DE102022129653A1 - Method for producing an acoustically damping cellular structure, acoustically damping cellular structure and flow-guiding component with several acoustically damping cellular structures - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer akustisch dämpfenden zellularen Struktur (20) mit zwei Deckschichten (20, 21) und einer dazwischen angeordneten Zellstruktur (23) mit mehreren Zellen (24A bis 24D) beschrieben. Eine der Deckschichten (21 oder 22) und die Zellstruktur (23) sind mittels eines einzigen Kunststoffspritzguss-Verfahrensschrittes integral herstellbar oder es wird die zellulare Kernstruktur (23) zunächst in einem Overmoulding-Prozess an eine der beiden Deckschichten (21 oder 22) angespritzt. Anschließend wird die weitere Deckschicht (22 oder 21) mit der Zellstruktur (23) form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Zusätzlich werden in einer der Deckschichten (22) Öffnungen (28A bis 28D) erzeugt, über die Hohlräume (29A bis 29D) der Zellen (24A bis 24D), die von der Zellstruktur (23) und den Deckschichten (21, 22) begrenzt werden, mit der Umgebung (11) der Struktur (20) in Verbindung stehen. Des Weiteren wird eine akustisch dämpfende zellulare Struktur (20) eines strömungsführenden Bauteils (5) beschrieben. Zusätzlich wird ein strömungsführendes Bauteil (5) mit mehreren akustisch dämpfenden zellularen Strukturen (20) vorgeschlagen. Die Strukturen (20) begrenzen einen Strömungsquerschnitt für Luft durch das strömungsführende Bauteil (5) radial außen- oder innenseitig.A method is described for producing an acoustically dampening cellular structure (20) with two cover layers (20, 21) and a cell structure (23) with several cells (24A to 24D) arranged between them. One of the cover layers (21 or 22) and the cell structure (23) can be produced integrally using a single plastic injection molding process step, or the cellular core structure (23) is first molded onto one of the two cover layers (21 or 22) in an overmolding process. The further cover layer (22 or 21) is then connected to the cell structure (23) in a form-fitting and/or material-fitting manner. In addition, openings (28A to 28D) are created in one of the cover layers (22), via which cavities (29A to 29D) of the cells (24A to 24D), which are delimited by the cell structure (23) and the cover layers (21, 22), are connected to the environment (11) of the structure (20). Furthermore, an acoustically dampening cellular structure (20) of a flow-guiding component (5) is described. In addition, a flow-guiding component (5) with several acoustically dampening cellular structures (20) is proposed. The structures (20) delimit a flow cross-section for air through the flow-guiding component (5) radially on the outside or inside.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer akustisch dämpfenden zellularen Struktur mit zwei Deckschichten und einer dazwischen angeordneten Zellstruktur mit mehreren Zellen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Offenbarung eine solche akustisch dämpfende zellulare Struktur sowie ein strömungsführendes Bauteil mit mehreren akustisch dämpfenden zellularen Strukturen.The present disclosure relates to a method for producing an acoustically dampening cellular structure with two cover layers and a cellular structure with multiple cells arranged therebetween. Furthermore, the present disclosure relates to such an acoustically dampening cellular structure and a flow-guiding component with multiple acoustically dampening cellular structures.

Aus der Praxis bekannte Flugtriebwerke werden zur Verringerung eines Bauteilgewichts zumindest bereichsweise mit zellularen Strukturen bzw. sogenannten Sandwichstrukturen mit faserverstärkten Deckschichten ausgebildet. Beispielsweise wird der ringförmige Nebenstromkanal bzw. Bypass-Kanal eines Flugtriebwerkes aus einer solchen Sandwichstruktur hergestellt, die eine Leichtbaustruktur darstellt und den sogenannten Kaltluftstrom bzw. Bypassluftstrom durch das Flugtriebwerk leitet. Die Sandwichstruktur des Bypass-Kanals besteht aus einer strukturellen ersten Deckschicht aus faserverstärktem Epoxidharz, welche die mechanischen Lasten aufnimmt. Eine Zellstruktur der Sandwichstruktur umfasst sogenannte Nomex®-Waben, die aus Aramidpapier bestehen, das mit Phenolharz getränkt ist. Eine zweite Deckschicht der Sandwichstruktur wird ebenfalls aus faserverstärktem Epoxidharz hergestellt. Dabei ist die Deckschicht perforiert, welche die Sandwichstruktur zum Bypass-Kanal hin abschließt, sodass sie in Verbindung mit der Kavität der zellularen Struktur als Schallabsorber wirkt.In order to reduce the weight of the component, aircraft engines known from practice are designed at least in some areas with cellular structures or so-called sandwich structures with fiber-reinforced cover layers. For example, the ring-shaped bypass channel of an aircraft engine is made from such a sandwich structure, which is a lightweight structure and guides the so-called cold air flow or bypass air flow through the aircraft engine. The sandwich structure of the bypass channel consists of a structural first cover layer made of fiber-reinforced epoxy resin, which absorbs the mechanical loads. A cellular structure of the sandwich structure comprises so-called Nomex ® honeycombs, which consist of aramid paper impregnated with phenolic resin. A second cover layer of the sandwich structure is also made of fiber-reinforced epoxy resin. The cover layer, which closes off the sandwich structure towards the bypass channel, is perforated so that it acts as a sound absorber in conjunction with the cavity of the cellular structure.

Des Weiteren weisen bekannte Flugtriebwerke auch sogenannte Linerelemente, wie Ice-Impact Panel, akustische Liner und Fan-Track Panels auf, die im sogenannten Fanmodul verbaut sind. Auch diese Bauteile umfassen eine erste und eine zweite Deckschicht, die aus faserverstärktem Epoxidharz hergestellt sind, und einen Wabenkern bzw. eine Zellstruktur, die zwischen den Deckschichten angeordnet ist. Je nach Einsatzbereich der Linersegmente werden die Wabenkerne bzw. Zellstrukturen aus Nomex®- oder Aluminiumwaben gefertigt. Bei den akustischen Linern ist eine der Deckschichten ebenfalls gelocht, um eine signifikante Reduktion der Lärmemissionen zu erzielen.Furthermore, known aircraft engines also have so-called liner elements, such as ice impact panels, acoustic liners and fan track panels, which are installed in the so-called fan module. These components also comprise a first and a second cover layer made of fiber-reinforced epoxy resin and a honeycomb core or a cell structure arranged between the cover layers. Depending on the area of application of the liner segments, the honeycomb cores or cell structures are made of Nomex ® or aluminum honeycomb. In the case of acoustic liners, one of the cover layers is also perforated in order to achieve a significant reduction in noise emissions.

Die Herstellung dieser bekannten Sandwichstrukturen von Flugtriebwerken ist jedoch kosten-, zeit- und ressourcenintensiv. Dies ist der Fall, da die Deckschichten sowie die Nomex®- oder Aluminiumwaben separat gefertigt werden. Im Anschluss daran wird auf die Wabenstruktur ein Filmklebstoff appliziert, der anschließend lokal zu erhitzen ist und mittels eines Gebläses retikuliert wird, sodass sich der Klebstoff lediglich auf den Zellwänden der Zellstruktur befindet. Nach der erfolgreichen Retikulierung des Klebstoffes wird die Wabenstruktur mit dem retikulierten Klebstoff an der gelochten Deckschicht angebracht, wobei der Klebstoff anschließend noch aushärten muss.However, the production of these well-known aircraft engine sandwich structures is costly, time-consuming and resource-intensive. This is the case because the cover layers and the Nomex ® or aluminum honeycombs are manufactured separately. A film adhesive is then applied to the honeycomb structure, which is then heated locally and reticulated using a blower so that the adhesive is only on the cell walls of the cell structure. After the adhesive has been successfully reticulated, the honeycomb structure is attached to the perforated cover layer using the reticulated adhesive, whereby the adhesive then has to harden.

Die US 2021 239 073 A1 beschreibt einen Schubumkehrer für Gasturbinentriebwerke sowie dessen Herstellung. Der Schubumkehrer bzw. die Schubumkehrertür umfasst eine erste Deckschicht, eine zweite Deckschicht und eine Gitterstruktur, die mit den Deckschichten verbunden ist. Die Gitterstruktur weist entweder eine orthogonale Gitter-Konfiguration oder eine Iso-Gitter-Konfiguration auf.The US 2021 239 073 A1 describes a thrust reverser for gas turbine engines and its manufacture. The thrust reverser or thrust reverser door comprises a first cover layer, a second cover layer and a grid structure connected to the cover layers. The grid structure has either an orthogonal grid configuration or an iso-grid configuration.

Aus der US 11 261 825 B2 ist eine Schubumkehrertür eines Schubumkehrers bekannt, die eine Sandwichstruktur aufweist. Dabei umfasst die Schubumkehrertür zwei Deckschichten und einen Zellkern.From the US 11 261 825 B2 A thrust reverser door of a thrust reverser is known which has a sandwich structure. The thrust reverser door comprises two cover layers and a cell core.

Die Herstellung der bekannten Schubumkehrertüren ist jeweils aufwändig und ressourcen- sowie energieineffizient, wodurch hohe Fertigungskosten entstehen. Zudem lässt sich das Design der bekannten Schubumkehrertüren mit den vorgeschlagenen Herstellverfahren nur bedingt an unterschiedliche Anwendungen anpassen.The production of the known thrust reverser doors is complex and resource and energy inefficient, resulting in high production costs. In addition, the design of the known thrust reverser doors can only be adapted to different applications to a limited extent using the proposed manufacturing processes.

Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kosten-, ressourcen- und energieeffizient herstellbare akustisch dämpfende zellulare Struktur für ein strömungsführendes Bauteil, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen akustisch dämpfenden zellularen Struktur und ein strömungsführendes Bauteil mit solchen akustisch dämpfenden zellularen Strukturen bereitzustellen.The present disclosure is based on the object of providing an acoustically dampening cellular structure for a flow-guiding component that can be produced in a cost-, resource- and energy-efficient manner, a method for producing such an acoustically dampening cellular structure and a flow-guiding component with such acoustically dampening cellular structures.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren, mit einer akustisch dämpfenden zellularen Struktur sowie mit einem strömungsführenden Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, 7 bzw. 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved with a method, with an acoustically dampening cellular structure and with a flow-guiding component with the features of patent claims 1, 7 and 16, respectively. Advantageous further developments are the subject of the subclaims and the following description.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer akustisch dämpfenden zellularen Struktur eines strömungsführenden Bauteils mit zwei Deckschichten und einer dazwischen angeordneten Zellstruktur mit mehreren Zellen vorgeschlagen.A method is proposed for producing an acoustically dampening cellular structure of a flow-guiding component with two cover layers and a cellular structure with several cells arranged therebetween.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst zwei alternative Fertigungsabläufe. Während des ersten alternativen Fertigungsablaufes werden die zellulare Kernstruktur sowie eine der Deckschichten in einem Prozessschritt durch Spritzgießen hergestellt. Mit anderen Worten wird eine der Deckschichten und die Zellstruktur mittels Kunststoffspritzgießen in einem Kunststoffspritzguss-Fertigungsschritt integral hergestellt.The method according to the present disclosure comprises two alternative manufacturing processes. During the first alternative manufacturing process, the cellular core structure and one of the cover layers are manufactured in one process step by injection molding. In other words, one of the cover layers and the cellular structure are integrally manufactured by plastic injection molding in one plastic injection molding manufacturing step.

Im Unterschied dazu ist es bei der zweiten alternativen Herstellung der zellularen Struktur vorgesehen, die zellulare Kernstruktur in einem sogenannten Overmoulding-Prozess an eine der beiden Deckschichten anzuspritzen. Während eines solchen Overmoulding-Prozesses wird ein zuvor gefertigtes Bauteil, das im vorliegenden Fall die mit der Zellstruktur integral auszuführende Deckschicht ist, in einem weiteren Prozessschritt mit einer Schmelze überspritzt. Dabei wird während dem Überspritzen der Deckschicht an dieser die Zellstruktur erzeugt.In contrast, the second alternative method of manufacturing the cellular structure involves injecting the cellular core structure onto one of the two cover layers in a so-called overmolding process. During such an overmolding process, a previously manufactured component, which in this case is the cover layer to be made integrally with the cellular structure, is overmolded with a melt in a further process step. The cellular structure is created on the cover layer while it is being overmolded.

Daran anschließend wird die zellulare Struktur jeweils durch stoff- und/oder formschlüssige Fügeverfahren mit der zweiten Deckschicht fest verbunden. Geeignete stoffschlüssige Fügeverfahren stellen unter anderem Schweiß- oder Klebeprozesse sowie das Konsolidieren in einer Presse dar. Mit Hilfe formschlüssiger Fügeverfahren werden Oberflächenstrukturierungen, Hinterschnittstrukturen oder sogenannte Schnappverbindungen hergestellt, über die jeweils feste formschlüssige Verbindungen zwischen der Zellstruktur und der zweiten Deckschicht erzeugbar sind.The cellular structure is then firmly connected to the second cover layer using material and/or form-fitting joining processes. Suitable material-fitting joining processes include welding or gluing processes as well as consolidation in a press. With the help of form-fitting joining processes, surface structuring, undercut structures or so-called snap connections are produced, via which firm form-fitting connections can be created between the cellular structure and the second cover layer.

Zusätzlich werden in einer der Deckschichten Öffnungen erzeugt, über die Hohlräume der Zellen, die von der Zellstruktur und den Deckschichten begrenzt werden, mit der Umgebung der akustisch dämpfenden zellularen Struktur in Verbindung stehen, womit die Zellen der zellularen Struktur jeweils als Helmholtz-Resonatoren wirken.In addition, openings are created in one of the cover layers through which the cavities of the cells, which are delimited by the cell structure and the cover layers, are connected to the environment of the acoustically dampening cellular structure, whereby the cells of the cellular structure each act as Helmholtz resonators.

Die akustisch dämpfende zellulare Struktur ist mittels den vorbeschriebenen Vorgehensweisen jeweils kosten-, ressourcen- und energieeffizient fertigbar. Des Weiteren ist das Design der akustisch dämpfenden zellularen Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung auch mit einer gewünscht hohen Flexibilität auf kostengünstige Art und Weise angepasst ausführbar.The acoustically dampening cellular structure can be manufactured in a cost-, resource- and energy-efficient manner using the above-described procedures. Furthermore, the design of the acoustically dampening cellular structure according to the present disclosure can also be customized in a cost-effective manner with the desired high level of flexibility.

Dies wird unter anderem durch die integral mit der Deckschicht ausgeführte Zellstruktur erreicht, die während eines einzigen Kunststoffspritzguss-Fertigungsschrittes oder mittels des Overmoulding-Prozesses mit der erforderlichen Bauteilsteifigkeit und auch mit den gewünschten akustischen Dämpfungseigenschaften ausführbar ist, die auf einfache Art und Weise an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar sind. Mittels den vorstehend beschriebenen Fertigungsalternativen können die Abstände zwischen Zellwänden der Zellstruktur, die Zellwandstärke sowie die Höhen der Zellwände in axialer Richtung und in Umfangsrichtung mit geringem Aufwand variabel gestaltet werden. Dies bietet die Möglichkeit, die Zellgeometrien und damit letztendlich das akustische Dämpfungsverhalten und die Steifigkeit der zellularen Struktur mit geringem Aufwand jeweils an verschiedene Anwendungsfälle anzupassen. Durch die mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung mögliche Freiheit bei der Gestaltung und Fertigung der Formen der Strukturen können die Strukturen auf einfache Art und Weise an komplexe, vorzugsweise gekrümmte bzw. verwinkelte Baumräume angepasst und in diese integriert werden.This is achieved, among other things, by the cell structure that is integral with the cover layer, which can be implemented during a single plastic injection molding production step or by means of the overmolding process with the required component rigidity and also with the desired acoustic damping properties, which can be easily adapted to the respective application. Using the manufacturing alternatives described above, the distances between cell walls of the cell structure, the cell wall thickness and the heights of the cell walls in the axial direction and in the circumferential direction can be made variable with little effort. This offers the possibility of adapting the cell geometries and thus ultimately the acoustic damping behavior and the rigidity of the cellular structure to different applications with little effort. Due to the freedom in designing and manufacturing the shapes of the structures possible using the method according to the present disclosure, the structures can be easily adapted to and integrated into complex, preferably curved or angled tree spaces.

Mittels den vorstehend beschriebenen Fertigungsalternativen kann das Zusammenspiel zwischen den Charakteristiken der Öffnungen in einer der Deckschichten, d. h. deren Größe, Anzahl, Form, Fasen der Öffnungen und dergleichen, und der Volumina der Zellen so aufeinander abgestimmt werden, dass sich das gewünschte akustische Dämpfungsverhalten der zellularen Struktur einstellt.By means of the manufacturing alternatives described above, the interaction between the characteristics of the openings in one of the cover layers, i.e. their size, number, shape, bevels of the openings and the like, and the volumes of the cells can be coordinated in such a way that the desired acoustic damping behavior of the cellular structure is achieved.

Grundsätzlich können die Deckschichten und die Zellstruktur der akustisch dämpfenden zellularen Struktur aus Kunststoff hergestellt sein.In principle, the cover layers and the cell structure of the acoustically dampening cellular structure can be made of plastic.

Bei einer Variante des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine akustisch dämpfende zellulare Struktur mit einer hohen Steifigkeit herstellbar, indem wenigstens eine der Deckschichten aus endlosfaserverstärktem thermoplastischem Kunststoff oder aus einem metallischen Werkstoff, wie Titan, einer Titanlegierung oder einem anderen anwendungsfallabhängig geeigneten Metall, hergestellt wird.In a variant of the method according to the present disclosure, an acoustically dampening cellular structure with a high rigidity can be produced by producing at least one of the cover layers from continuous fiber-reinforced thermoplastic or from a metallic material, such as titanium, a titanium alloy or another metal suitable depending on the application.

Zusätzlich ist die akustisch dämpfende zellulare Struktur mit einer hohen Steifigkeit ausführbar, wenn die Zellstruktur aus kurz- oder langfaserverstärktem thermoplastischem Kunststoff hergestellt wird.In addition, the acoustically dampening cellular structure can be designed with a high rigidity if the cellular structure is made of short or long fiber reinforced thermoplastic.

Eine hohe Steifigkeit der akustisch dämpfenden zellularen Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung ist dadurch in gewünschter Art und Weise erzielbar, wenn wenigstens eine der Deckschichten und/oder die Zellstruktur mit dreidimensionalen bzw. zellformatigen Verstärkungselementen ausgebildet wird bzw. werden, die vorzugsweise gleichzeitig zur Bildung von Resonatorkavitäten vorgesehen werden.A high rigidity of the acoustically dampening cellular structure according to the present disclosure can be achieved in the desired manner if at least one of the cover layers and/or the cellular structure is/are formed with three-dimensional or cellular-format reinforcing elements, which are preferably simultaneously provided for the formation of resonator cavities.

Mit dreidimensionalen Verstärkungselementen kann eine zusätzliche und gezielte Steifigkeitserhöhung erzielt werden. Aber eine dreidimensionale Verstärkung ist nicht zwingend notwendig, um im Allgemeinen die Steifigkeit der zellularen Struktur zu erhöhen, da dies bereits durch die Sandwichstruktur an sich gewährleitet wird.Three-dimensional reinforcement elements can be used to achieve an additional and targeted increase in stiffness. However, three-dimensional reinforcement is not absolutely necessary to generally increase the stiffness of the cellular structure, as this is already ensured by the sandwich structure itself.

In den Zellwänden der Zellstruktur kann während des Kunststoffspritzguss-Verfahrensschrittes oder des Overmoulding-Prozesses jeweils eine Durchgangsöffnung erzeugt werden, über die jeweils die Hohlräume von benachbarten Zellen miteinander in Verbindung stehen. Durch die Öffnungen in der Deckschicht können in die Hohlräume der Zellen eintretende Feuchtigkeit bzw. eintretende Flüssigkeiten, wie Wasser, Kondenswasser oder andere Fluide, über die Durchgangsöffnungen aus den Zellen abgeleitet werden.During the plastic injection molding process or the overmolding process, a through-opening can be created in the cell walls of the cell structure, through which the cavities of neighboring cells can be connected to one another. Moisture or liquids such as water, condensate or other fluids that enter the cavities of the cells can be drained out of the cells via the openings in the cover layer.

In der Deckschicht, die ohne die Öffnungen ausgebildet ist, kann wenigstens eine Auslassöffnung hergestellt werden, die eine Verbindung zwischen wenigstens einem der Hohlräume der Zellstruktur und der Umgebung der akustisch dämpfenden zellularen Struktur bildet. Dann kann die Flüssigkeit, die durch die Öffnungen in der Deckschicht in die Zellen der Zellstruktur eindringt, die Zellstruktur auf konstruktiv einfache Art und Weise durch die Auslassöffnung wieder verlassen.In the cover layer, which is formed without the openings, at least one outlet opening can be made, which forms a connection between at least one of the cavities of the cell structure and the environment of the acoustically dampening cellular structure. The liquid that penetrates into the cells of the cell structure through the openings in the cover layer can then leave the cell structure again through the outlet opening in a structurally simple manner.

Des Weiteren wird eine akustisch dämpfende zellulare Struktur mit zwei Deckschichten bereitgestellt. Zwischen den Deckschichten ist eine Zellstruktur mit mehreren Zellen vorgesehen, deren Zellwände bereichsweise miteinander verbunden sind. Die Zellwände sind mit einer der Deckschichten integral ausgeführt. Die andere Deckschicht ist mit den Zellwänden fest verbunden. Eine der Deckschichten ist mit Öffnungen ausgeführt, über die wenigstens einige der Zellen in Einbaulage der akustisch dämpfenden zellularen Sandwichstruktur jeweils mit einem Strömungsquerschnitt eines strömungsführenden Bauteils in Verbindung stehen.Furthermore, an acoustically dampening cellular structure with two cover layers is provided. Between the cover layers, a cell structure with several cells is provided, the cell walls of which are connected to one another in some areas. The cell walls are integral with one of the cover layers. The other cover layer is firmly connected to the cell walls. One of the cover layers is designed with openings through which at least some of the cells in the installed position of the acoustically dampening cellular sandwich structure are each connected to a flow cross-section of a flow-guiding component.

Die akustisch dämpfende zellulare Struktur ist kosten-, ressourcen- und energieeffizient herstellbar, da die Zellwände der Zellstruktur mit einer der Deckschichten integral ausgeführt sind und die andere Deckschicht zur Fertigung der Sandwichstruktur lediglich zusätzlich mit den Zellwänden fest zu verbinden ist.The acoustically dampening cellular structure can be manufactured in a cost-, resource- and energy-efficient manner, since the cell walls of the cellular structure are integral with one of the cover layers and the other cover layer only needs to be additionally firmly connected to the cell walls to produce the sandwich structure.

Die Formen der Zellen sind bei einer Ausführungsform der akustisch dämpfenden zellularen Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung in einem definierten Frequenzbereich zumindest bereichsweise unterschiedlich, d. h. mit zumindest teilweise voneinander abweichenden Zellgeometrien, ausgeführt.In one embodiment of the acoustically dampening cellular structure according to the present disclosure for reducing radiated sound power of a drive device in a defined frequency range, the shapes of the cells are at least partially different, i.e. with at least partially different cell geometries.

Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Zellen in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles drei-, vier- oder mehreckig, kreisförmig oder oval ausgeführt sind oder jede beliebige andere geeignete Form aufweisen. Auch können unterschiedliche Formen von Zellen, beispielsweise drei- und vier-eckige Zellen, in einem Bauteil kombiniert werden. Zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die Formen der Zellen zumindest teilweise voneinander abweichen, um die im Betrieb einer Antriebsvorrichtung angeregten Betriebsgeräusche bzw. Schwingungen entsprechend zu dämpfen und die abgestrahlte Schallleistung zu reduzieren. Zudem können die Formen der Zellen auch dahingehend vorgesehen werden, dass die Zellstruktur mit einem strukturmechanischen Design ausgeführt ist, das an einen definierten Lastanfall angepasst ist und die akustisch dämpfende zellulare Struktur mit der anwendungsfallabhängig erforderlichen Bauteilsteifigkeit ausgebildet ist.Depending on the particular application, the cells can be designed to be triangular, square or polygonal, circular or oval, or have any other suitable shape. Different shapes of cells, for example triangular and square cells, can also be combined in one component. In addition, the shapes of the cells can also be designed to differ at least partially from one another in order to dampen the operating noises or vibrations excited during operation of a drive device and to reduce the radiated sound power. In addition, the shapes of the cells can also be designed such that the cell structure is designed with a structural mechanical design that is adapted to a defined load and the acoustically dampening cellular structure is designed with the component rigidity required depending on the application.

Darüber hinaus können die Volumina der Zellen zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung in einem definierten Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich groß ausgeführt sein.In addition, the volumes of the cells can be designed to be at least partially of different sizes in order to reduce the radiated sound power of a drive device in a defined frequency range.

Auch die Zellwände können zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung in einem definieren Frequenzbereich und/oder zur Erzielung einer gewünschten Bauteilfestigkeit der zellularen Struktur zumindest teilweise mit unterschiedlicher Wandstärke ausgebildet sein.The cell walls can also be designed with different wall thicknesses, at least in part, to reduce the radiated sound power of a drive device in a defined frequency range and/or to achieve a desired component strength of the cellular structure.

Dabei besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass die Zellwände ausgehend von der mit der Zellstruktur integral ausgebildeten Deckschicht eine Wandstärke aufweisen, die sich in Richtung der mit der Zellstruktur fest verbundenen weiteren Deckschicht zumindest bereichsweise verjüngt.It is possible, for example, for the cell walls to have a wall thickness starting from the cover layer which is integrally formed with the cell structure and which tapers at least in some regions in the direction of the further cover layer which is firmly connected to the cell structure.

Verläufe der Zellwände zueinander und gegenüber den Deckschichten können derart festgelegt sein, dass Volumina der Hohlräume der Zellen, die in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung jeweils nebeneinander oder versetzt zueinander angeordnet sind, zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung und/oder zur Ausbildung eines strukturmechanischen Designs der Zellstruktur, das an einen definierten Lastfall angepasst ist, zumindest teilweise unterschiedlich groß sind.Courses of the cell walls relative to one another and relative to the cover layers can be determined in such a way that volumes of the cavities of the cells, which are arranged next to one another or offset from one another in the axial direction and/or in the circumferential direction, are at least partially of different sizes in order to reduce the radiated sound power of a drive device and/or to form a structural-mechanical design of the cell structure which is adapted to a defined load case.

Krümmungen der Zellwände können in Längsrichtung der Zellwände derart festgelegt sein, dass Volumina der Hohlräume der Zellen, die in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung jeweils nebeneinander oder versetzt zueinander angeordnet sind, zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung in einem definierten Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich groß sind.Curvatures of the cell walls can be defined in the longitudinal direction of the cell walls in such a way that volumes of the cavities of the cells, which are arranged next to one another or offset from one another in the axial direction and/or in the circumferential direction, are at least partially of different sizes in order to reduce the radiated sound power of a drive device in a defined frequency range.

Zudem besteht auch die Möglichkeit, dass lotrechte Abstände zwischen den Deckschichten bzw. Höhen der Zellwände der Zellstruktur entlang der Verläufe der Zellwände jeweils derart variabel ausgeführt werden, dass Volumina der Hohlräume der Zellen, die in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung jeweils nebeneinander oder zueinander versetzt angeordnet sind, zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung in einem definieren Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich groß sind.In addition, it is also possible for vertical distances between the cover layers or heights of the cell walls of the cell structure to be designed to be variable along the course of the cell walls in such a way that volumes of the cavities of the cells, which are arranged next to each other or offset from each other in the axial direction and/or in the circumferential direction, can be reduced of radiated sound power of a drive device in a defined frequency range are at least partially different in size.

Hohlräume von jeweils zwei benachbarten Zellen sind bei einer weiteren Ausführungsform der akustisch dämpfenden zellularen Struktur jeweils über eine Durchgangsöffnung im Bereich einer Zellwand miteinander verbunden, die die Hohlräume der Zellen voneinander trennt. Dadurch ist auf einfache Art und Weise gewährleistet, dass Feuchtigkeit bzw. Wasser, die bzw. das über die Öffnungen der Deckschicht in die Hohlräume der Zellen eindringt, nicht in den Zellen verbleibt, sondern schwerkraftgetrieben in Richtung einer in Hochrichtung eines strömungsführenden Bauteiles, vorzugsweise eines Bauteiles einer Antriebsvorrichtung, unteren Zelle abfließt und dort mit geringem konstruktivem Aufwand aus der zellularen Struktur ableitbar ist.In a further embodiment of the acoustically dampening cellular structure, cavities of two adjacent cells are each connected to one another via a through-opening in the area of a cell wall that separates the cavities of the cells from one another. This ensures in a simple manner that moisture or water that penetrates into the cavities of the cells via the openings in the cover layer does not remain in the cells, but flows away under gravity in the direction of a lower cell in the vertical direction of a flow-guiding component, preferably a component of a drive device, and can be drained from the cellular structure there with little structural effort.

Hierfür kann in der Deckschicht, die ohne die Öffnungen ausgeführt ist, eine Auslassöffnung vorgesehen sein, die eine Verbindung zwischen der unteren Zelle und der Umgebung der zellularen Struktur bildet.For this purpose, an outlet opening can be provided in the cover layer, which is designed without openings, which forms a connection between the lower cell and the environment of the cellular structure.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein strömungsführendes Bauteil mit mehreren vorstehend näher beschriebenen akustisch dämpfenden zellularen Strukturen vorgeschlagen, wobei die zellularen Strukturen einen Strömungsquerschnitt für Luft durch das strömungsführende Bauteil radial au-ßen- oder innenseitig begrenzen.According to a further aspect of the present disclosure, a flow-guiding component with a plurality of acoustically dampening cellular structures described in more detail above is proposed, wherein the cellular structures limit a flow cross-section for air through the flow-guiding component radially on the outside or inside.

Die zellularen Strukturen bilden bei einer Ausführungsform des strömungsführenden Bauteils einen holzylindrischen Ringkörper.In one embodiment of the flow-guiding component, the cellular structures form a wooden cylindrical ring body.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des strömungsführenden Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die Durchgangsöffnungen der Zellwände zwischen den Zellen der Sandwichstrukturen bzw. der akustisch dämpfenden zellularen Struktur, die in Hochrichtung des strömungsführenden Bauteils oberhalb der horizontalen Längsmittelebene des strömungsführenden Bauteils angeordnet sind, jeweils in den Verbindungsbereichen zwischen den Zellwänden und der Deckschicht vorgesehen, die radial innen angeordnet ist.In an advantageous development of the flow-guiding component according to the present disclosure, the through openings of the cell walls between the cells of the sandwich structures or the acoustically dampening cellular structure, which are arranged in the vertical direction of the flow-guiding component above the horizontal longitudinal center plane of the flow-guiding component, are each provided in the connecting regions between the cell walls and the cover layer, which is arranged radially inward.

Die Durchgangsöffnungen der Zellwände zwischen den Zellen der akustisch dämpfenden zellularen Struktur, die in Hochrichtung des strömungsführenden Bauteils unterhalb der horizontalen Längsmittelebene des strömungsführenden Bauteils angeordnet sind, können jeweils in den Verbindungsbereichen zwischen den Zellwänden und der Deckschicht vorgesehen sein, die radial außen angeordnet ist.The through openings of the cell walls between the cells of the acoustically dampening cellular structure, which are arranged in the vertical direction of the flow-guiding component below the horizontal longitudinal center plane of the flow-guiding component, can each be provided in the connecting regions between the cell walls and the cover layer, which is arranged radially on the outside.

Die horizontale Längsmittelebene ist bei einer rotationssymmetrischen Ausführung des strömungsführenden Bauteils gleich einer Symmetriemittelebene.If the flow-guiding component is rotationally symmetrical, the horizontal longitudinal center plane is equal to a center plane of symmetry.

Die beiden letztgenannten Ausführungsformen des strömungsführenden Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, über die Öffnungen in der Deckschicht in die Zellen eintretende Feuchtigkeit bzw. Wasser schwerkraftgetrieben aus den oberen Zellen in Umfangsrichtung durch die Zellen in Richtung der am untersten Punkt des Strömungsquerschnittes angeordneten Zelle zu führen und dort über die Auslassöffnung aus dem Bauteil auszuführen.The last two embodiments of the flow-guiding component according to the present disclosure offer the possibility in a simple manner of guiding moisture or water entering the cells via the openings in the cover layer from the upper cells in the circumferential direction through the cells in the direction of the cell arranged at the lowest point of the flow cross-section and of discharging it from the component there via the outlet opening.

Hierfür besteht die Möglichkeit, die Auslassöffnung in der radial äußeren Deckschicht der Sandwichstruktur bzw. der akustisch dämpfenden zellularen Struktur vorzusehen, die in Hochrichtung des Flugtriebwerkes im unteren Bereich des Flugtriebwerkes angeordnet ist.For this purpose, it is possible to provide the outlet opening in the radially outer cover layer of the sandwich structure or the acoustically dampening cellular structure, which is arranged in the vertical direction of the aircraft engine in the lower area of the aircraft engine.

Das strömungsführende Bauteil, das mit mehreren vorstehend näher beschriebenen akustisch dämpfenden zellularen Strukturen ausgeführt ist, kann beispielsweise ein sogenannter Helmholtz-Resonator-Liner einer Strömungsmaschine sein, der bei Flugzeugtriebwerken vorrangig in Einlauf- und in Bypass-Kanälen verwendet wird.The flow-guiding component, which is designed with several acoustically dampening cellular structures described in more detail above, can be, for example, a so-called Helmholtz resonator liner of a turbomachine, which is used in aircraft engines primarily in inlet and bypass channels.

Über die kosten-, ressourcen- und energieeffizient herstellbare akustisch dämpfende zellulare Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung ist unter anderem die Ausbreitung von tonalen Schallanteilen, wie der Blade-Passing-Frequency des Fans bzw. Bläsers, dämpfbar. Damit trägt die zellulare Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung erheblich zur Reduzierung der abgestrahlten Schallleistung eines Flugantriebes bei.The acoustically dampening cellular structure according to the present disclosure, which can be produced in a cost-, resource- and energy-efficient manner, can be used, among other things, to dampen the propagation of tonal sound components, such as the blade passing frequency of the fan or blower. The cellular structure according to the present disclosure therefore contributes significantly to reducing the radiated sound power of an aircraft engine.

Die zellulare Struktur stellt ein akustisch dämpfendes Wandelement dar, das für unterschiedlichste Anwendungsbereiche in Flugantrieben, in stationären Gasturbinen oder auch in mobilen Gasturbinentriebwerken, die beispielsweise in Gasturbinenlokomotiven verwendet werden, zur Dämpfung bzw. zur Reduktion einer abgestrahlten Schallleistung eingesetzt werden kann.The cellular structure represents an acoustically dampening wall element that can be used for a wide variety of applications in aircraft engines, in stationary gas turbines or in mobile gas turbine engines, which are used, for example, in gas turbine locomotives, to dampen or reduce radiated sound power.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Antriebsvorrichtung mit einem in der vorbeschriebenen Art und Weise ausgeführten strömungsführenden Bauteil vorgeschlagen.According to a further aspect of the present disclosure, a drive device with a flow-guiding component designed in the manner described above is proposed.

Unter dem Begriff Antriebsvorrichtung werden vorliegend neben Flugantrieben, wie klassischen Gasturbinen-Triebwerken und elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenen Fans oder Propellern, bei denen in ähnlicher Weise Luftströme auftreten, z. B. zum Antrieb des Luftfahrzeugs, auch Vorrichtungen subsumiert, die zur Kühlung von elektrischen Motoren und/oder von Leistungselektroniken vorgesehen sind.The term propulsion device includes, in addition to aircraft engines such as classic gas turbine engines and electric or Hybrid-electrically powered fans or propellers in which air flows occur in a similar manner, e.g. for propelling the aircraft, also include devices intended for cooling electric motors and/or power electronics.

Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die angegebenen Kombinationen der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen und unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch die Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.The present disclosure is not limited to the specified combinations of the features of the independent claims or the claims dependent thereon. There are also possibilities of combining individual features with one another, even if they emerge from the claims, the following description of embodiments and directly from the drawings. The reference of the claims to the drawings by the use of reference symbols is not intended to limit the scope of protection of the claims.

Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele des Gegenstandes gemäß der vorliegenden Offenbarung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 eine schematisierte Längsschnittansicht einer Antriebsvorrichtung, die als ein Gasturbinentriebwerk bzw. als ein Flugantrieb ausgeführt ist;
  • 2 eine schematisierte dreidimensionale Ansicht eines Teils einer akustisch dämpfenden zellularen Struktur eines strömungsführenden Bauteils der Antriebsvorrichtung gemäß 1;
  • 3 eine weitere Teildarstellung der zellularen Struktur mit mehreren Zellwänden;
  • 4 eine weitere Teildarstellung der zellularen Struktur;
  • 5 eine dreidimensionale Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform der akustisch dämpfenden zellularen Struktur, wobei Zellen einer Zellstruktur sechseckig ausgeführt sind und Volumina der Zellen teilweise voneinander abweichen;
  • 6 eine 5 entsprechende Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform einer akustisch dämpfenden zellularen Struktur des Flugantriebes gemäß 1, wobei die Zellen der Zellstruktur viereckig ausgeführt sind und Volumina der Zellen teilweise voneinander abweichen; und
  • 7 und 8 jeweils eine 5 entsprechende Teildarstellung weiterer Ausführungsformen akustisch dämpfender zellularer Strukturen des Flugantriebs gemäß 1, wobei die Deckschichten jeweils zumindest bereichsweise sattelflächenartig ausgeführt sind.
Preferred developments emerge from the subclaims and the following description. Exemplary embodiments of the subject matter according to the present disclosure are explained in more detail with reference to the drawing, without being limited thereto. In this drawing:
  • 1 a schematic longitudinal sectional view of a propulsion device designed as a gas turbine engine or as an aircraft engine;
  • 2 a schematic three-dimensional view of a part of an acoustically dampening cellular structure of a flow-guiding component of the drive device according to 1 ;
  • 3 another partial representation of the cellular structure with several cell walls;
  • 4 another partial representation of the cellular structure;
  • 5 a three-dimensional partial representation of another embodiment of the acoustically dampening cellular structure, wherein cells of a cell structure are hexagonal and volumes of the cells partially differ from one another;
  • 6 one 5 corresponding partial representation of another embodiment of an acoustically dampening cellular structure of the flight propulsion system according to 1 , where the cells of the cell structure are square and the volumes of the cells partially differ from each other; and
  • 7 and 8th one each 5 corresponding partial representation of further embodiments of acoustically dampening cellular structures of the flight propulsion system according to 1 , whereby the cover layers are each designed as saddle surfaces at least in some areas.

1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Antriebsvorrichtung 1, die als Flugantrieb bzw. als Flugtriebwerk ausgeführt ist, bei dem die einzelnen Triebwerkskomponenten entlang einer Rotationsachse oder Mittelachse 2 hintereinander angeordnet sind. Der Flugantrieb 1 ist als ein sogenanntes Turbofan-Triebwerk ausgebildet. An einem Einlass oder Intake 3 des Flugantriebes 1 wird Luft entlang einer Eintrittsrichtung mittels eines Bläsers 4 angesaugt. Der Bläser 4 ist in einem Bläsergehäuse 5 angeordnet und wird über eine Rotorwelle 6 angetrieben. Die Rotorwelle 6 wird von einer Turbine 7 in Drehung versetzt. Die Turbine 7 schließt sich hierbei an einen Verdichter 8 an, der beispielsweise einen Niederdruckverdichter 9 und einen Hochdruckverdichter 10 aufweist, sowie gegebenenfalls noch einen Mitteldruckverdichter. Der Bläser 4 führt dem Verdichter 8 einen Luftvolumenstrom F1 zu, der auch als sogenannter Kernluftstrom bezeichnet wird. Zusätzlich leitet der Bläser 4 auch einen sogenannten Bypassluftstrom F2 zur Erzeugung des Schubs in einen Bypass-Kanal 11 bzw. in einen Sekundärstromkanal ein. Der Bypass-Kanal 11 verläuft hierbei um den Verdichter 8 und die Turbine 7 umfassendes Kerntriebwerk 12, das einen Primärstromkanal 13 für den durch den Bläser 4 dem Kerntriebwerk 12 zugeführten Kernluftstrom F1 umfasst. 1 shows a longitudinal sectional view of a drive device 1, which is designed as an aircraft drive or as an aircraft engine, in which the individual engine components are arranged one behind the other along a rotation axis or central axis 2. The aircraft drive 1 is designed as a so-called turbofan engine. At an inlet or intake 3 of the aircraft drive 1, air is sucked in along an entry direction by means of a fan 4. The fan 4 is arranged in a fan housing 5 and is driven via a rotor shaft 6. The rotor shaft 6 is set in rotation by a turbine 7. The turbine 7 is connected to a compressor 8, which has, for example, a low-pressure compressor 9 and a high-pressure compressor 10, and possibly also a medium-pressure compressor. The fan 4 supplies the compressor 8 with an air volume flow F1, which is also referred to as the so-called core air flow. In addition, the fan 4 also introduces a so-called bypass air flow F2 into a bypass channel 11 or a secondary flow channel to generate the thrust. The bypass channel 11 runs around the core engine 12 comprising the compressor 8 and the turbine 7, which comprises a primary flow channel 13 for the core air flow F1 supplied to the core engine 12 by the fan 4.

Der Kernluftstrom F1 gelangt nach dem Verdichter 8 in eine Brennkammerbaugruppe 14 des Kerntriebwerks 12, in dem die Antriebsenergie zum Antreiben der Turbine 7 erzeugt wird. Zur Erzeugung der Antriebsenergie weist die Turbine 7 weiterhin eine Hochdruckturbine 15, eine (optionale) Mitteldruckturbine 16 und eine Niederdruckturbine 17 auf. Die Turbine 7 treibt dabei über die bei der Verbrennung freiwerdende Energie die Rotorwelle 6 und damit den Bläser 4 an, um durch den in den Bypass-Kanal 11 geförderten Bypassluftstrom F2 den erforderlichen Schub zu erzeugen. Sowohl der Luftvolumenstrom aus dem Bypass-Kanal 11 als auch der Abgasvolumenstrom aus dem Primärstromkanal 13 des Kerntriebwerks 12 strömen über einen Auslass 18 am Ende des Flugantriebs 1 aus. Der Auslass 18 weist hierbei üblicherweise eine Schubdüse mit einem zentral angeordneten Auslasskonus 19 auf.After the compressor 8, the core air flow F1 reaches a combustion chamber assembly 14 of the core engine 12, in which the drive energy for driving the turbine 7 is generated. To generate the drive energy, the turbine 7 also has a high-pressure turbine 15, an (optional) medium-pressure turbine 16 and a low-pressure turbine 17. The turbine 7 uses the energy released during combustion to drive the rotor shaft 6 and thus the fan 4 in order to generate the required thrust using the bypass air flow F2 fed into the bypass channel 11. Both the air volume flow from the bypass channel 11 and the exhaust gas volume flow from the primary flow channel 13 of the core engine 12 flow out via an outlet 18 at the end of the aircraft engine 1. The outlet 18 usually has a thrust nozzle with a centrally arranged outlet cone 19.

Das Bläsergehäuse 5 ist vorliegend als hohlzylindrischer Ringkörper ausgeführt, der aus mehreren akustisch dämpfenden zellularen Strukturen 20 besteht, die jeweils in Umfangsrichtung U und in axialer Richtung X aneinander angrenzen und in geeigneter Art und Weise fest miteinander verbunden sind. 2 bis 8 zeigen jeweils dreidimensionale Teildarstellungen verschiedener Ausführungsformen der akustisch dämpfenden zellularen Strukturen 20, die nachfolgend lediglich als Strukturen 20 bezeichnet werden.The blower housing 5 is designed in the present case as a hollow cylindrical ring body which consists of several acoustically dampening cellular structures 20 which are adjacent to one another in the circumferential direction U and in the axial direction X and are firmly connected to one another in a suitable manner. 2 until 8th each show three-dimensional partial representations of different embodiments of the acoustically dampening cellular structures 20, which are hereinafter referred to simply as structures 20.

Generell sind alle dargestellten Ausführungsformen der Strukturen 20 des Bläsergehäuses 5 mit einer ersten Deckschicht 21 und mit einer zweiten Deckschicht 22 ausgeführt. Des Weiteren ist zwischen den Deckschichten 21 und 22 jeweils eine Zellstruktur 23 mit mehreren Zellen 24 bzw. 24A bis 24D vorgesehen, deren Zellwände 25, 26 bereichsweise miteinander verbunden sind.In general, all illustrated embodiments of the structures 20 of the fan housing 5 are designed with a first cover layer 21 and a second cover layer 22. Furthermore, a cell structure 23 with several cells 24 or 24A to 24D is provided between the cover layers 21 and 22, the cell walls 25, 26 of which are connected to one another in some areas.

Die erste Deckschicht 21 und die Zellstruktur 23 mit den Zellwänden 25, 26 werden zunächst während eines Kunststoffspritzguss-Verfahrensschrittes, d. h. in einem Fertigungsschritt, als integral ausgeführtes Halbzeug hergestellt. Daran anschließend wird die zweite Deckschicht 22 mit der freien Seite 27 der Zellstruktur 23 entweder verschweißt oder verklebt, so dass die Strukturen 20 jeweils eine Sandwichstruktur aufweisen. Die Deckschichten 21 und 22 werden aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten hergestellt, während die Zellstruktur 23 aus kurz- oder langfaserverstärkten Thermoplasten gefertigt wird.The first cover layer 21 and the cell structure 23 with the cell walls 25, 26 are first manufactured as an integral semi-finished product during a plastic injection molding process step, i.e. in one production step. The second cover layer 22 is then either welded or glued to the free side 27 of the cell structure 23, so that the structures 20 each have a sandwich structure. The cover layers 21 and 22 are made from continuous fiber-reinforced thermoplastics, while the cell structure 23 is made from short or long fiber-reinforced thermoplastics.

Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Deckschichten 21, 22 und die Zellstruktur 23 aus Kunststoff hergestellt werden. Des Weiteren kann es auch vorgesehen sein, dass zumindest eine der Deckschichten 21 oder 22 aus Metall gefertigt wird und anschließend integral mit der Zellstruktur 23 ausgebildet wird, indem die Zellstruktur 23 während des Kunststoffspritz-Fertigungsschrittes an der metallischen Deckschicht angespritzt wird. Zudem kann es auch vorgesehen sein, dass die metallische Deckschicht 21 oder 22 form- und/oder stoffschlüssig mit der Zellstruktur 23, die bereits zuvor mit der anderen Deckschicht 22 oder 21 integral hergestellt wurde, verbunden wird.It is also possible for the cover layers 21, 22 and the cell structure 23 to be made of plastic. Furthermore, it can also be provided that at least one of the cover layers 21 or 22 is made of metal and is then formed integrally with the cell structure 23 by the cell structure 23 being injection-molded onto the metallic cover layer during the plastic injection-mold manufacturing step. In addition, it can also be provided that the metallic cover layer 21 or 22 is connected in a form-fitting and/or material-fitting manner to the cell structure 23, which was already previously manufactured integrally with the other cover layer 22 or 21.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass beide Deckschichten 21 und 22 aus Metall bestehen und die Zellstruktur 23 aus Kunststoff oder aus kurz-oder langfaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.In addition, it is also possible that both cover layers 21 and 22 are made of metal and the cell structure 23 is made of plastic or of short or long fiber reinforced plastic.

Zusätzlich kann eine der Deckschichten 21 oder 22 aus Kunststoff, endlosfaserverstärktem Kunstsoff oder Metall hergestellt sein, während die weitere Deckschicht 22 oder 21 aus Kunststoff, endlosfaserverstärktem Kunststoff oder Metall besteht.In addition, one of the cover layers 21 or 22 can be made of plastic, continuous fiber reinforced plastic or metal, while the other cover layer 22 or 21 consists of plastic, continuous fiber reinforced plastic or metal.

Die zweite Deckschicht 22 weist Öffnungen 28 bzw. 28A bis 28D auf, über die Hohlräume 29 bzw. 29A bis 29D der Zellen 24 bzw. 24A bis 24D mit dem Bypass-Kanal 11 fluidisch in Verbindung stehen. Damit umfassen die Strukturen 20 jeweils sogenannte Helmholtz-Resonatoren, um die im Betrieb vom Flugtriebwerk 1 abgestrahlte Schallleistung in gewünschtem Umfang zu begrenzen.The second cover layer 22 has openings 28 or 28A to 28D, via which cavities 29 or 29A to 29D of the cells 24 or 24A to 24D are fluidically connected to the bypass channel 11. The structures 20 thus each comprise so-called Helmholtz resonators in order to limit the sound power emitted by the aircraft engine 1 during operation to the desired extent.

Die Öffnungen 28 bzw. 28A bis 28D der zweiten Deckschicht 22 können bereits vor dem festen Verbinden der zweiten Deckschicht 22 mit der Zellstruktur 23 in die zweite Deckschicht 22 eingebracht werden oder auch nach dem Verkleben oder nach dem Verschweißen der zweiten Deckschicht 22 mit der Zellstruktur 23 beispielsweise mittels spanenden Fertigungsverfahren, wie CNC-Fräsen oder dergleichen, in die zweite Deckschicht 22 eingearbeitet werden.The openings 28 or 28A to 28D of the second cover layer 22 can be introduced into the second cover layer 22 before the second cover layer 22 is firmly connected to the cell structure 23 or can be incorporated into the second cover layer 22 after the second cover layer 22 has been glued or welded to the cell structure 23, for example by means of machining processes such as CNC milling or the like.

Darüber hinaus kann es auch vorgesehen sein, dass die zweite Deckschicht 22 und die Zellstruktur 23 mit den Zellwänden 25, 26 zunächst während eines Kunststoffspritzguss-Verfahrensschrittes, d. h. in einem Fertigungsschritt, als integral ausgeführtes Halbzeug hergestellt werden. Daran anschließend wird die erste Deckschicht 21 mit der freien Seite der Zellstruktur 23 entweder verschweißt oder verklebt, um die Strukturen 20 mit der gewünschten Sandwichstruktur auszubilden.Furthermore, it can also be provided that the second cover layer 22 and the cell structure 23 with the cell walls 25, 26 are initially manufactured as an integral semi-finished product during a plastic injection molding process step, i.e. in one manufacturing step. The first cover layer 21 is then either welded or glued to the free side of the cell structure 23 in order to form the structures 20 with the desired sandwich structure.

Wie in 2 bis 4 dargestellt können die Zellwände 25 und 26 der Strukturen 20 rechtwinklig zueinander verlaufen und eine orthogonale Gitter-Struktur aufweisen. Des Weiteren verjüngen sich die Wandstärken der Zellwände 25 und 26 ausgehend von der ersten Deckschicht 21 in Richtung des freien Endes 27 der Zellstruktur 23, da bei dem in 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Strukturen 20 die erste Deckschicht 21 und die Zellstruktur 23 integral hergestellt wurden. Dann sind die erste Deckschicht 21 und die Zellstruktur 23 nach dem Kunststoffspritzguss-Verfahrensschritt auf einfache Art und Weise aus dem Kunststoffspritzgusswerkzeug entnehmbar.As in 2 until 4 As shown, the cell walls 25 and 26 of the structures 20 can run at right angles to each other and have an orthogonal lattice structure. Furthermore, the wall thicknesses of the cell walls 25 and 26 taper starting from the first cover layer 21 in the direction of the free end 27 of the cell structure 23, since in the 2 until 4 illustrated embodiment of the structures 20, the first cover layer 21 and the cell structure 23 were manufactured integrally. Then, the first cover layer 21 and the cell structure 23 can be easily removed from the plastic injection molding tool after the plastic injection molding process step.

Darüber hinaus sind alle in der Zeichnung gezeigten zellularen Strukturen 20 mit einem strukturmechanischen Design ausgeführt, das jeweils an einen definierten Lastfall, d.h. vorliegend an die am Bläsergehäuse 5 angreifenden Betriebsbelastungen angepasst ist.In addition, all cellular structures 20 shown in the drawing are designed with a structural mechanical design which is each adapted to a defined load case, i.e. in this case to the operating loads acting on the fan housing 5.

Die gezeigten Strukturen 20 sind durch die integrale Fertigung der ersten Deckschicht 21 oder der zweiten Deckschicht 22 mit den Zellwänden 25 und 26 in beliebiger Art und Weise als komplexe Sandwichstruktur aus Faserverbundmaterial und gegebenenfalls zusätzlich mit dreidimensionalen Verstärkungselementen auf kosten-, ressourcen- und energieeffiziente Art und Weise herstellbar. Dabei sind während der Herstellung der Strukturen 20 in gewünschtem Umfang auch in 7 du 8 exemplarisch dargestellte gekrümmte Sandwichstrukturen fertigbar. Während der Fertigung ist eine im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Vorgehensweisen eine höhere Flexibilität bei der Gestaltung der Zellstruktur 23 möglich, wodurch im Vergleich zu klassischen Nomex®- oder Aluminiumwaben eine gezielte Funktionalisierung möglich ist.The structures 20 shown can be produced in any desired manner as a complex sandwich structure made of fiber composite material and, if necessary, additionally with three-dimensional reinforcing elements in a cost-, resource- and energy-efficient manner through the integral production of the first cover layer 21 or the second cover layer 22 with the cell walls 25 and 26. During the production of the structures 20, the desired extent of 7 you 8th The curved sandwich structures shown as examples can be manufactured. During production, a higher flexibility in the design of the cell structure 23 is possible compared to procedures known from practice, which means that in comparison to classic Nomex ® or Targeted functionalization is possible with aluminum honeycombs.

Des Weiteren sind die Strukturen 20 im Vergleich zu konventionellen Sandwichstrukturen von Flugtriebwerken mit wesentlich besseren strukturmechanischen Eigenschaften zur Verfügung stellbar. Dabei ist das vorgestellte Herstellverfahren für alle Flugtriebwerkskomponenten geeignet, die aus einer zellularen Kernstruktur mit zwei stirnseitig verbundenen Deckschichten 21, 22, d.h. eine Außen- und eine Innendeckfläche, bestehen und somit einen klassischen Sandwichaufbau aufweisen. So können gekrümmte Sandwichstrukturen, wie akustische Liner oder sogenannte Bypass-Ducts, auf einfache und kostengünstige Art und Weise hergestellt werden.Furthermore, the structures 20 can be provided with significantly better structural-mechanical properties compared to conventional sandwich structures of aircraft engines. The manufacturing process presented is suitable for all aircraft engine components that consist of a cellular core structure with two cover layers 21, 22 connected at the front, i.e. an outer and an inner cover surface, and thus have a classic sandwich structure. In this way, curved sandwich structures, such as acoustic liners or so-called bypass ducts, can be manufactured in a simple and cost-effective manner.

Des Weiteren bietet die vorgestellte Vorgehensweise zur Herstellung der Strukturen 20 die Möglichkeit, die Strukturen 20 aus artgleichen oder artfremden Materialien bzw. Werkstoffen herzustellen, wodurch die Steifigkeit wiederum anwendungsfallabhängig anpassbar ist.Furthermore, the presented procedure for producing the structures 20 offers the possibility of producing the structures 20 from similar or dissimilar materials, whereby the stiffness can be adapted depending on the application.

Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Strukturen 20 flexibel als Funktionselemente mit variablen geometrischen Ausprägungen umzusetzen. So kann beispielsweise über die Einstellung des Abstands zwischen den Zellwänden 25, 26 das Volumen der Hohlräume 29 bzw. 29A bis 29D der Zellen 24 bzw. 24A bis 24D von akustischen Linern, die auch als Resonatorzellen bezeichnet werden, mit geringem Aufwand variiert werden. Durch die unterschiedlich großen Volumina der Hohlräume 29 bzw. 29A bis 29D der Zellen 24 bzw. 24A bis 24D bietet sich die Möglichkeit, eine breitbandigere Dämpfungscharakteristik der Strukturen 20 im Vergleich zu bekannten akustischen Linern zu erreichen.In addition, it is also possible to flexibly implement the structures 20 as functional elements with variable geometric characteristics. For example, by adjusting the distance between the cell walls 25, 26, the volume of the cavities 29 or 29A to 29D of the cells 24 or 24A to 24D of acoustic liners, which are also referred to as resonator cells, can be varied with little effort. The different volumes of the cavities 29 or 29A to 29D of the cells 24 or 24A to 24D offer the possibility of achieving a broader-band damping characteristic of the structures 20 in comparison to known acoustic liners.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform der zellularen Strukturen 20, bei der in axialer Richtung X mehrere Zellen 24A bis 24D nebeneinander angeordnet sind, die jeweils sechseckig ausgeführt sind. Dabei begrenzen die Zellwände 25, 26 jeweils unterschiedlich große Volumina der Hohlräume 29A bis 29D der Zellen 24A bis 24D, um die abgestrahlte Schallleistung des Flugtriebwerks 1 in einem gewünscht breiten Frequenzbereich zu reduzieren. Die Zellen 24A bis 24D stehen über die Öffnungen 28A bis 28D mit dem Bypass-Kanal 11 fluidisch in Verbindung, um die zellulare Strukturen 20 akustisch dämpfend mit sogenannten Helmholtz-Resonatoren auszuführen. 5 shows a further embodiment of the cellular structures 20, in which several cells 24A to 24D are arranged next to one another in the axial direction X, each of which is hexagonal. The cell walls 25, 26 delimit different sized volumes of the cavities 29A to 29D of the cells 24A to 24D in order to reduce the radiated sound power of the aircraft engine 1 in a desired wide frequency range. The cells 24A to 24D are fluidically connected to the bypass channel 11 via the openings 28A to 28D in order to acoustically dampen the cellular structures 20 with so-called Helmholtz resonators.

In 6 ist eine rechteckige Ausführung der Zellen 24A bis 24D der Strukturen 20 gezeigt, die in axialer Richtung X und in Umfangsrichtung U jeweils nebeneinander angeordnet sind. Die Zellen 24A, 24B, 24C und 24D grenzen in Umfangsrichtung U des Flugtriebwerkes 1 jeweils an weitere Zellen 24A, 24B, 24C und 24D mit gleichem Volumen an, während die Volumina der Zellen 24A bis 24D, die in axialer Richtung X jeweils nebeneinander angeordnet sind, zumindest teilweise voneinander abweichen.In 6 a rectangular design of the cells 24A to 24D of the structures 20 is shown, which are arranged next to each other in the axial direction X and in the circumferential direction U. The cells 24A, 24B, 24C and 24D each border on further cells 24A, 24B, 24C and 24D with the same volume in the circumferential direction U of the aircraft engine 1, while the volumes of the cells 24A to 24D, which are each arranged next to each other in the axial direction X, differ from each other at least partially.

In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, dass die Hohlräume der Zellen, die jeweils in axialer Richtung X nebeneinander und in Umfangsrichtung U nebeneinander angeordnet sind, jeweils zumindest teilweise voneinander abweichen. Hierfür sind die Formen der Zellen 24 bzw. 24A bis 24D mit jeder anderen geeigneten Form, d.h. kreisförmig, oval, elliptisch, dreieckig, viereckig oder auch teilweise eckig und mit zusätzlich gekrümmtem Zellwandabschnitt ausführbar, um die zellulare Struktur 20 jeweils akustisch optimiert an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall angepasst auszuführen. Zusätzlich sind über die letztbeschriebenen Maßnahmen bzw. Ausführungen der Zellstruktur 23 die Strukturen 20 auf konstruktiv einfache Art und Weise auch an verschiedene Lastfälle strukturmechanisch anpassbar.Depending on the particular application, it is also possible for the cavities of the cells, which are arranged next to each other in the axial direction X and next to each other in the circumferential direction U, to differ from each other at least partially. For this purpose, the shapes of the cells 24 or 24A to 24D can be designed with any other suitable shape, i.e. circular, oval, elliptical, triangular, square or even partially square and with an additional curved cell wall section, in order to design the cellular structure 20 in an acoustically optimized manner adapted to the particular application. In addition, the structures 20 can also be structurally mechanically adapted to different load cases in a structurally simple manner using the measures or designs of the cell structure 23 described last.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, das die lotrechten Abstände zwischen den Deckschichten 21 und 22 anwendungsfallabhängig in axialer Richtung X und/oder in Umfangsrichtung U variieren, um die akustischen Dämpfungseigenschaften der Strukturen 20 an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall anpassen zu können. Letztgenannte Anpassung bietet auch die Möglichkeit, die strukturelle Bauteilfestigkeit der Strukturen 20 mit geringem Aufwand anwendungsfallabhängig auszuführen.In addition, it is also possible for the vertical distances between the cover layers 21 and 22 to vary in the axial direction X and/or in the circumferential direction U depending on the application in order to be able to adapt the acoustic damping properties of the structures 20 to the respective application. The latter adaptation also offers the possibility of implementing the structural component strength of the structures 20 with little effort depending on the application.

Die jeweils anvisierten konstruktiven Ausführungen der Strukturen 20 weisen gegenüber bestehenden Lösungen zudem den Vorteil auf, dass die Zellwände 25, 26 mit einer exakten Orientierung ausführbar sind, die an die im Betrieb an den Strukturen 20 angreifenden Belastungen angepasst bzw. ausgerichtet werden können.The respective envisaged structural designs of the structures 20 also have the advantage over existing solutions that the cell walls 25, 26 can be designed with an exact orientation, which can be adapted or aligned to the loads acting on the structures 20 during operation.

Die Strukturen 20 gemäß 7 und 8 weisen im Bereich ihrer Deckschichten 21 und 22 jeweils zumindest bereichsweise eine sattelflächenartige Krümmung auf. Mit anderen Worten sind die Deckschichten 21 und 22 der Strukturen 20 gemäß 7 und 8 in die beiden Hauptrichtungen X und U jeweils entgegengesetzt, d. h. antiklastisch gekrümmt. Dabei weisen die Deckschichten 21 und 22 der Struktur 20 gemäß 7 in Bezug auf den Bypasskanal 11 in Umfangsrichtung U eine konkave Krümmung auf, um beispielsweise den Bypasskanal 11 in radialer Richtung R nach außen zu begrenzen.The structures 20 according to 7 and 8th have a saddle-like curvature in the area of their cover layers 21 and 22, at least in some areas. In other words, the cover layers 21 and 22 of the structures 20 are according to 7 and 8th in the two main directions X and U, ie anticlastically curved. The cover layers 21 and 22 of the structure 20 have 7 with respect to the bypass channel 11 in the circumferential direction U, a concave curvature, for example, to limit the bypass channel 11 outwards in the radial direction R.

im Unterschied dazu weisen die Deckschichten 21 und 22 der Struktur 20 gemäß 8 in Bezug auf den Bypasskanal 11 in Umfangsrichtung U eine konvexe Krümmung auf, um beispielsweise den Bypasskanal 11 in radialer Richtung R nach innen zu begrenzen.In contrast, the cover layers 21 and 22 of the structure 20 according to 8th with respect to the bypass channel 11 in the circumferential direction U, a convex curvature, for example, to limit the bypass channel 11 inwards in the radial direction R.

Die Fertigung der zellularen Strukturen 20 kann mit einem hohen Automatisierungsgrad durchgeführt werden. Dies ist der Fall, da die Möglichkeit der integralen Fertigung der Sandwichstruktur eine kostensparende Reduzierung der Anzahl der Fertigungsschritte ermöglicht.The production of the cellular structures 20 can be carried out with a high degree of automation. This is the case because the possibility of integral production of the sandwich structure enables a cost-saving reduction in the number of production steps.

Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz thermoplastischer Polymersysteme ein Recycling der Strukturen 20 sowie bereits rezykliertes thermoplastisches Material für die Herstellung der Strukturen 20 zu verwenden. Als Grundwerkstoff können für die Deckschichten 21 und 22 sowie für die Zellstruktur 23 Standard-, Konstruktions- sowie Hochtemperaturthermoplaste eingesetzt werden.In addition, the use of thermoplastic polymer systems enables recycling of the structures 20 and the use of already recycled thermoplastic material for the production of the structures 20. Standard, construction and high-temperature thermoplastics can be used as the base material for the cover layers 21 and 22 as well as for the cell structure 23.

In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles kann es auch vorgesehen sein, dass die Deckschichten 21, 22 und die Zellstruktur 23 aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden, sofern eine ausreichende Verbindungsfestigkeit beim Anspritzen und Verschweißen bzw. Verkleben gewährleistet ist. Die flexible Fertigung der Sandwichstruktur bzw. der Strukturen 20 ergibt sich durch die flexible Gestaltung der Einzelkomponenten, d.h. den Deckschichten 21 und 22 sowie der Zellstruktur 23 durch individuelle Ausführung dieser Elemente sowohl seitens der Materialauswahl als auch deren Geometrie.Depending on the particular application, it can also be provided that the cover layers 21, 22 and the cell structure 23 are made of different materials, provided that sufficient connection strength is ensured during injection molding and welding or gluing. The flexible production of the sandwich structure or structures 20 results from the flexible design of the individual components, i.e. the cover layers 21 and 22 and the cell structure 23, through individual design of these elements both in terms of the choice of material and their geometry.

Da im Betrieb des Flugtriebwerkes 1 mit dem Bypassluftstrom F2 auch Feuchtigkeit bzw. Wasser durch den Bypass-Kanal 11 geführt wird, besteht die Möglichkeit, das neben Luft auch Wasser aus dem Bypass-Kanal 11 durch die Öffnungen 28 bzw. 28A bis 28D in die Zellen 24 bzw. 24A bis 24D eintritt. Damit sich die Zellen 24 bzw. 24A bis 24D im Betrieb eines Flugtriebwerkes 1 nicht zunehmend mit Wasser füllen, weisen die Zellwände 25 im Verbindungsbereich 30 mit der ersten Deckschicht 21 oder im Verbindungsbereich 34 mit der zweiten Deckschicht 22 jeweils Durchgangsöffnungen 31 oder 311 auf, die jeweils zwei in Umfangsrichtung U zueinander benachbarte Zellen 24 bzw. 24A, 24B, 24C oder 24D miteinander verbinden.Since moisture or water is also guided through the bypass channel 11 with the bypass air flow F2 during operation of the aircraft engine 1, there is the possibility that in addition to air, water from the bypass channel 11 also enters the cells 24 or 24A to 24D through the openings 28 or 28A to 28D. So that the cells 24 or 24A to 24D do not increasingly fill with water during operation of an aircraft engine 1, the cell walls 25 in the connection area 30 with the first cover layer 21 or in the connection area 34 with the second cover layer 22 each have through openings 31 or 311, which each connect two cells 24 or 24A, 24B, 24C or 24D adjacent to one another in the circumferential direction U.

Über diese Durchgangsöffnungen 31 oder 311 kann in die Zellen 24 bzw. 24A bis 24D über die Öffnungen 28A bis 28D eintretendes Wasser schwerkraftgetrieben in Richtung eines in Bezug auf eine Hochrichtung Y des Flugtriebwerkes 1 unteren Bereiches 32 des Bläsergehäuses 5 abfließen. Dabei sind die Durchgangsöffnungen 31 der Zellen 24 bzw. 24A bis 24D im Verbindungsbereich 30 zwischen den Zellwänden 25 und der ersten Deckschicht 21, d.h. in radialer Richtung R des Flugtriebwerkes 1 außen vorgesehen, wenn die Zellen 24 bzw. 24A bis 24D unterhalb einer durch die Rotationsachse 2 verlaufenden horizontalen Längsmittelebene 33 angeordnet sind.Water entering the cells 24 or 24A to 24D via the openings 28A to 28D can flow out by gravity in the direction of a lower region 32 of the fan casing 5 with respect to a vertical direction Y of the aircraft engine 1 via these through openings 31 or 311. The through openings 31 of the cells 24 or 24A to 24D are provided in the connection region 30 between the cell walls 25 and the first cover layer 21, i.e. on the outside in the radial direction R of the aircraft engine 1, when the cells 24 or 24A to 24D are arranged below a horizontal longitudinal center plane 33 running through the axis of rotation 2.

Im Unterschied dazu sind die Durchgangsöffnungen 311 in den Zellwänden 25 radial innen und jeweils im Verbindungsbereich 34 zwischen den Zellwänden 25 und der zweiten Deckschicht 22 angeordnet, wenn die Zellen 24A bis 24D oberhalb der horizontalen Längsmittelebene 33 des Flugtriebwerkes 1 vorgesehen sind. Dabei ist die Anordnung der Durchgangsöffnungen 311 nahe des Verbindungsbereiches 34 exemplarisch in 5 gezeigt.In contrast, the through-openings 311 are arranged radially inward in the cell walls 25 and in the connecting region 34 between the cell walls 25 and the second cover layer 22 when the cells 24A to 24D are provided above the horizontal longitudinal center plane 33 of the aircraft engine 1. The arrangement of the through-openings 311 near the connecting region 34 is shown by way of example in 5 shown.

Zusätzlich ist die Zelle 24 bzw. 24A bis 24D, die in Einbaulage des Flugtriebwerkes 1 jeweils im unteren Bereich 32 des Bläsergehäuses 5 positioniert ist, mit einer in 4 näher gezeigten Auslassöffnung 35 ausgeführt. Über die Auslassöffnung 35 ist das Wasser, das in Umfangsrichtung U aus den oberen Zellen 24 bzw. 24A, 24B, 24C oder 24D nach unten abfließt, aus dem Bläsergehäuse 5 bzw. aus der zellularen Struktur 20 auf konstruktiv einfache Art und Weise ausführbar.In addition, the cell 24 or 24A to 24D, which is positioned in the lower area 32 of the fan casing 5 in the installation position of the aircraft engine 1, is provided with a 4 shown in more detail outlet opening 35. The water which flows downwards in the circumferential direction U from the upper cells 24 or 24A, 24B, 24C or 24D can be discharged from the fan housing 5 or from the cellular structure 20 in a structurally simple manner via the outlet opening 35.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
AntriebsvorrichtungDrive device
22
RotationsachseRotation axis
33
Einlassinlet
44
BläserWind instruments
55
BläsergehäuseWind instrument housing
66
RotorwelleRotor shaft
77
Turbineturbine
88th
Verdichtercompressor
99
NiederdruckverdichterLow pressure compressor
1010
HochdruckverdichterHigh pressure compressor
1111
Bypass-KanalBypass channel
1212
KerntriebwerkCore engine
1313
PrimärstromkanalPrimary current channel
1414
BrennkammerbaugruppeCombustion chamber assembly
1515
HochdruckturbineHigh pressure turbine
1616
MitteldruckturbineMedium pressure turbine
1717
NiederdruckturbineLow pressure turbine
1818
AuslassOutlet
1919
AuslasskonusOutlet cone
2020
akustisch dämpfende zellulare Strukturacoustically dampening cellular structure
2121
erste Deckschichtfirst top layer
2222
zweite Deckschichtsecond top layer
2323
ZellstrukturCell structure
2424
Zellecell
24A bis 24D24A to 24D
Zellecell
2525
ZellwandCell wall
2626
ZellwandCell wall
2727
freie Seite der Zellstrukturfree side of the cell structure
2828
Öffnung der zweiten DeckschichtOpening of the second cover layer
28A bis 28D28A to 28D
Öffnungen der zweiten DeckschichtOpenings of the second cover layer
2929
Hohlraum der Zelle 24Cavity of cell 24
29A bis 29D29A to 29D
Hohlräume der Zellen 24A bis 24DCavities of cells 24A to 24D
3030
Verbindungsbereich zwischen der Zellwand 25 und der ersten DeckschichtConnection area between the cell wall 25 and the first cover layer
3131
DurchgangsöffnungPassage opening
311311
DurchgangsöffnungPassage opening
3232
unterer Bereich des Bläsergehäuseslower part of the wind instrument housing
3333
SymmetriemittelebeneCenter plane of symmetry
3434
Verbindungsbereich zwischen der Zellwand 25 und der zweiten DeckschichtConnection area between the cell wall 25 and the second cover layer
3535
AuslassöffnungOutlet opening
F1F1
KernluftstromCore airflow
F2F2
BypassluftstromBypass airflow
RR
radiale Richtungradial direction
UU
UmfangsrichtungCircumferential direction
XX
axiale Richtungaxial direction
YY
HochrichtungVertical direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2021239073 A1 [0005]US 2021239073 A1 [0005]
  • US 11261825 B2 [0006]US 11261825 B2 [0006]

Claims (21)

Verfahren zum Herstellen einer akustisch dämpfenden zellularen Struktur (20) mit zwei Deckschichten (21, 22) und einer dazwischen angeordneten Zellstruktur (23) mit mehreren Zellen (24; 24A bis 24D), wobei eine der Deckschichten (21 oder 22) und die Zellstruktur (23) während eines Kunststoffspritzguss-Verfahrensschrittes integral hergestellt werden und anschließend die weitere Deckschicht (22 oder 21) mit der Zellstruktur (23) form- und/oder stoffschlüssig verbunden wird, oder es wird die zellulare Kernstruktur (23) zunächst in einem Overmoulding-Prozess an eine der beiden Deckschichten (21 oder 22) angespritzt und anschließend form- und/oder stoffschlüssig mit der zweiten Deckschicht (22 oder 21) verbunden, und wobei in einer der Deckschichten (22) Öffnungen (28; 28A bis 28D) erzeugt werden, über die Hohlräume (29; 29A bis 29D) der Zellen (24; 24A bis 24D), die von der Zellstruktur (23) und den Deckschichten (21, 22) begrenzt werden, mit der Umgebung (11) der akustisch dämpfenden zellularen Struktur (20) in Verbindung stehen.Method for producing an acoustically dampening cellular structure (20) with two cover layers (21, 22) and a cell structure (23) arranged between them with a plurality of cells (24; 24A to 24D), wherein one of the cover layers (21 or 22) and the cell structure (23) are produced integrally during a plastic injection molding process step and then the further cover layer (22 or 21) is connected to the cell structure (23) in a form-fitting and/or material-fitting manner, or the cellular core structure (23) is first injection-molded onto one of the two cover layers (21 or 22) in an overmolding process and then connected to the second cover layer (22 or 21) in a form-fitting and/or material-fitting manner, and where openings (28; 28A to 28D) are created in one of the cover layers (22), through which cavities (29; 29A to 29D) of the cells (24; 24A to 24D), which are delimited by the cellular structure (23) and the cover layers (21, 22), are connected to the environment (11) of the acoustically dampening cellular structure (20). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Deckschichten (21 oder 22) aus endlosfaserverstärktem thermoplastischem Kunststoff oder aus einem metallischen Werkstoff hergestellt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that at least one of the cover layers (21 or 22) is made of continuous fiber-reinforced thermoplastic or of a metallic material. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellstruktur (23) aus kurz- oder langfaserverstärktem thermoplastischem Kunststoff hergestellt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the cell structure (23) is made of short or long fiber reinforced thermoplastic material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Deckschichten (21, 22) und/oder die Zellstruktur (23) mit dreidimensionalen Verstärkungselementen ausgebildet wird/werden.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that at least one of the cover layers (21, 22) and/or the cell structure (23) is/are formed with three-dimensional reinforcing elements. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zellwänden (25, 26) der Zellstruktur (23) jeweils eine Durchgangsöffnung (31; 311) erzeugt wird, über die jeweils die Hohlräume (28A bis 28D) von zwei benachbarten Zellen (24A bis 24D) miteinander in Verbindung stehen.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a through opening (31; 311) is produced in each of the cell walls (25, 26) of the cell structure (23), via which the cavities (28A to 28D) of two adjacent cells (24A to 24D) are connected to one another. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deckschicht (21), die auf der der Deckschicht (22) mit den Öffnungen (28; 28A bis 28D) gegenüberliegenden Seite der Zellstruktur (23) mit der Zellstruktur (23) fest verbunden ist, mit einer Auslassöffnung (35) ausgeführt wird, die eine Verbindung zwischen wenigstens einem der Hohlräume (28) und der Umgebung der akustisch dämpfenden zellularen Struktur (20) bildet.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the cover layer (21), which is firmly connected to the cell structure (23) on the side of the cell structure (23) opposite the cover layer (22) with the openings (28; 28A to 28D), is designed with an outlet opening (35) which forms a connection between at least one of the cavities (28) and the environment of the acoustically dampening cellular structure (20). Akustisch dämpfende zellulare Struktur (20) mit zwei Deckschichten (21, 22), wobei zwischen den Deckschichten (21, 22) eine Zellstruktur (23) mit mehreren Zellen (24; 24A bis 24D) vorgesehen ist, deren Zellwände (25, 26) bereichsweise miteinander verbunden sind, wobei die Zellwände (25, 26) mit einer der Deckschichten (21 oder 22) integral ausgeführt sind und die andere Deckschicht (22 oder 21) mit den Zellwänden (25, 26) fest verbunden ist, und wobei eine der Deckschichten (22) mit Öffnungen (28; 28A bis 28D) ausgeführt ist, über die wenigstens einige der Zellen (24; 24A bis 24D) in Einbaulage der akustisch dämpfenden zellularen Struktur (20) jeweils mit einem Strömungsquerschnitt (11) eines strömungsführenden Bauteils (1) in Verbindung stehen.Acoustically dampening cellular structure (20) with two cover layers (21, 22), wherein between the cover layers (21, 22) there is a cell structure (23) with several cells (24; 24A to 24D), the cell walls (25, 26) of which are connected to one another in some areas, wherein the cell walls (25, 26) are integral with one of the cover layers (21 or 22) and the other cover layer (22 or 21) is firmly connected to the cell walls (25, 26), and wherein one of the cover layers (22) is provided with openings (28; 28A to 28D) via which at least some of the cells (24; 24A to 24D) are each connected to a flow cross-section (11) of a flow-guiding component (1) in the installed position of the acoustically dampening cellular structure (20). Akustisch dämpfende zellulare Struktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Formen der Zellen (24; 24A bis 24D) zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung (1) in einem definierten Frequenzbereich zumindest bereichsweise unterschiedlich ausgeführt sind.Acoustically dampening cellular structure according to Claim 7 , characterized in that shapes of the cells (24; 24A to 24D) for reducing radiated sound power of a drive device (1) in a defined frequency range are designed differently at least in some regions. Akustisch dämpfende zellulare Struktur nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Volumina der Zellen (24; 24A bis 24D) zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung (1) in einem definierten Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich groß ausgeführt sind.Acoustically dampening cellular structure according to Claim 7 or 8th , characterized in that volumes of the cells (24; 24A to 24D) for reducing radiated sound power of a drive device (1) in a defined frequency range are at least partially designed to be of different sizes. Akustisch dämpfende zellulare Struktur nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellwände (25, 26) zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung (1) in einem definierten Frequenzbereich zumindest teilweise mit unterschiedlicher Wandstärke ausgebildet sind.Acoustically dampening cellular structure according to at least one of the preceding claims, characterized in that the cell walls (25, 26) are at least partially designed with different wall thicknesses to reduce radiated sound power of a drive device (1) in a defined frequency range. Akustisch dämpfende zellulare Struktur, nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Verläufe der Zellwände (25, 26) zueinander und gegenüber den Deckschichten (21, 22) derart festgelegt sind, dass Volumina von Hohlräumen (29; 29A bis 29D) der Zellen (24; 24A bis 24D), die in axialer Richtung (X) und/oder in Umfangsrichtung (U) nebeneinander angeordnet oder versetzt zueinander sind, zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung (1) in einem definierten Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich groß sind.Acoustically dampening cellular structure according to at least one of the preceding claims, characterized in that courses of the cell walls (25, 26) relative to one another and relative to the cover layers (21, 22) are determined in such a way that volumes of cavities (29; 29A to 29D) of the cells (24; 24A to 24D), which are arranged next to one another or offset from one another in the axial direction (X) and/or in the circumferential direction (U), are at least partially of different sizes in order to reduce radiated sound power of a drive device (1) in a defined frequency range. Akustisch dämpfende zellulare Struktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Krümmungen der Zellwände (25, 26) in Längsrichtung der Zellwände (25 ,26) derart festgelegt sind, dass Volumina der Hohlräume (29; 29A bis 29D), die in axialer Richtung (X) und/oder in Umfangsrichtung (U) nebeneinander oder versetzt zueinander angeordnet sind, zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung (1) in einem definierten Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich groß sind.Acoustically dampening cellular structure according to Claim 11 , characterized in that curvatures of the cell walls (25, 26) in the longitudinal direction of the cell walls (25, 26) are determined such that volumes of the cavities (29; 29A to 29D), which are arranged next to one another or offset from one another in the axial direction (X) and/or in the circumferential direction (U), are at least partially of different sizes in order to reduce radiated sound power of a drive device (1) in a defined frequency range. Akustisch dämpfende zellulare Struktur nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lotrechte Abstände zwischen den Deckschichten (21, 22) derart festgelegt sind, dass Volumina der Hohlräume (29; 29A bis 29D) der Zellen (24; 24A bis 24D), die in axialer Richtung (X) und/oder in Umfangsrichtung (U) nebeneinander oder versetzt zueinander angeordnet sind, zur Reduzierung von abgestrahlter Schallleistung einer Antriebsvorrichtung (1) in einem definierten Frequenzbereich zumindest teilweise unterschiedlich groß sind.Acoustically dampening cellular structure according to at least one of the preceding claims, characterized in that vertical distances between the cover layers (21, 22) are determined such that volumes of the cavities (29; 29A to 29D) of the cells (24; 24A to 24D), which are arranged next to one another or offset from one another in the axial direction (X) and/or in the circumferential direction (U), are at least partially of different sizes in order to reduce radiated sound power of a drive device (1) in a defined frequency range. Akustisch dämpfende zellulare Struktur nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils Hohlräume (29; 29A bis 29D) von zwei benachbarten Zellen (24; 24A bis 24D) über eine Durchgangsöffnung (31, 311) im Bereich einer die Hohlräume (29; 29A bis 29D) der Zellen (24; 24A bis 24D) voneinander trennenden Zellwand (25) miteinander verbunden sind.Acoustically dampening cellular structure according to at least one of the preceding claims, characterized in that cavities (29; 29A to 29D) of two adjacent cells (24; 24A to 24D) are connected to one another via a through opening (31, 311) in the region of a cell wall (25) separating the cavities (29; 29A to 29D) of the cells (24; 24A to 24D) from one another. Akustisch dämpfende zellulare Struktur nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deckschicht (21), die auf der der Deckschicht (22), die mit den Öffnungen (28; 28A bis 28D) ausgeführt ist, gegenüberliegenden Seite der Zellstruktur (23) mit der Zellstruktur (23) fest verbunden ist, eine Auslassöffnung (35) vorgesehen ist, die eine Verbindung zwischen wenigstens einer der Zellen (24; 24A bis 24D) und der Umgebung der akustisch dämpfenden zellularen Struktur (20) bildet.Acoustically dampening cellular structure according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the cover layer (21), which is firmly connected to the cell structure (23) on the side of the cell structure (23) opposite the cover layer (22) provided with the openings (28; 28A to 28D), an outlet opening (35) is provided, which forms a connection between at least one of the cells (24; 24A to 24D) and the environment of the acoustically dampening cellular structure (20). Strömungsführendes Bauteil (5) mit mehreren akustisch dämpfenden zellularen Strukturen (20) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei die akustisch dämpfenden zellularen Strukturen (20) einen Strömungsquerschnitt (11) für Luft durch das strömungsführende Bauteil (5) radial außen- oder innenseitig begrenzt.Flow-guiding component (5) with several acoustically dampening cellular structures (20) according to one of the Claims 7 until 15 , wherein the acoustically dampening cellular structures (20) delimit a flow cross-section (11) for air through the flow-guiding component (5) radially on the outside or inside. Strömungsführendes Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die akustisch dämpfenden zellularen Strukturen (20) einen hohlzylindrischen Ringkörper (5) bilden.Flow-conducting component according to Claim 16 , characterized in that the acoustically dampening cellular structures (20) form a hollow cylindrical ring body (5). Strömungsführendes Bauteil nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (311) der Zellwände (25) zwischen den Zellen (24; 24A bis 24D) der akustisch dämpfenden zellularen Strukturen (20), die in Hochrichtung (Y) des strömungsführenden Bauteils (5) oberhalb einer horizontalen Symmetriemittelebene (33) des strömungsführenden Bauteils (5) angeordnet sind, jeweils in den Verbindungsbereichen (34) zwischen den Zellwänden (25) und der Deckschicht (22) vorgesehen sind, die radial innen angeordnet ist.Flow-conducting component according to Claim 16 or 17 , characterized in that the through openings (311) of the cell walls (25) between the cells (24; 24A to 24D) of the acoustically damping cellular structures (20), which are arranged in the vertical direction (Y) of the flow-guiding component (5) above a horizontal center plane of symmetry (33) of the flow-guiding component (5), are each provided in the connecting regions (34) between the cell walls (25) and the cover layer (22), which is arranged radially inward. Strömungsführendes Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (31) der Zellwände (25) zwischen den Zellen (24; 24A bis 24D) der akustisch dämpfenden zellularen Strukturen (20), die in Hochrichtung (Y) des strömungsführendes Bauteils (5) unterhalb der horizontalen Längsmittelebene (33) des strömungsführenden Bauteils (5) angeordnet sind, jeweils in den Verbindungsbereichen (30) zwischen den Zellwänden (25) und der Deckschicht (21) vorgesehen sind, die radial außen angeordnet ist.Flow-conducting component according to Claim 17 , characterized in that the through openings (31) of the cell walls (25) between the cells (24; 24A to 24D) of the acoustically damping cellular structures (20), which are arranged in the vertical direction (Y) of the flow-guiding component (5) below the horizontal longitudinal center plane (33) of the flow-guiding component (5), are each provided in the connecting regions (30) between the cell walls (25) and the cover layer (21), which is arranged radially on the outside. Strömungsführendes Bauteil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (35) in der radial äußeren Deckschicht (21) der akustisch dämpfenden zellularen Struktur (20) vorgesehen, die in Hochrichtung (Y) des strömungsführenden Bauteils (5) in einem unteren Bereich des strömungsführenden Bauteils (5) angeordnet ist.Flow-guiding component according to at least one of the preceding claims, characterized in that the outlet opening (35) is provided in the radially outer cover layer (21) of the acoustically damping cellular structure (20), which is arranged in the vertical direction (Y) of the flow-guiding component (5) in a lower region of the flow-guiding component (5). Antriebsvorrichtung (1), insbesondere Gasturbine, Flugantrieb oder dergleichen, mit einem strömungsführenden Bauteil (5) gemäß einer der Ansprüche 16 bis 20.Drive device (1), in particular gas turbine, aircraft engine or the like, with a flow-guiding component (5) according to one of the Claims 16 until 20 .
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