den grundsätzlichen Aufbau einer Brennkammer in nochmals gegenüber der 6 vergrößertem Maßstab.

Die 5 veranschaulicht schematisch und in Schnittdarstellung ein (Turbofan-) Triebwerk T, bei dem die einzelnen Triebwerkskomponenten entlang einer Rotationsachse oder Mittelachse M hintereinander angeordnet sind und das Triebwerk T als Turbofan-Triebwerk ausgebildet ist. An einem Einlass oder Intake E des Triebwerks T wird Luft entlang einer Eintrittsrichtung mittels eines Fans F angesaugt. Dieser in einem Fangehäuse FC angeordnete Fan F wird über eine Rotorwelle S angetrieben, die von einer Turbine TT des Triebwerks T in Drehung versetzt wird. Die Turbine TT schließt sich hierbei an einen Verdichter V an, der beispielsweise einen Niederdruckverdichter 111 und einen Hochdruckverdichter 112 aufweist, sowie gegebenenfalls noch einen Mitteldruckverdichter. Der Fan F führt einerseits in einem Primärluftstrom F1 dem Verdichter V Luft zu sowie andererseits, zur Erzeugung des Schubs, in einem Sekundärluftstrom F2 einem Sekundärstromkanal oder Bypasskanal B. Der Bypasskanal B verläuft hierbei um ein den Verdichter V und die Turbine TT umfassendes Kerntriebwerk, das einen Primärstromkanal für die durch den Fan F dem Kerntriebwerk zugeführte Luft umfasst.
Die über den Verdichter V in den Primärstromkanal geförderte Luft gelangt in einen Brennkammerabschnitt BKA des Kerntriebwerks, in dem die Antriebsenergie zum Antreiben der Turbine TT erzeugt wird. Die Turbine TT weist hierfür eine Hochdruckturbine 113, eine Mitteldruckturbine 114 und einen Niederdruckturbine 115 auf. Die Turbine TT treibt dabei über die bei der Verbrennung frei werdende Energie die Rotorwelle S und damit den Fan F an, um über die die in den Bypasskanal B geförderte Luft den erforderlichen Schub zu erzeugen. Sowohl die Luft aus dem Bypasskanal B als auch die Abgase aus dem Primärstromkanal des Kerntriebwerks strömen über einen Auslass A am Ende des Triebwerks T aus. Der Auslass A weist hierbei üblicherweise eine Schubdüse mit einem zentral angeordneten Austrittskonus C auf.
Grundsätzlich kann der Fan F auch über eine Verbindungswelle und ein epizyklisches Planetengetriebe mit der Niederdruckturbine 115 gekoppelt und von dieser angetrieben werden. Ferner können auch andere, abweichend ausgestalte Gasturbinentriebwerke vorgesehen sein, bei denen die vorgeschlagene Lösung Anwendung finden kann. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein Beispiel kann das Triebwerk eine Teilungsstromdüse aufweisen, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal B seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse separat ist und radial außen liegt. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal B und der Strom durch den Kern vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbofantriebwerk bezieht, kann die vorgeschlagene Lösung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Fanstufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.
6 zeigt einen Längsschnitt durch den Brennkammerabschnitt BKA des Triebwerks T. Hieraus ist insbesondere in eine (Ring-) Brennkammer BK des Triebwerks T ersichtlich. Zur Einspritzung von Kraftstoff respektive eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einen Brennraum 1 der Brennkammer BK ist eine Düsenbaugruppe vorgesehen. Diese umfasst einen Brennkammerring, an dem entlang einer Kreislinie um die Mittelachse M mehrere Treibstoffdüsen 2 angeordnet sind. Hierbei sind an dem Brennkammerring die Düsenaustrittsöffnungen der jeweiligen Treibstoffdüsen 2 vorgesehen, die innerhalb der Brennkammer BK liegen. Jede Treibstoffdüse 2 umfasst dabei einen Flansch, über den eine Treibstoffdüse 2 an ein Außengehäuse G des Brennkammerabschnitts BKA geschraubt ist.
Die 7 zeigt in nochmals gegenüber der 6 vergrößertem Maßstab und in Schnittdarstellung die Brennkammer BK in zwei unterschiedlichen Varianten A1 und A2. Die Brennkammer BK ist hier über einen Arm 8 und einen Flansch 9 an dem Gehäuse G gehalten. Die Brennkammer BK weist hierbei in an sich bekannter Weise einen Brennraum 1 auf. Die Brennkammer BK kann hierbei, wie in der 7 in der oberen Hälfte als Alternative A1 dargestellt, doppelwandig mit einer Brennkammerwand 7 und Brennkammerschindeln 6 ausgeführt sein oder, wie in der 7 in der unteren Hälfte als Alternative A2 dargestellt, einwandig ausgebildet sein. Die Brennkammerwand 7 und/oder die Brennkammerschindeln 6 sind mit Zumischlöcher 10 sowie Effusionskühllöchern 11 ausgebildet, um die Brennkammerwand 7 und/oder die Brennkammerschindeln 6 zu kühlen und damit gegenüber dem im Betrieb des Triebwerks T heißen Brennraum 1 zu schützen.
Am vorderen Ende der Brennkammer BK ist ein Brennkammerkopf 3 mit einer Kopfplatte 4 vorgesehen. Durch eine entsprechende Durchgangsöffnung in der Kopfplatte 4 und in dem Brennkammerkopf 3 ist die Treibstoffdüse 3 eingesteckt, sodass über die Treibstoffdüse 2 ein Treibstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum 1 eingebracht werden kann. Im Bereich der Treibstoffdüse 2 ist von der Innenseite des Brennraums 1 her ein Hitzeschild 5 an die Kopfplatte 4 montiert, ebenfalls als Schutz vor der im Brennraum 1 entstehenden Hitze. Dabei weist auch der Hitzeschild 5 Effusionskühllöcher 11 zur Kühlung auf.
Entsprechend einer Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Lösung ist nun zur effektiven Ausnutzung der zur Kühlung zur Verfügung stehenden Luftmenge sowie zur verbesserten Herstellung vorgeschlagen, die Kühllöcher 11 an einem Triebwerksbauteil, wie dem Hitzeschild 5, der Brennkammerschindel 6 oder der Brennkammerwand 7, als Kühlkanal mit einer Geometrie auszubilden, bei der eine innere Kanalwand in einem zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung liegenden Umlenkbereich des Kühlkanals 11 einen Rücksprung gegenüber einer gegenüberliegenden äußeren Kanalwand aufweist, der in einer Querschnittsansicht durch den Kühlkanal 11 und über die Blickrichtung entlang einer Erstreckungsrichtung des Kühlkanals 11 V-förmig ausgebildet ist.
Die 1 zeigt hierbei zunächst exemplarisch eine Brennkammerschindel 6, auf der eine Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Lösung aufbaut. Die Brennkammerschindel 6 weist hierbei in der Querschnittsansicht der 1 durch die Brennkammerschindel 6 und mit Blickrichtung quer zu Ein- und Ausströmrichtungen Ra und Rb einen bogenförmigen Verlauf auf. Der Kühlkanal 11 erstreckt sich von einer Einlassöffnung 11a an einer Außenseite AS der Brennkammerschindel 6 zu einer Auslassöffnung 11b an einer Innenseite IS der Brennkammerschindel 6. Über den Verlauf eines etwa mittig angeordneten Umlenkbereichs U des Kühlkanals 11 wird ein an der Einlassöffnung 11a einströmendes Fluid zu der Auslassöffnung 11b derart umgelenkt, dass das Fluid an der Auslassöffnung 11b entlang der Ausströmrichtung Rb mit einer Richtungskomponente Rkb ausströmen, die entgegengesetzt zu einer Richtungskomponente Rka der Einströmrichtung Ra ist, entlang der das Fluid an der Einlassöffnung 11a in den Kühlkanal 11 einströmt. Hierbei strömt das Fluid entlang der Einströmrichtung Ra unter einem spitzen Eintrittswinkel α ≥ 70° in den Kühlkanal 11 ein und strömt entlang der Ausströmrichtung Rb unter einem spitzen Austrittswinkel β ≥ 70° aus dem Kühlkanal 11 aus. Werden die Ein- und Ausströmrichtungen Ra, Rb jeweils als Vektor verstanden, der sich aus zwei zueinander senkrecht verlaufenden Richtungsvektoren zusammensetzt, wechselt wenigstens ein Richtungsvektor für die Richtungskomponenten Rka, Rkb über den Umlenkbereich sein Vorzeichen, sodass das Fluid an der Auslassöffnung 11b mit einer Richtungskomponente Rkb ausströmt, die entgegengesetzt zu der Richtungskomponente Rka der Einströmrichtung Ra verläuft.
Der Kühlkanal 11 weist in der Querschnittsansicht der 1 zwei einander gegenüberliegende Kanalwände 11c, 11d auf. Hierbei liegt eine in Richtung der Einströmrichtung Ra liegende erste, äußere Kanalwand 11c (in der Querschnittsansicht der 1 links ersichtlich) einer zweiten, inneren Kanalwand 11b (rechts in der 1) gegenüber. Die erste, äußere Kanalwand 11c liegt bezogen auf eine Aufbaurichtung BR der Brennkammerschindel 6 unterhalb der zweiten, inneren Kanalwand 11d. Die Aufbaurichtung BR gibt dabei die Richtung vor, entlang der die Brennkammerschindel 6 im Rahmen eines additiven Herstellungsverfahrens, zum Beispiel im Wege eines Lasersinterns, schichtweise an einer Grundplatte, z.B. einer Grundplatte eines 3D-Druckers, aufgebaut wird.
Im Umlenkbereich U weist die innere Kanalrand 11d in der Querschnittsansicht der 1 eine konvexe Wölbung in Richtung der äußeren Kanalwand 11c auf. Eine derartige Geometrie kann zur Folge haben, dass durch den beim schichtweisen Aufbau der Brennkammerschindel 6 vorhandenen Überhang an der inneren Kanalwand 11d im Umlenkbereich U ungeschmolzene Pulverrückstände PR verbleiben. Derartige ungeschmolzene Pulverrückstände PR führen unter Umständen zur Verringerung einer durchströmten Querschnittsfläche und damit zu reduzierter Kühleffektivität an der hergestellten Brennkammerschindel 6. Auch kann sich hierdurch eine geometrisch undefinierte Kühlkanalgeometrie ergeben, wodurch die Streuung eines Kühlluftmassenstroms und/oder die mechanische Integrität der inneren Kanalwand 11d beeinträchtigt werden.
In dieser Hinsicht schafft die vorgeschlagene Lösung Abhilfe, zu der ein Ausführungsbeispiel in der 2 in mit der 1 übereinstimmender Ansicht dargestellt ist.
Hierbei ist bei der Ausführungsvariante der 2 die innere Kanalwand 11d in dem Umlenkbereich U mit einem längserstreckten Rücksprung 11R ausgebildet. Durch diesen definierten Rücksprung 11R ist bei der additiven Herstellung der Brennkammerschindel 6 eine Anhäufung von ungeschmolzenem Pulverrückständen an der bauchig verlaufenden inneren Kanalwand 11d weitestgehend ausgeschlossen. Durch den Rücksprung 11R ist das Kühlkanaldesign im Bereich des Überhangs an der inneren Kanalwand 11d modifiziert und die Oberfläche der inneren Kanalwand 11d im Vergleich zu der Ausgangsgeometrie der 1 zurückgesetzt ausgeführt.
Dabei ist der Rücksprung 11R in einer Querschnittsansicht durch den Kühlkanal 11 entsprechend der Bezugsebene A-A der 2 mit Blickrichtung entlang des Kühlkanals 11 V-förmig ausgestaltet. Durch diese V-Form des Rücksprungs 11R können die V-Form definierende Wandabschnitte 11.1d, 11.2d der Inneren Kanalwand 11d selbststützend ausgebildet sein und damit eine selbsttragende Struktur bilden. Die innere Kanalwand 11d bleibt somit bei der additiven Fertigung der Brennkammerschindel 6 ohne Stützstruktur in Form und weist eine ausreichende Stabilität auf. Während des Herstellungsprozesses muss derart nicht befürchtet werden, dass ein Wandabschnitt 11.1d oder 11. 2d der inneren Kanalwand 11d kollabiert.
Grundsätzlich kann in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass ein Durchströmquerschnitt des Kühlkanals 11 entlang seines Verlaufs von der Einlassöffnung 11a zu der Auslassöffnung 11b variiert. Insbesondere der Kühlkanal 11 kann zur Kompensation des den Durchströmquerschnitt zumindest lokal vergrößernden Rücksprungs 11R im Bereich des Rücksprungs 11R mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet sein.
Exemplarische Querschnitte des Kühlkanals 11 in dem den Rücksprung 11R aufweisenden Umlenkbereich U sind in den 3A, 3B und 3C gezeigt.
In der Ausführungsvariante der 3A ist der Kühlkanal 11 mit einem kreisförmigen Basisströmungsquerschnitt ausgebildet. Der V-förmige Rücksprung 11R stellt sich hierbei somit in der Querschnittsansicht als seitlicher Fortsatz an den kreisförmigen Basisströmungsquerschnitt dar, über den der Strömungsquerschnitt vergrößert ist. Die beiden die V-Form des Rücksprungs 11 R definierenden Wandabschnitte 11.1d und 11.2d schließen zwischen sich einen (Spreiz-) Winkel φ im Bereich von 60° bis 150° ein. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3A liegt der Winkel φ zwischen den beiden Wandabschnitten 11.1d und 11.2d z.B. im Bereich von oder bei exakt 90°.
Bei den Querschnittsansichten der 3B und 3C wird von einem Kühlkanal 11 mit einem ovalen oder einem rechteckförmigen Basisströmungsquerschnitt ausgegangen. Bei der Ausführungsvariante gemäß der 3B ist ein ovaler Basisströmungsquerschnitt des Kühlkanals 11 vorgesehen, während bei der Ausführungsvariante gemäß der 3C ein rechteckförmiger Basisströmungsquerschnitt des Kühlkanals 11 vorgesehen ist. Der seitlich durch den Rücksprung 11R gebildete Fortsatz weist hierbei zwei Wandabschnitte 11.1d und 11.2d der inneren Kanalwand 11d auf, die zwischen sich einen Winkel φ im Bereich von 110° einschließen.
Der Kühlkanal 11 weist vor und nach dem Umlenkbereich U mit dem längserstreckten Rücksprung 11R (und damit in der Figur oberhalb und unterhalb des Umlenkbereichs U) den jeweiligen Basisströmungsquerschnitt auf, so zum Beispiel bei der Ausführungsvariante der 3A einen kreisförmigen, bei der Ausführungsvariante der 3B ein ovalen und bei der Ausführungsvariante 3C einen rechteckförmigen Basisströmungsquerschnitt.
Wie bereits erläutert, können durch den über die sich rechtwinklig oder stumpfwinklig kreuzenden Wandabschnitte 11.1d und 11.2d definierten Rücksprung 11R bei der additiven Herstellung der Brennkammerschindel 6 insbesondere störende, nicht geschmolzene Pulverrückstände PR an der inneren Kanalwand 11d in dem Umlenkbereich U vermieden werden, wenn die Brennkammerschindel 6 durch Lasersintern hergestellt wird. Hierüber kann, in Abhängigkeit von dem verwendeten Werkstoff und dem Herstellungsverfahren, gegebenenfalls auch erreicht werden, dass die Wandabschnitte 11.1d und 11.2d während des schichtweisen Aufbaus der Brennkammerschindel 6 entlang der Aufbaurichtung BR eine selbsttragende Struktur bilden, die ohne Stützstruktur ausreichend eigensteif ist und dementsprechend in der gewünschten Form verbleibt, bis die innere Kanalwand 11d vollständig aufgebaut ist.
Mit Blick auf eine computergestützte Herstellung der Brennkammerschindel 6 kann es sich ferner anbieten, den Verlauf der Wandabschnitte 11.1d und 11.2d nicht nur über den (Spreiz-) Winkel φ, sondern auch noch anderweitig und zwar (stärker) orientiert an dem Basisströmungsquerschnitt zu definieren. So weist jeder der dargestellten Basisströmungsquerschnitt eine zu einer Mittellinie L spiegelsymmetrische Form auf. Exemplarisch ist dies für die 4 in vergrößertem Maßstab für das Ausführungsbeispiel der 3B gezeigt. Die Wandabschnitte 11.1d und 11.2d, die den Rücksprung 11R ausbilden sollen, werden im Rahmen der additiven Fertigung nun derart schichtweise aufgebaut, dass jeder Wandabschnitt 11.1d, 11.2d in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal 11 und mit Blickrichtung entlang der Erstreckungsrichtung des Kühlkanals 11 entsprechend den 3A bis 3C und 4 unter einem Aufbauwinkel γ ≥ 15° zu der Mittellinie L des Kühlkanals 11 verlaufen.
Hierbei wird sich zunutze gemacht, dass die innere Kanalwand 11d beim schichtweisen Aufbau der Brennkammerschindel 6 an einer Grundplatte eines 3D-Druckers - bezogen auf die Aufbaurichtung BR - oberhalb der äußeren Kanalwand 11c liegt und damit unter Vorgabe eines entsprechenden Aufbauwinkels γ bei der Generierung der Brennkammerschindel 6 den Wandabschnitten 11.1d und 11.2d eine Eigenstabilität und damit bereits während der Fertigung eine selbststützende Geometrie mitgegeben werden kann.
Die vorgeschlagene Lösung ist hierbei selbstverständlich nicht auf einen konstant verlaufenden (Basisströmungs-) Querschnitt außerhalb des Umlenkbereichs U beschränkt. Beispielsweise kann sich in Strömungsrichtung des Fluids - hier der Kühlluft - durch den Kühlkanal 11 ein Strömungsquerschnitt von einem im Wesentlichen runden Querschnitt mit einem Durchmesser D zu einem flachen Schlitz mit einer Breite B (in Umfangsrichtung bezüglich des bestimmungsgemäß eingebauten Zustands in der Brennkammer BK) und einer Höhe H (senkrecht auf der Innenseite IS der Brennkammerschindel 6 und damit der heißen Seite der Brennkammer BK) verändern. Dabei soll gelten B > D und H < D. Hierbei wird die sich durch den Rücksprung 11R lokal verändernde Querschnittsgeometrie im Umlenkensbereich U einer entsprechenden größerskaligen Querschnittsveränderung entlang der Erstreckung des Kühlkanals 11 überlagert.
Bezugszeichenliste

1: Brennraum
10: Zumischloch / -kanal
11: (Effusions-) Kühlloch / -kanal
11.1d, 11.2d: Wandabschnitt
111: Niederdruckverdichter
112: Hochdruckverdichter
113: Hochdruckturbine
114: Mitteldruckturbine
115: Niederdruckturbine
11a: Einlassöffnung
11b: Auslassöffnung
11c: (äußere) Kanalwand
11d: (innere) Kanalwand
11R: Rücksprung
2: Treibstoffdüse
3: Brennkammerkopf
4: Kopfplatte
5: Hitzeschild (Triebwerksbauteil)
6: Brennkammerschindel (Triebwerksbauteil)
7: Brennkammerwand (Triebwerksbauteil)
8: Arm
9: Flansch
A: Auslass
AS: Außenseite
B: Bypasskanal
BK: Brennkammer
BKA: Brennkammerabschnitt
BR: Herstellungs- / Aufbaurichtung
C: Autrittskonus
E: Einlass / Intake
F: Fan
F1, F2: Fluidstrom
FC: Fangehäuse
G: Gehäuse
IS: Innenseite
L: Mittellinie
M: Mittelachse / Rotationsachse
PR: Pulverrückstände
Ra: Eintrittsrichtung
Rb: Austrittsrichtung
Rka, Rkb: Richtungskomponente
S: Rotorwelle
T: (Turbofan-)Triebwerk
TT: Turbine
U: Umlenkbereich
V: Verdichter
α: Eintrittswinkel
β: Austrittswinkel
γ: Aufbauwinkel
φ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0097285 A1 [0003]
US 2017176006 A1 [0003]

Claims

Triebwerksbauteil, mit mindestens einem Kühlkanal (11), der - sich von einer Einlassöffnung (11a) an einer ersten Seite (AS) des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) zu einer Auslassöffnung (11b) an einer zweiten Seite (IS) des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) durch das Triebwerksbauteil (5, 6, 7) hindurch erstreckt, wobei entlang einer Einströmrichtung (Ra) an der Einlassöffnung (11a) in den Kühlkanal (11) einströmendes Fluid an der Auslassöffnung (11b) entlang einer Ausströmrichtung (Rb) ausströmen kann, und - in einer Querschnittsansicht durch das Triebwerksbauteil (5, 6, 7) und mit Blickrichtung quer zu den Ein- und Ausströmrichtungen (Ra, Rb) eine erste, äußere Kanalwand (11c), die in Richtung der Einströmrichtung (Ra) liegt, und eine zweite, innere Kanalwand (11d), die der ersten, äußeren Kanalwand (11c) gegenüberliegt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, innere Kanalwand (11d) in einem zwischen der Einlassöffnung (11a) und der Auslassöffnung (11b) liegenden Bereich (U) des Kühlkanals (11) einen Rücksprung (11R) gegenüber der ersten, äußeren Kanalwand (11c) aufweist, der in einer Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) und mit Blickrichtung entlang einer Erstreckungsrichtung des Kühlkanals (11) V-förmig ausgebildet ist.
Triebwerksbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der mindestens eine Kühlkanal (11) über seinen Verlauf in einem Umlenkbereich (U) ein an der Einlassöffnung (11a) einströmendes Fluid zu der Auslassöffnung (11b) derart umlenkt, dass das Fluid an der Auslassöffnung (11b) entlang der Ausströmrichtung (Rb) mit einer Richtungskomponente (Rkb) ausströmt, die entgegengesetzt zu einer Richtungskomponente (Rka) der Einströmrichtung (Ra) ist, entlang der das Fluid an der Einlassöffnung (11a) in den Kühlkanal (11) einströmt, und - die zweite, innere Kanalwand (11d) in dem zwischen der Einlassöffnung (11a) und der Auslassöffnung (11b) liegenden Umlenkbereich (U) des Kühlkanals (11) den Rücksprung (11R) gegenüber der ersten, äußeren Kanalwand (11c) aufweist, der in einer Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) und mit Blickrichtung entlang einer Erstreckungsrichtung des Kühlkanals (11) V-förmig ausgebildet ist.
Triebwerksbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wandabschnitte (11.1d, 11.2d) der zweiten, inneren Kanalwand (11d), die in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) zwei Schenkel des V-förmigen Rücksprungs (11R) definieren, einen Winkel (φ) zwischen sich einschließen, der größer als oder gleich 60° ist.
Triebwerksbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wandabschnitte (11.1d, 11.2d) der zweiten, inneren Kanalwand (11d) einen Winkel (φ) im Bereich von 60° bis 150°, insbesondere im Bereich von 70° bis 120°, 76° bis 110° oder 84° bis 94° zwischen sich einschließen.
Triebwerksbauteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wandabschnitte (11.1d, 11.2d) der zweiten, inneren Kanalwand (11d) einen Winkel (φ) von 90° zwischen sich einschließen.
Triebwerksbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wandabschnitte (11.1d, 11.2d) der zweiten, inneren Kanalwand (11d) in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) jeweils einen von zwei zwischen sich einen Winkel (φ) einschließenden Schenkeln des V-förmigen Rücksprungs (11R) definieren und wenigstens einer der zwei Wandabschnitte (11.1d, 11.2d) in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) unter einem Aufbauwinkel (γ) größer als oder gleich 15° zu einer Mittellinie (L) des Kühlkanals (11) verläuft, zu der ein den Rücksprung (11R) nicht aufweisender Basisströmungsquerschnitt des Kühlkanals (11) in dem den Rücksprung (11R) aufweisenden Bereich (U) spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.
Triebwerksbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der zwei Wandabschnitte (11.1 d, 11.2d) in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) unter einem Aufbauwinkel (γ) im Bereich von 15° bis 60°, insbesondere im Bereich von 30° bis 55°, 35° bis 52° oder 43° bis 48° zur der Mittellinie (L) verläuft.
Triebwerksbauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der zwei Wandabschnitte (11.1 d, 11.2d) in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) unter einem Aufbauwinkel (γ) von 45° zur der Mittellinie (L) verläuft.
Triebwerksbauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisströmungsquerschnitt des Kühlkanals (11) in dem den Rücksprung (11R) aufweisenden Bereich (U) kreisförmig, oval oder rechteckförmig ist.
Triebwerksbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, jeweils bezogen auf einen mathematisch positiven Drehsinn, in der Querschnittsansicht durch das Triebwerksbauteil (5, 6, 7) und mit Blickrichtung quer zu den Ein- und Ausströmrichtungen (Ra, Rb) die Einströmrichtung (Ra) unter einem Winkel α ≥ 70° zu einem die Einlassöffnung (11a) berandenden Rand der ersten Seite (AS) des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) verläuft und ein die Auslassöffnung (11b) berandender Rand der zweiten Seite (IS) des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) unter einem Winkel β ≥ 70° zu der Ausströmrichtung (Rb) verläuft.
Triebwerksbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerksbauteil durch eine Brennkammerschindel (6) gebildet ist.
Verfahren zur additiven Herstellung eines Triebwerksbauteils (5, 6, 7) mit mindestens einem Kühlkanal (11), wobei das Triebwerksbauteil (5, 6, 7) schichtweise in einer Aufbaurichtung (BR) mit einem Kühlkanal (11) aufgebaut wird, der - sich von einer Einlassöffnung (11a) an einer ersten Seite (AS) des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) zu einer Auslassöffnung (11b) an einer zweiten Seite (IS) des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) durch das Triebwerksbauteil (5, 6, 7) hindurch erstreckt, wobei entlang einer Einströmrichtung (Ra) an der Einlassöffnung (11a) in den Kühlkanal (11) einströmendes Fluid an der Auslassöffnung (11b) entlang einer Ausströmrichtung (Rb) ausströmen kann, und - mit in einer Querschnittsansicht durch das Triebwerksbauteil (5, 6, 7) und mit Blickrichtung quer zu der Aufbaurichtung (BR) eine erste, äußere Kanalwand (11c), die in Richtung der Einströmrichtung (Ra) liegt, und eine zweite, innere Kanalwand (11d), die der ersten, äußeren Kanalwand (11c) gegenüberliegt, herzustellen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, innere Kanalwand (11d) in einem zwischen der Einlassöffnung (11a) und der Auslassöffnung (11b) liegenden Bereich (U) des Kühlkanals (11) mit einem Rücksprung (11R) gegenüber der ersten, äußeren Kanalwand (11c) ausgebildet wird, der in einer Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) und mit Blickrichtung entlang einer Erstreckungsrichtung des Kühlkanals (11) V-förmig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - der Kühlkanal (11) über seinen Verlauf in einem Umlenkbereich (U) ein an der Einlassöffnung (11a) einströmendes Fluid zu der Auslassöffnung (11b) derart umlenken kann, dass Fluid entlang der Ausströmrichtung (Rb) an der Auslassöffnung (11b) mit einer Richtungskomponente (Rkb) ausströmt, die entgegengesetzt zu einer Richtungskomponente (Rka) der Einströmrichtung (Ra) ist, entlang der das Fluid an der Einlassöffnung (11a) in den Kühlkanal (11) einströmt, und - die zweite, innere Kanalwand (11d) in dem zwischen der Einlassöffnung (11a) und der Auslassöffnung (11b) liegenden Umlenkbereich (U) des Kühlkanals (11) mit dem Rücksprung (11R) gegenüber der ersten, äußeren Kanalwand (11c) ausgebildet wird, der in einer Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) und mit Blickrichtung entlang einer Erstreckungsrichtung des Kühlkanals (11) V-förmig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die den herzustellenden Rücksprung (11R) bildenden Wandabschnitte (11.1d, 11.2d) der zweiten, inneren Kanalwand (11) während des Aufbaus des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) selbsttragend sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, innere Kanalwand (11d) in Aufbaurichtung (BR) oberhalb der ersten, äußeren Kanalwand (11c) liegt und damit bei der additiven Herstellung des Triebwerksbauteils (5, 6, 7) erst nach der ersten, äußeren Kanalwand (11c) vollständig aufgebaut ist, sodass ein den Rücksprung (11R) aufweisender Bereich an der zweiten, inneren Kanalwand (11d) bei der additiven Herstellung des Triebwerksbauteils (5, 6, 7), bezogen auf die Aufbaurichtung (BR), unter Ausbildung eines Überhangs aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufbauwinkel (γ) vorgegeben wird, der in einer sich parallel zu der Aufbaurichtung (BR) erstreckenden Bezugsebene (A-A) zwischen einer quer zu der Aufbaurichtung (BR) verlaufenden Mittellinie (L) und einem herzustellenden Wandabschnitt (11.1 d, 11.2d) der zweiten, inneren Kanalwand (11d), der in der Querschnittsansicht durch den Kühlkanal (11) einen Schenkel des V-förmigen Rücksprungs (11R) bilden soll, eingeschlossen ist und der herzustellende Wandabschnitt (11.1d, 11.2d) derart aufgebaut wird, dass der Wandabschnitt (11.1d, 11.2d) unter einem Aufbauwinkel (γ) größer als oder gleich 15° zu der Mittellinie (L) verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das herzustellende Triebwerksbauteil eine Brennkammerschindel (6) ist.