DE102021214605A1

DE102021214605A1 - Bauteil eines Gasturbinentriebwerks und Verfahren zur Herstellung des Bauteils

Info

Publication number: DE102021214605A1
Application number: DE102021214605.8A
Authority: DE
Inventors: Christoph Klaus; Reyya Nitin Rao; Sebastian Spitzer; Maik Gude
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-22
Also published as: US20230193770A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (1) eines Gasturbinentriebwerks (10), das Faserverbundmaterial mit einer Vielzahl von Rovings (100) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Roving (100) des Faserverbundmaterials entlang seiner räumlichen Erstreckung (R) einen variablen Querschnitt (QA, QB, QC) aufweist, mindestens zwei Rovings (100) jeweils einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen und / oder der mindestens eine Roving (100) einer variablen Richtung folgt und der mindestens eine Roving (100) mittels eines Tailored Fibre Placements abgelegt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren eines Bauteils (1).

Description

Die Erfindung betrifft Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung des Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 19.
Viele Bauteile in einem Gasturbinentriebwerk eines Flugzeuges unterliegen hohen strukturmechanischen Anforderungen und gleichzeitig strengen Randbedingungen hinsichtlich des Gewichtes. Ein Beispiel für ein solches Bauteil ist eine lasttragende Leitschaufel in einem Gasturbinentriebwerk.
Metallische Bauteile weisen ein hohes Gewicht auf. Bauteile aus Faserverbundmaterialien sind grundsätzlich bekannt, um diese Anforderungen zu erfüllen. Dabei lassen sich mit uni- oder bidirektionalen Faserverbundwerkstoffen diese Anforderungen nicht immer erfüllen.
Daher besteht die Aufgabe, verbesserte Bauteile in dieser Richtung zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dabei wird ein Bauteil eingesetzt, das Faserverbundmaterial mit einer Vielzahl von Rovings aufweist.
Als Roving wird dabei grundsätzlich ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Filamenten (Endlosfasern) bezeichnet. Der Querschnitt eines Rovings kann dabei unterschiedliche Formen, wie z.B. kreisförmig, elliptisch oder auch annähernd rechteckig sein. Es ist grundsätzlich bekannt, dass Filamente aus Glas, Aramid oder Kohlenstoff zu Rovings zusammengefasst werden.
Bei dem Bauteil weist mindestens ein Roving des Faserverbundmaterials entlang seiner räumlichen Erstreckung einen variablen Querschnitt auf, mindestens zwei Rovings weisen jeweils einen unterschiedlichen Querschnitt auf und / oder der mindestens eine Roving folgt einer variablen Richtung. Somit können die Rovings können entlang ihres Verlaufs jeweils variable und konstante Querschnitte aufweisen. Es kann auch unterschiedliche Roving-„Pakete“ geben, die unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Zusätzlich kann ein Roving entlang seiner räumlichen Erstreckung noch einen variablen Querschnitt aufweisen und einer variablen Richtung folgen.
Da ein Roving eine Zusammenfassung von Garnen darstellt, hat er auch eine räumliche Erstreckung, die z.B. abschnittsweise linear oder abschnittsweise gekrümmt sein kann. Senkrecht zu dieser räumlichen Erstreckung liegen dann Querschnitte, von denen mindestens zwei unterschiedliche Formen aufweisen. Dies bedeutet z.B., dass der mindestens eine Roving keinen konstanten, sondern einen variablen Querschnitt aufweist und/oder einen ein- oder mehrdimensionalen Verlauf haben kann. Somit weist das Bauteil z.B. eine variabel-axiale Faserstruktur, möglicherweise mit einem variablem Querschnitt auf. So kann z.B. der Roving in einem Querschnitt einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, in einem anderen Querschnitt einen elliptischen Querschnitt. Dieser Roving kann gestreckt oder gekrümmt oder variabelaxial sein.
Des Weiteren ist der mindestens eine Roving mittels eines Tailored Fibre Placements (TFP) abgelegt. Beim TFP wird das Grundprinzip des Stickens ausgenutzt, um ein zusätzliches Funktionsmaterial, hier den mindestens einen Roving, auf einem Stickgrund zu fixieren.
Da die Bauteile in einem Gasturbinentriebwerk häufig nicht nur komplexe Geometrien aufweisen, sondern auch komplexen mechanischen Belastungen unterliegen, kann der Einsatz von mindestens einem Roving mit variablen Querschnitten den geometrischen und mechanischen Gegebenheiten angepasst werden. Das Ablegen des mindestens einen Rovings mittels TFP erlaubt dabei gleichzeitig die Fixierung des gewünschten Querschnittes, als auch die Anordnung entsprechend den strukturmechanischen Anforderungen.
Somit kann eine variabel-axiale Faserverbundstruktur eines Bauteils dazu dienen, maßgeschneiderte Faserverläufe z.B. für die in Leitschaufeln induzierten komplexen lokal veränderlichen Spannungszustände abzubilden. Dies bringt somit einen erheblichen Vorteil gegenüber klassischen Faserverbundstrukturen mit uni- oder bidirektionalem Faserverlauf.
Damit können insbesondere Bauteile, wie z.B. Schaufeln, geschaffen werden, für die nur ein kleiner Bauraum zur Verfügung steht. Dies ist z.B. häufig bei kompakten Gasturbinentriebwerken bei Geschäftsflugzeugen der Fall.
In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Roving entlang einer Hauptbelastungsrichtung des Bauteils orientiert. Ein Roving hat eine räumliche Erstreckung, die im Wesentlichen einer Linie folgt. Diese Linie des Rovings mit variablem Querschnitt kann gut den mechanischen Belastungen angepasst werden.
Dabei können z.B. in zwei Schnittebenen des Bauteils die Form und / oder die Fläche der jeweiligen Querschnittsflächen der Rovings von der Form der Querschnittsflächen des Bauteils abhängen. Da die Bauteile, z.B. eine Leitschaufel, komplexe Querschnitte aufweist, können diese durch Rovings mit unterschiedlichen Querschnitten gebildet werden oder diesen angepasst werden.
Auch kann z.B. die Querschnittsfläche des mindestens einen Rovings im Wesentlichen flach, rechteckig mit gerundeten Ecken, trapezförmig oder keilförmig sein.
Ferner kann z.B. die Querschnittsfläche der Rovings im Wesentlichen elliptisch (einschließlich der Kreisform) ausgebildet sein, wobei die Länge der großen Halbachse der Querschnittsflächen von der größten Längserstreckung des Bauteils der Querschnittsflächen in der jeweiligen Schnittebene abhängt. Je länglicher die Querschnittsfläche des Bauteils, desto länglicher die elliptischen Querschnitte der Rovings.
Es ist auch möglich, dass in mindestens zwei Schnittebenen des Bauteils das Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen der Rovings und den Querschnittsflächen des Bauteils konstant ist.
In einer Ausführungsform ist das Bauteil als Schaufel, insbesondere Leitschaufel, ausgebildet. Ein solches Bauteil muss, insbesondere, wenn es als lastragende Schaufel in einer Zwischengehäusestruktur eines Gasturbinentriebwerks angeordnet ist, erheblichen mechanischen Belastungen standhalten, so dass die Verstärkung durch die variabel-axialen Rovings von Bedeutung ist.
In einer Ausführungsform des Bauteils ist dieses im Faserverbund mit mindestens einem weiteren Bauelement verbunden. Die Rovings mit variablen Querschnitten können sich somit nicht nur auf das eigentliche Bauteil erstrecken, sondern auch anschließende Bauelemente mit einbeziehen. So können z.B. an einer Schaufelstruktur als Bauteil, Plattformen oder Flansche zur Verbindung dem Gasturbinentriebwerk einstückig im Faserverbund hergestellt werden, wobei sich die Orientierung der Rovings an den Lastfall im Bauteil und dem weiteren Bauelement anpassen kann.
Dabei ist es u.a. möglich, dass das mindestens eine Bauelement mindestens ein Verbindungselement aufweist oder mit mindestens einem Verbindungselement verbindbar ist. Ein Verbindungselement kann z.B. bereits eine Bohrung sein, die eine Schraub- oder Nietverbindung aufnehmen kann. Insbesondere kann dabei das mindestens eine Verbindungselement ein Verstärkungsmittel aufweisen und / oder die Rovings sind im Bereich des mindestens einen Verbindungselementes an dessen Form angepasst.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Übergangsbereich vorgesehen, der sich mindestens teilweise, insbesondere aber allseitig, um eine Schaufelstruktur erstreckt und wobei der Übergangsbereich die Schaufelstruktur mit einer Plattform verbindet und die Verbindung insbesondere unter einem Winkel zwischen 60° bis 120°, insbesondere unter 90° besteht. Die Rovings erstrecken sich dabei von der Schaufelstruktur über den Übergangsbereich in die Plattform hinein.
Dabei kann das mindestens eine weitere Bauelement, insbesondere eine Plattform, eine Schließlage aus Fasermaterial aufweisen, insbesondere mit einem isotropen Lagenaufbau oder einer Faserorientierung von einer Plattformlängsseite zur anderen. Die Fasern verlaufen von dem eigentlichen Bauteil, z.B. der Schaufelstruktur unter einem Winkel in die Plattform. Die Schließlage schließt dabei z.B. aufstülpende Fasern ab.
Insbesondere bei einer Aufstülpung können sich im Bereich zwischen der Schaufelstruktur und dem Bauelement (z.B. der Plattform) Hohlräume bilden, in denen in einer Ausführungsform ein Füllmaterial angeordnet wird, das insbesondere unidirektionale Fasern und / oder ein Geflecht aufweist.
Auch kann eine Schaufel über eine polymer-adhäsive Verbindung und / oder ein metallisches Verbindungsmittel mit dem Bauelement, insbesondere eine Plattform, verbunden sein.
Um zusätzlichen Schutz vor mechanischen Belastungen zu geben, kann in einer Ausführungsform ein metallisches Bauteil als Schutzfläche an besonders beanspruchten Flächen eingesetzt werden.
Das Bauteil kann z.B. in einem Gasturbinentriebwerk angeordnet sein, wobei das Gasturbinentriebwerk insbesondere als Turbofantriebwerk ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.
Dabei erhält mindestens ein Roving eines Faserverbundmaterials entlang seiner räumlichen Erstreckung beim Ablegen mittels eines Tailored Fibre Placements einen variablen Querschnitt, das mindestens zwei Rovings jeweils einen unterschiedlichen Querschnitt erhalten und / oder der mindestens eine Roving einer variablen Richtung folgt.
Der variable Querschnitt kann insbesondere beim Ablegen durch eine Variation der Rovingspannung, durch eine Variation der Faserdichte im Roving, durch eine Variation der Strickfadenposition und / oder eine Variation der Rovingführung vor dem Sticken erzielt werden. Wenn z.B. die Fasern beim Verlegen mit dem TFP Verfahren unterschiedliche gezogen oder gestaucht werden, ändert sich die Form und / oder die Größe der Querschnittsfläche des Rovings.
In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Roving entlang einer Hauptbelastungsrichtung des Bauteils abgelegt werden.
Die Querschnittsflächen der Rovings können dabei z.B. so geformt werden, dass sie in mindestens zwei Schnittebenen des Bauteils von der Form der Querschnittsflächen des Bauteils abhängen.
Insbesondere kann die Querschnittsfläche der Rovings im Wesentlichen elliptisch ausgebildet sein, wobei die Länge der großen Halbachse der Querschnittsflächen von der größten Längserstreckung des Bauteils in der Schnittebene abhängt.
In einer Ausführungsform ist in mindestens zwei Querschnitten des Bauteils das Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen des mindestens einen Rovings (100) und den Querschnittsflächen des Bauteils konstant.
Im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung erläutert. Dabei zeigt

1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine zum Teil weggeschnittene Ansicht eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk;
4 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau einer variabel-axialen Faserverbundkonstruktion;
5 zeigt schematisch ein Tailored Fiber Placement (TFP) Verfahren zur Ablage von Rovings;
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Leitschaufel als Beispiel für ein Bauteil mit einem optimierten Faserverlauf durch Rovings;
7 eine weitere perspektivische Ansicht der Leitschaufel aus 6;
7A eine Schnittansicht der Leitschaufel in der Ebene A-A der 7;
8 zeigt (links) eine Leitschaufel mit Plattformen und einer vertikalen Schnittansicht (rechts) mit unterschiedlichen Faserschichten;
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Doppelschaufel;
10 zeigt schematisch ein Bauteil mit einem Faserverlauf um Bohrungen herum;
11 zeigt perspektivisch eine Ausführungsform einer Leitschaufel als Bauteil mit einer metallischen Vorderkante;
12 zeigt Ausführungsformen von Anbindungen einer Schaufelstruktur an eine Plattform;
13 zeigt eine Ausführungsform einer Zwischengehäusestruktur mit lasttragenden Leitschaufeln.
14 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Leitschaufel mit drei horizontalen Schnittebenen;
14A zeigt eine Schnittansicht entlang der Ebene A-A;
14B zeigt drei schematische Schnittansichten jeweils mit Rovings mit variablen Querschnitten.

Bevor auf Einzelheiten von Bauteilen 1 mit einer besonderen Roving-Struktur eingegangen wird, wird zunächst anhand der 1 bis 3 der technische Kontext eines Gasturbinentriebwerks 10 dargestellt, in dem die Bauteile 1 zum Einsatz kommen.
1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und einen Fan 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Das Kerntriebwerk 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Der Fan 23 ist in dieser Ausführungsform über eine Welle 26 und ein epizyklisches Planetengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben. Die Verwendung eines Planetengetriebes ist aber keineswegs zwingend.
Im Betrieb wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Verbindungswelle 27 an. Der Fan 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das epizyklische Planetengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
Axial am Ausgang der Triebwerksgondel 21 ist eine Zwischengehäusestruktur 50 angeordnet, deren Funktion im Zusammenhang mit den 4 bis 8 noch näher beschrieben wird. In anderen Ausführungsformen kann sich die Triebwerksgondel 21 axial über den Bereich des Niederdruckverdichters 14 erstrecken, bis in den Bereich der Hochdruckturbine 17.
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebe-Fan-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 des epizyklischen Planetengetriebes 30 gekoppelt ist. Mehrere Planetenräder 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind, befinden sich von dem Sonnenrad 28 radial außen und kämmen damit. Der Planetenträger 34 führt die Planetenräder 32 so, dass sie synchron um das Sonnenrad 28 kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Fan 23 dahingehend gekoppelt, seine Drehung um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Ein Außenrad oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer stationären Stützstruktur 24 gekoppelt ist, befindet sich von den Planetenrädern 32 radial außen und kämmt damit.
Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht den Fan 23 umfassen) und / oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die verbindende Welle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die den Fan 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann der Fan 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
Das epizyklische Planetengetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne an ihrem Umfang, um ein Kämmen mit den anderen Zahnrädern zu ermöglichen. Jedoch werden der Übersichtlichkeit halber lediglich beispielhafte Abschnitte der Zähne in 3 dargestellt. Obgleich vier Planetenräder 32 dargestellt werden, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung mehr oder weniger Planetenräder 32 vorgesehen sein können. Praktische Anwendungen eines epizyklischen Planetengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte epizyklische Planetengetriebe 30 ist ein Planetengetriebe, bei dem der Planetenträger 34 über Gestänge 36 mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, wobei das Hohlrad 38 festgelegt ist. Jedoch kann eine beliebige andere geeignete Art von Planetengetriebe 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Planetengetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei der der Planetenträger 34 festgelegt gehalten wird, wobei gestattet wird, dass sich das Hohlrad (oder Außenrad) 38 dreht. Bei solch einer Anordnung wird der Fan 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als ein weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem gestattet wird, dass sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen.
Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Lediglich beispielhaft kann eine beliebige geeignete Anordnung zur Positionierung des Getriebes 30 in dem Gasturbinentriebwerk 10 und / oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Gasturbinentriebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Gasturbinentriebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Gasturbinentriebwerks 10 (beispielsweise zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und den festgelegten Strukturen, wie z. B. dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Beispielsweise ist für den Fachmann ohne weiteres erkenntlich, dass sich die Anordnung von Ausgang und Stützgestängen und Lagerpositionierungen bei einer Sternanordnung (oben beschrieben) des Getriebes 30 in der Regel von jenen, die beispielhaft in 2 gezeigt werden, unterscheiden würden.
Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder epizyklisch planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.
Optional kann das Getriebe Neben- und / oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und / oder einen Nachverdichter) antreiben.
Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und / oder Turbinen und / oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 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. Bei einigen Anordnungen umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 möglicherweise kein Getriebe 30.
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung verlaufen senkrecht zueinander.
Demnach sind in dem Gasturbinentriebwerk 10 insbesondere unterschiedliche Verdichter 14, 15 und Turbinen 17, 19 angeordnet, die jeweils Leit- und Laufschaufeln aufweisen. Im Folgenden wird auf Ausführungsformen von solchen Schaufeln als Bauteil 1 eingegangen, wobei diese hier nur beispielhaft zu verstehen ist.
In der 4 ist schematisch ein Bauteil 1 dargestellt, dass komplex konturierte Oberflächen aufweist. Auch die Dicke t ist an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich ausgebildet. Dieses Bauteil 1 ist als monolithischer Faserverbundkörper aufgebaut. Dabei sind schematisch Rovings 100 angeordnet, die entsprechend einer mechanischen Belastung des Bauteils 1 entsprechend komplexe Verläufe nehmen.
Die Herstellung solcher komplexer Verläufe eines Rovings 100 mittels des grundsätzlich bekannten Tailored Fibre Placement (TFP) Verfahren ist in 5 dargestellt.
Dabei wird ein Bauteil 1 (hier nur teilweise dargestellt) im Raum bewegt, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist.
Ein Roving 100 ist im rechten Teil der 5 bereits mit einer Sticknadelvorrichtung 101 auf dem Bauteil 1 fixiert worden. Dazu wird der Roving mittels einer Rovingführung 102, die beweglich ausgebildet ist, so auf dem Bauteil 1 abgelegt, dass die Sticknadelvorrichtung 101 den Roving 100 auf dem Bauteil fixieren kann. Wie ersichtlich, kann damit dem Roving 100 eine komplexe geometrische Gestalt gegeben werden, so dass der Roving 100 den mechanischen Belastungen des Bauteils 1 entsprechend abgelegt werden kann.
Die Struktur der Rovings 100, insbesondere ein variabler Querschnitt entlang einer räumlichen Erstreckung R (siehe Pfeil in 5), wird dann noch im Zusammenhang mit der 15 erläutert.
Es sei aber schon hier angemerkt, dass beim Ablegen des Rovings 100 die Querschnittsfläche QA, QB, QC gezielt einstellbar ist. Der variable Querschnitt kann insbesondere beim Ablegen durch eine Variation der Rovingspannung, durch eine Variation der Faserdichte im Roving 100, durch eine Variation der Stickfadenposition und / oder eine Variation der Rovingführung vor dem Sticken erzielt werden. Wenn z.B. die Fasern beim Verlegen mit dem TFP Verfahren unterschiedliche gezogen oder gestaucht werden, ändert sich die Form und / oder die Größe der Querschnittsfläche des Roving.
In der 6 ist ein reales Bauteil, nämlich eine Leitschaufel aus einem Gasturbinentriebwerk 10, dargestellt. Die Leitschaufel weist dabei eine Schaufelstruktur 2 auf, die die eigentliche aerodynamische Wirkung aufweist. Die Schaufelstruktur 2 ist hier ein Bauteil, das mit Plattformen 3 als weitere Bauelemente 3 verbunden ist. Über die Plattformen kann die Schaufelstruktur 2 mit anderen (hier nicht dargestellten) Teilen des Gasturbinentriebwerks 10 verbunden werden.
Das Bauteil, hier die Schaufelstruktur 2, weist eine Vielzahl von Rovings 100 auf, die entsprechend der mechanischen Belastungen des Bauteils 2 und unterschiedlichen Richtungen, aber auch mit einer unterschiedlichen Dichte, abgelegt sind. So ist z.B. am vorderen Teil des Fußes der Schaufelstruktur 2 die Dichte der Rovings 100 höher als in anderen Teilen. Hier verlaufen die Rovings 100 über einen Übergangsbereich 8 in die untere Plattform 3 ein.
Damit geht der Faserverbund des Bauteils 1 (hier der Schaufelstruktur 2) in einen Faserverbund der Plattform 3 über, so dass ein einheitliches Faserverbundbauteil vorliegt. Die Fasern der einzelnen Schichten verlaufen von der oberen Plattform 3 durch die Schaufelstruktur 2 in die untere Plattform 3, so dass ein stätiger Kraftfluss ermöglicht wird.
Die Plattformen 3 sind hier all-umseitig um die Schaufelstruktur 2 herum angeordnet, so dass es ringsum einen Übergangsbereich gibt, in dem eine Faserstruktur aus Rovings 100 die Teile miteinander verbindet. In anderen Ausführungsformen ist der Übergangsbereich nicht all-umfassend. Auch sind in der dargestellten Ausführungsform die Plattformen 3 im Wesentlichen unter einem rechten Winkel zur Schaufelstruktur 2 angeordnet, d.h. wenn man die vertikale Erstreckungsrichtung der Schaufelstruktur als Referenzachse nimmt. In anderen Ausführungsformen, kann die Plattform 3 oder ein weiteres Bauelement 3 unter einem Winkel zwischen 60° und 120° angeordnet sein.
In den weiteren Bauelementen der Plattformen 3 sind Bohrungen als Verbindungselemente 4 angeordnet, auf die später noch eingegangen wird.
Eine solche Leitschaufel 1 kann z.B. als lastragende Schaufel in einer Zwischengehäusestruktur 50 eines Gasturbinentriebwerks 10 angeordnet sein, wie dies anhand 13 noch erläutert wird.
In der 7 ist eine andere Ansicht der Leitschaufel 1 aus der 6 dargestellt, wobei eine horizontale Schnittebene A-A eingezeichnet ist. In der 7A ist der Schnitt A-A dargestellt, wobei die relativ dünne Schaufelstruktur 2 auf der Plattform 3 dargestellt ist.
In der 8 ist links - wie in der 7 - eine perspektivische Ansicht einer Leitschaufel 1 dargestellt, bei der eine Schaufelstruktur 2 oben und unten von einer Plattform 3 begrenzt wird. Die Plattformen 3 werden mit einem Übergangsbereich 8 mit der Schaufelstruktur 2 verbunden.
In der 8 ist rechts eine vertikale Schnittansicht durch das links abgebildete Bauteil 1 dargestellt.
Im Bereich der Schaufelstruktur 2 liegt ein Faserverbund vor, der Rovings 100 mit variablen-axialen Querschnitten QA, QB, QC aufweist, was im Zusammenhang mit 14 noch erläutert werden wird.
Die Plattformen 3 weist in den distalen Teilen dabei Faserverbünde auf, die multiaxial symmetrisch ausgebildet sind (symbolisiert durch einen Doppelpfeil). In den Teilen der Plattformen 3 die relativ nahe an der Schaufelstruktur liegen, d.h. im Übergangsbereich 8 sind die Faserverbünde multiaxial asymmetrisch (symbolisiert durch einen einfachen Pfeil) ausgebildet.
Die sich in die Plattformen 3 aufstülpenden Fasern der Schaufelstruktur 2 werden durch eine Schließlage 7 gedeckt, so, dass bei einer Zugbelastung der sich dabei ausprägende Übergangsbereich nicht ausgezogen wird. Die Schließlage 7 kann dabei einen isotropen Lagenaufbau haben, hat aber vorzugsweise eine Faserorientierung von einer Plattform-Längsseite zur anderen (90°).
Durch den Übergang der sich aufstülpenden Faserstruktur von der Schaufelstruktur 2 in die Plattformen 3 hinein ergibt sich ein Bereich im Innern des Bauteils, der mit einem transversalen isotropen Füllmaterial 5 vollständig gefüllt ist. Das Füllmaterial 5 weist dabei eine ähnliche Steifigkeit in Dickenrichtung auf, wie der umgebende Faserverbundwerkstoff. Das Füllmaterial 5 kann dabei z.B. unidirektionale Fasen oder ein Geflecht aufweisen oder aus diesen Materialien bestehen.
In 9 ist eine Abwandlung einer Ausführungsform gemäß 6 oder 8 dargestellt, nämlich eine Doppelleitschaufel. Dabei weist das Bauteil zwei Schaufelstrukturen 2 auf, die unten gemeinsam mit einer Plattform 3 verbunden sind. Am oberen Ende sind die beiden Schaufelstrukturen 2 einzeln mit Plattformen 3 verbunden.
Diese Verbindungen der Schaufelstrukturen 2 mit den Plattformen erfolgt wieder, wie im Zusammenhang mit der 6 oder 8 dargestellt, indem Rovings 100 (hier nicht dargestellt) von einer Plattform 3 über die Schaufelstruktur 2 in eine weitere Plattform 3 übergehen. Damit ist die Schaufelstruktur 2 mit den Plattformen 3 über eine einheitliche Faserverbundstruktur - mit den erwähnten Rovings 100 - verbunden.
An der unteren Plattform 3 ist ein weiteres Bauelement in der Form eines Flansches angeordnet. In dem Flansch sind Bohrungen als Verbindungselemente 4 angeordnet. Gleichermaßen weisen auch die oberen Plattformen 3 Verbindungselemente in Form von Bohrungen auf. Die Bohrungen können z.B. Schraubverbindungen, Bolzen, HiLocks, Klebverbindungen oder Nietverbindungen (hier nicht dargestellt) aufnehmen, mit denen die Doppelleitschaufel mit angrenzenden Teilen des Gasturbinentriebwerkes 10 verbunden werden kann.
Dabei sind die Verbindungselemente 4 so ausgestaltet, dass z.B. Schraubköpfe oder Nietköpfe bündig mit der Oberfläche abschließen, damit ein Luftstrom nicht oder möglichst wenig beeinflusst wird.
Zur Erhöhung der Auszugs- und Lochfestigkeit des laminierten Faserverbundes im Bauteil sind in der Plattform oder dem Flansch 3 um die Verbindungselemente 4 herum Verstärkungen in Form von 3D-Fasern oder Metallblechen, vorzugsweise Titan, angeordnet.
Im Bereich der Anbindungsgeometrie-Hochlastzonen, sprich Flansche, Plattformen und Bohrungen können mithilfe der TFP Fertigungstechnologie die Faserverläufe optimal gestaltet werden. So können z.B. die Fasern gezielt um die Bohrungspositionen herumgeführt werden, um Faserunterbrechungen zu vermeiden und Lasten optimal ein-/abzuleiten. Somit können Minderungen der struktur-mechanischen Eigenschaften reduziert werden.
Diese Faserführung mit den Rovings 100 um die Bohrungen herum ist in 10 dargestellt.
In 11 ist eine Variante der Leitschaufel gemäß der Ausführungsform in 6 oder 8 dargestellt. Hier ist die Vorderkante der Schaufelstruktur 2 mit einem metallischen Bauteil 6 versehen, damit das Verbundmaterial der Schaufelstruktur 2 vor sehr hohen Temperaturen geschützt wird. Damit ist die Schaufelstruktur 2 vor thermischen Einflüssen geschützt. Zusätzlich oder alternativ kann ein Bauteil mit einem metallischen Bauteil 6 auch gegen mechanische Einflüsse geschützt werden.
In 12 ist auf der rechten Seite wieder eine Leitschaufel wie in 6 oder 8 dargestellt. Links davon sind vier unterschiedliche Varianten der Anbindung der Schaufelstruktur 2 an die Plattform 3 dargestellt, d.h. zusätzlich zu den bisher beschriebenen Maßnahmen.
In allen vier Varianten kann eine Kombination von metallischen Verbindungselementen (z.B. Schraubenverbindung) und einer adhäsiven Polymerverbindung vorliegen.
In der Variante „I“ stößt ein Teil der Schaufelstruktur 2 stumpf gegen die Plattform und wird entsprechend verbunden.
In der Variante „T“ weist die Schaufelstruktur 2 am oberen Ende ein T-Stück auf, so dass mehr Raum für Verbindungsmittel bleibt.
In der Variante „Z“ wird am oberen und unteren Ende der Schaufelstruktur ein horizontales Element angeordnet, so dass dort jeweils mehr Platz zum Anbringen von Verbindungsmitteln existiert.
In der Variante „D“ ist die Spitze der Schaufelstruktur 2 von unten durch die Plattform 3 geführt, so dass eine Verbindung in horizontaler Richtung möglich ist.
13 beschreibt dabei den grundsätzlichen Aufbau einer Zwischengehäusestruktur 50. Um die Hauptdrehachse 9 sind konzentrisch drei Ringe angeordnet, der äußere Ring 51, der mittlere Ring 52 und der innere Ring 53. Radial erstrecken sich zwischen den Ringen 51, 52, 53 Schaufelreihen 54, 55 (Statoren), nämlich die äußeren Schaufeln 54 und die inneren Schaufeln 55. Am äußeren Umfang des äußeren Rings 51 ist eine Reihe von Befestigungselementen 56 angeordnet, an denen z.B. zur Montage ein Haken befestig werden kann.
Die äußeren Schaufeln 54 werden von Luft angeströmt, die vom Fan 23 durch den Bypasskanal 22 gefördert wird. Die äußeren Schaufeln 54 dienen dazu, eine effiziente Abströmung aus der Bypassschubdüse 18 zu gewährleisten.
Die inneren Schaufeln 55 werden ebenfalls vom Bypassluftstrom B angeströmt, wobei der Luftstrom durch die inneren Schaufeln 54 in den Hochdruckverdichter 15 geleitet wird. Grundsätzlich sind je nach der Bauform des Gasturbinentriebwerks 10 unterschiedliche Anordnungen von Ringen 51, 52, 53 und Schaufelreihen 54, 55 möglich.
Die innere und die äußere Schaufel 54, 55 ist in der dargestellten Ausführungsform einreihig ausgebildet. Dabei sind die Schaufeln 54, 55 alle mit gleicher Größe (d.h. Länge) ausgebildet, wobei sie auch mechanische Lasten vom inneren Ring 53 über den mittleren Ring 52 auf den äußeren Ring 51 übertragen können.
Für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und möglichst geringer Masse der Zwischengehäusestruktur 50 sind in der dargestellten Ausführungsform die Schaufelreihen 54, 55 als erstes Bauteil aus einem Verbundmaterial, insbesondere einem Faserverbundmaterial, hergestellt und gemäß den Ausführungsformen der 4 bis 12 ausgeführt, d.h. mit Rovings 100 (hier nicht dargestellt) mit variablem Querschnitt.
Die Schaufelreihen 54, 55 werden im Betrieb vor allem aerodynamischen Kräften ausgesetzt. Dieses Material ist leicht, aber auch mechanisch belastbar.
Zweite Bauteile, wie z.B. der mittlere Ring 52 und der innere Ring 53, können aus Metall aufgebaut sein. Diese Bauteile unterliegen im Betrieb mechanischen Belastungen, wie z.B. Torsionsspannungen.
In 14, 14A und 14B wird dargestellt, in welcher Form Rovings 100 des Faserverbundmaterials entlang der räumlichen Erstreckung R einen variablen Querschnitt QA, QB, QC aufweisen. In der 2 war dargestellt worden, wie solche unterschiedlichen Querschnitte QA, QB, QC erzeugt werden können.
14 zeigte eine perspektivische Ansicht einer Leitschaufel 1, wie sie z.B. im Zusammenhang mit den 6 oder 8 dargestellt wurde. Auf die entsprechende Beschreibung kann daher Bezug genommen werden.
Das Bauteil 1, d.h. die Leitschaufel, weist eine Schaufelstruktur 2 und zwei Plattformen 3 auf, mit denen die Leitschaufel 1 an umgebende Teile des Gasturbinentriebwerks 10 angeschlossen werden kann. In der unteren Plattform 3 sind Verbindungselemente 4 in der oben beschriebenen Art dargestellt.
In der 14A ist ein Querschnitt durch die Schaufelstruktur 2 in der Ebene A-A dargestellt.
In der 14 sind insgesamt aber drei Ebenen A-A, B-B, C-C dargestellt, die in unterschiedlichen vertikalen Höhen der Schaufelstruktur 2 liegen. Die (hier nicht dargestellten) Rovings 100 verlaufen in komplexer Weise, wie dies in der Ansicht in 6 dargestellt ist, d.h., sie sind mittels des TPF Verfahrens belastungsangepasst auf der Schaufelstruktur 2 abgelegt worden. Insbesondere können die Rovings 100 entlang einer Hauptbelastungsrichtung angeordnet sein.
In der 14B sind die drei horizontalen Schnitte A, B, C in schematischer Weise dargestellt, bei denen die Rovings (100) jeweils unterschiedliche Querschnitte QA, QB, QC aufweisen.
Die Querschnitt AA, AB, AC durch die Schaufelstruktur 2 sind hier vereinfachend als Rechtecke dargestellt, wobei die Rechtecke hier gleiche Flächen, aber unterschiedliche Längen-Breitenverhältnisse haben. Die Länge wird hier in der x-Richtung, die Breite wird hier in der y-Richtung gemessen.
In der Realität müssen die Flächengrößen der horizontalen Schnitte durch die Schaufelstruktur 2 nicht zwingend gleich sein.
Der Querschnitt AB weist in der dargestellten Ausführungsform das größte Längen-Breitenverhältnis auf, der Querschnitt AC das kleinste.
Die Querschnitte QA, QB, QC der Rovings 100 sind hier als Ellipsen ausgebildet, was einen kreisförmigen Querschnitt als Ellipse mit gleichen Halbachsen einschließt.
Wenn man die Rovings 100 in der Schaufelstruktur 2 von oben (d.h. von Querschnitt AA) nach unten (d.h. bis Querschnitt AC) verfolgt, zeigt sich, dass die Rovings 100 entlang ihrer räumlichen Erstreckung in der Schaufelstruktur 2 variable Querschnitte QA, QB, QC aufweisen. Im oberen Querschnitt AA liegt eine Ellipse mit vergleichsweise geringer Exzentrizität vor.
Der darunterliegende Querschnitt AB ist länglicher. Dementsprechend sind auch die Querschnitte QB der Rovings 100 dem angepasst, indem die elliptischen Querschnitte höhere Exzentrizitäten aufweisen.
Im untersten Querschnitt AC liegt ein relativ gestauchter Querschnitt AC vor. Dementsprechend weisen die Rovings 100 jeweils einen elliptischen Querschnitt QC ohne Exzentrizitäten auf, d.h, es liegt ein kreisförmiger Querschnitt QB vor.
Damit hängt die Form der Querschnittsflächen QA, QB, QC der Rovings 100 in unterschiedlichen Schnittebenen AA, AB, AC von der Form der Querschnittsflächen AA, AB, AC des Bauteils, hier der Schaufelstruktur 2, ab. Damit kann eine beanspruchungsgerechte Anpassung der Rovings 100 nicht nur hinsichtlich der Geometrien der Ablage erfolgen, sondern auch in einer weiteren Dimension, nämlich der Dicke oder Form des Rovings 100.
Im Gegensatz zu Strukturen mit einem uni- oder bidirektionalen Faserverbund ist damit nicht notwendig, dass ein sich verändernder Strukturquerschnitt durch das Hinzufügen oder Weglassen von Rovings gefüllt werden muss. Die in Erstreckungsrichtung R variablen Querschnitte QA, QB, QC tragen dazu bei, dass ein variabler Bauraum ausgefüllt werden kann. Dabei verlaufen die Rovings 100 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel weitestgehend durch die gesamte Struktur des Bauteils 1, was zu einer stetigen Lastübertragung führt. Die Rovings 100 passen sich so an, dass die entsprechenden Querschnitte gefüllt werden.
Auch zeigt dieses Ausführungsbeispiel, dass die Länge der großen Halbachse der Querschnittsflächen QA, QB, QC von der größten Längserstreckung des Bauteils 1 in der jeweiligen der Querschnittsfläche AA, AB, AC abhängt.
Es ist auch möglich, aber nicht zwingend, das in mindestens zwei Schnittebenen des Bauteils 1, z.B. einer Schaufelstruktur 2 das Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen QA, QB, QC der Rovings 100 und den Querschnittsflächen AA, AB, AC des Bauteils 1 konstant ist.
In dem hier dargestellten Beispiel sind die Querschnitte QA, QB, QC der Rovings 100 untereinander in einer Schnittebene AA, AB, AC gleich. Das ist nicht zwingend, da in anderen Ausführungsformen die Rovings 100 z.B. Querschnitte QA, QB, QC aufweisen können, die entlang der Länge (x-Richtung) variabel sind.
So ist es insbesondere möglich, Rovings 100 zu verwenden, wobei bei mindestens zwei Rovings 100 die Querschnitte QA, QB, QC unterschiedlich groß und / oder unterschiedlich geformt sind. Entlang der räumlichen Erstreckung R der jeweiligen Rovings 100 können die Querschnitte QA, QB, QC konstant bleiben oder auch variieren.
Bezugszeichenliste

1: Bauteil, Schaufel
2: Schaufelstruktur (Airfoil)
3: Bauelement (Plattform, Flansch)
4: Verbindungselement
5: Füllmaterial
6: metallisches Bauteil
7: Schießlage
8: Übergangsbereich
9: Hauptdrehachse
10: Gasturbinentriebwerk
11: Kerntriebwerk
12: Lufteinlass
14: Niederdruckverdichter
15: Hochdruckverdichter
16: Verbrennungseinrichtung
17: Hochdruckturbine
18: Bypassschubdüse
19: Niederdruckturbine
20: Kernschubdüse
21: Triebwerksgondel
22: Bypasskanal
23: Fan
24: stationäre Stützstruktur
26: Welle
27: Verbindungswelle
28: Sonnenrad
30: Getriebe
32: Planetenräder
34: Planetenträger
36: Gestänge
38: Hohlrad
40: Gestänge
50: Zwischengehäusestruktur in einem Gasturbinentriebwerk
51: äußerer Ring der Zwischengehäusestruktur
52: mittlerer Ring der Zwischengehäusestruktur
53: innerer Ring der Zwischengehäusestruktur
54: äußere Schaufelreihe der Zwischengehäusestruktur
100: Roving
101: Sticknadelvorrichtung des TFP Prozesses
102: Rovingführung des TFP Prozesses
A: Kernluftstrom
B: Bypassluftstrom
AA: erster Querschnitt eines Bauteils
AB: zweiter Querschnitt eines Bauteils
AC: dritter Querschnitt eines Bauteils
QA: erster Querschnitt eines Rovings
QB: zweiter Querschnitt eines Rovings
QC: dritter Querschnitt eines Rovings
R: Erstreckungsrichtung des Rovings

Claims

Bauteil (1) eines Gasturbinentriebwerks (10), das Faserverbundmaterial mit einer Vielzahl von Rovings (100) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Roving (100) des Faserverbundmaterials entlang seiner räumlichen Erstreckung (R) einen variablen Querschnitt (QA, QB, QC) aufweist, mindestens zwei Rovings (100) jeweils einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen und / oder der mindestens eine Roving (100) einer variablen Richtung folgt und der mindestens eine Roving (100) mittels eines Tailored Fibre Placements abgelegt ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Roving (100) entlang einer Hauptbelastungsrichtung des Bauteils (1) orientiert ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens zwei Schnittebenen des Bauteils (1) die Form und / oder Fläche der Querschnittsflächen (QA, QB, QC) des mindestens einen Rovings (100) von der Form und / oder der Fläche der jeweiligen Querschnittsflächen (AA, AB, AC) des Bauteils (1) abhängt.
Bauteil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (QA, QB, QC) des mindestens einen Rovings (100) im Wesentlichen flach, rechteckig mit gerundeten Ecken, trapezförmig oder keilförmig ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, die Querschnittsfläche (QA, QB, QC) des mindestens einen Rovings (100) im Wesentlichen elliptisch ist, wobei die Länge der großen Halbachse der Querschnittsflächen (QA, QB, QC) von der größten Längserstreckung des Bauteils (1) der Querschnittsflächen (AA, AB, AC) in der jeweiligen Schnittebene abhängt.
Bauteil (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens zwei Schnittebenen des Bauteils (1) das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche (QA, QB, QC) des mindestens einen Rovings (100) und den Querschnittsflächen (AA, AB, AC) des Bauteils (1) konstant ist.
Bauteil (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Schaufel, insbesondere Leitschaufel, ausgebildet ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel als lastragende Schaufel in einer Zwischengehäusestruktur (50) eines Gasturbinentriebwerks (10) angeordnet ist.
Bauteil (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens im Faserverbund mit mindestens einem weiteren Bauelement (3) verbunden ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaufel (1) mit einer Plattform (3) oder einem Flansch als Bauelement (3) verbunden ist.
Bauteil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauelement (3) mindestens ein Verbindungselement (4) aufweist oder mit mindestens einem Verbindungselement (4) verbindbar ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (4) ein Verstärkungsmittel aufweist und / oder die Rovings (100) im Bereich des mindestens einen Verbindungselementes (4) an dessen Form angepasst sind.
Bauteil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch einen Übergangsbereich, der sich mindestens teilweise, insbesondere aber allseitig um eine Schaufelstruktur (2) erstreckt und wobei der Übergangsbereich die Schaufelstruktur (2) mit einer Plattform (3) verbindet und die Verbindung insbesondere unter einem Winkel zwischen 60 bis 120°, insbesondere unter 90° besteht.
Bauteil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauelement (3), insbesondere eine Plattform, eine Schließlage (7) aus Fasermaterial aufweist, insbesondere mit einem isotropen Lagenaufbau oder einer Faserorientierung von einer Plattformlängsseite zur anderen.
Bauteil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen der Schaufel (1) und dem Bauelement (3) ein Füllmaterial (5) angeordnet ist, das insbesondere unidirektionale Fasern und / oder ein Geflecht aufweist.
Bauteil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaufel (1) über eine polymer-adhäsive Verbindung und / oder ein metallisches Verbindungsmittel mit dem Bauelement (3), insbesondere einer Plattform, verbunden ist.
Bauteil (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein metallisches Bauteil (6) als Schutzfläche besonders beanspruchter Flächen.
Gasturbinentriebwerk (10) mit mindestens einem Bauteil (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gasturbinentriebwerk (10) insbesondere als Turbofantriebwerk ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Roving (100) des Faserverbundmaterials entlang seiner räumlichen Erstreckung (R) beim Ablegen mittels eines Tailored Fibre Placements einen variablen Querschnitt (QA, QB, QC) erhält, mindestens zwei Rovings (100) jeweils einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen und / oder der mindestens eine Roving (100) einer variablen Richtung folgt.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Querschnitt (QA, QB, QC) beim Ablegen durch eine Variation der Rovingspannung, durch eine Variation der Stickfadenposition und / oder eine Variation der Rovingführung vor dem Sticken erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Roving (100) entlang einer Hauptbelastungsrichtung des Bauteils (1) abgelegt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (QA, QB, QC) des mindestens einen Rovings (100) so geformt werden, dass sie in mindestens zwei Schnittebenen des Bauteils (1) von der Form der Querschnittsflächen (AA, AB, AC) des Bauteils (1) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (QA, QB, QC) des mindestens einen Rovings (100) im Wesentlichen elliptisch ist, wobei die Länge der großen Halbachse der Querschnittsfläche (QA, QB, QC) von der größten Längserstreckung des Bauteils (1) in der Schnittebene abhängt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens zwei Querschnitten des Bauteils (1) das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche (QA, QB, QC) des mindestens einen Rovings (100) und den Querschnittsflächen (AA, AB, AC) des Bauteils (1) konstant ist.