WO2005065002A2 - Rotor für eine turbomaschine und verfahren zur herstellung eines solchen rotors - Google Patents

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Manfred Berthan
Bertram Kopperger
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Raimund Lackermeier
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    • Y10T29/49325—Shaping integrally bladed rotor

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a turbomachine, in particular for a gas turbine, according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a rotor according to the preamble of patent claim 8.
  • the present invention relates to integrally bladed rotors.
  • the integrally bladed rotors are referred to as either Biisk (Bladed Disk) or Bling (BJaded Ring) depending on whether there is a disk-shaped or a ring-shaped rotor base body.
  • the rotor blades are firmly connected to the ring-shaped or disk-shaped rotor base body and accordingly are an integral part of the rotor base body.
  • the weight of components can be reduced by up to 50% compared to conventional titanium alloys.
  • the fiber reinforcements in the form of one or more relatively thin-walled, cylindrical rings are introduced into a component with moving blades. According to the state of the art, this is done by first winding the rings separately and compressing and welding them into a fiber-reinforced M MC material in a joining process. These rings are machined, put together and in turn connected to one another by a joining process and to the component to be carried which has the rotor blades.
  • Such an embodiment of an integrally bladed rotor in MMC construction has the disadvantage that joining zones are formed between the rotor blades and the MMC rings.
  • Joining zones have a relatively low strength, which is why only limited centrifugal forces can be absorbed. Joining zones always represent potential defects that cannot always be adequately detected using the available, non-destructive test methods. Another disadvantage is that the manufacturing process for such integrally bladed rotors in the M MC design, which are known from the prior art, is complex and costly.
  • the present invention is based on the problem of proposing a novel rotor for a turbomachine, in particular for a gas turbine, and a method for producing the same.
  • the basic rotor body is of annular design, the annular basic rotor body having at least one groove-like recess in a radially inner section, which is filled from the inside with tensile fibers.
  • an integrally bladed rotor in a combined bling construction and MMC design proposed that has no joint zone between the blades and the MMC rings and therefore has improved strength properties.
  • Figure 1 shows a highly schematic section of a rotor according to the invention according to a first embodiment of the invention in cross section.
  • Fig. 2 shows a highly schematic section of a rotor according to the invention according to a second embodiment of the invention in cross section.
  • FIG. 1 shows a highly schematic cross section through a rotor 10 according to the invention, the rotor 10 being an integrally bladed rotor.
  • the rotor 10 is formed by an annular rotor base body 11, the rotor base body 11 having a radially inner section 12 and a radially outer section 13.
  • the radially outer section 13 serves to provide a plurality of moving blades.
  • the radially inner section 12 is made of an MMC composite material.
  • FIG. 1 shows a cross section through the rotor 10 or the rotor base body 11, the axial direction of the rotor 10 being visualized by an arrow 14 in FIG. 1.
  • the radial direction of the rotor 10 is shown by an arrow 15.
  • the circumferential direction of the rotor 10 is perpendicular to the axial direction 14 and the radial direction 15.
  • groove-like recesses 16 are made in the rotor base body 11, namely in the radially inner section 12 of the same.
  • the groove-like recesses 16 extend radially outwards starting from a radially inner lateral surface 17.
  • Fig. 1 can be seen that the recesses 16 in a radial Direction (arrow 15) have a larger dimension than in the axial direction (arrow 14).
  • Several recesses 16 are positioned one behind the other in the axial direction of the rotor 10 or rotor base body 11, extend exclusively in the radially inner section 12 of the rotor base body 11 and end at a distance from the radially outer section 13 of the same.
  • the groove-like recesses 16 have a rounded or arcuate profile or a rounded or arcuate contour on a radially outer boundary 18.
  • the groove-like recesses 16 which extend essentially in the radial direction and in the circumferential direction, are filled from the inside with tensile fibers.
  • These tensile fibers can, for example, be silicon carbide fibers.
  • the basic rotor body 1 1 is formed from a metallic matrix material, in particular from titanium. So-called MMC rings are created by filling the recesses 16 with fibers.
  • the groove-like recesses 16 filled with fibers are delimited by at least one cylindrical shell 19 made of matrix material on the radially inner lateral surface 17 or on the radially inner end thereof.
  • the cylindrical shell 19 is necessary for production reasons, but does not absorb any forces and can therefore be at least partially processed in a later processing step.
  • the procedure according to the present invention is such that, in a first step, an annular rotor base body 11 is provided, which has a radially inner section 12 as well as a radially outer section 13, the radially outer section 13 serving to provide the moving blades.
  • the groove-like recesses 16 are then introduced into the radially inner section 12, namely into the radially inner lateral surface 17 of the same.
  • the groove-like recesses 16 are accordingly open at the radially inner end and extend in the radial direction into the metallic matrix material of the radially inner section 12 of the basic rotor body 11.
  • the recesses 16 are designed in the circumferential direction as closed annular grooves.
  • the recesses 16 are introduced into the radially inner section 12 of the rotor base body 11 in such a way that the recesses 16 end radially on the outside at a distance from the radially outer section 13 and have a rounded or an arcuate contour at the corresponding boundary 18.
  • the open and groove-shaped recesses 16 at the radially inner end are filled with tensile fibers from the inside radially.
  • These tensile fibers are, in particular, silicon carbide fibers. However, other tensile fibers can also be used.
  • the basic rotor body 11 made of the metallic matrix material is compressed together with the tensile fibers arranged in the recesses 16 of the basic rotor body 11 by the action of pressure at high temperature.
  • the rotor base body filled with tensile fibers is first positioned in a vacuum, the recesses 16, which are still open at the radially inner end and are filled with fibers, being sealed gas-tight by at least one cylindrical shell 19 made of metallic matrix material.
  • the gas-tight capsule thus provided is then compressed by hot isostatic pressing.
  • joining zones are accordingly placed in areas of the rotor 10 that are not critical from the point of view of strength.
  • the rotor blades are worked out in the region of the radially outer, fiber-free section 13, in particular by milling.
  • an annular rotor base body to be provided at the beginning of the method according to the invention, on the radially outer section 13 of which the rotor blades have already been worked out. In this case, the rotor blades would only be finished after the compression of the rotor base body.
  • an integrally bladed rotor in a combined bling construction and MMC construction is therefore proposed, which does not have any transverse joining zones between the rotor blades and the MMC reinforcement rings. This is particularly advantageous for strength reasons.
  • transitions between the MMC rings and the metallic matrix material can be optimized. Strength cracks at the transition from the MMC rings to the matrix material are accordingly reduced.
  • cross sections of the M MC reinforcement rings are designed in such a way that the reinforcement force is transmitted primarily via shear forces.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the invention, which essentially corresponds to the embodiment of FIG. 1. Therefore, the same reference numbers are used to avoid unnecessary repetitions for the same modules.
  • the exemplary embodiment of FIG. 2 differs from the exemplary embodiment of FIG. 1 only in the cross-sectional configuration of the recesses 16.
  • the exemplary embodiment of FIG. 2 is closed these walls form an angle in such a way that the recesses 16 taper radially outward, that is to say they have a conical contour in cross section. This then results after filling the recess with the tensile fiber in itself in the radial direction MMC rings tapering to the outside, which can further improve the strength properties of the rotor.
  • an integrally bladed rotor in bling design which has no strength-reducing joining zones between the rotor blades and the MMC reinforcing rings that run in the axial direction or in the circumferential direction.
  • the integrally bladed rotor in bling design according to the invention consists of an annular rotor base body which has blades which form a blade ring in a radially outer section or which has a sufficiently large cross section in the radially outer section so that the blades of the blade ring can be worked out.
  • the MMC reinforcement rings are arranged in a radially inner section of the rotor base body, these MMC reinforcement rings being produced by filling groove-like recesses from the inside with tensile fibers.
  • the recesses are therefore open radially inwards and are closed gas-tight after filling at least one cylindrical shell, in order to be subsequently compressed at high temperatures under the action of pressure. This results in a particularly simple manufacture of an MMC bling.

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Abstract

Der Rotor für eine Turbomaschine verfügt über einen Rotorgrundkörper (11) und mehrere über den Umfang des Rotorgrundkörpers (11) verteilt abgeordneten Laufschaufeln, wobei der Rotorgrundkörper (11) aus einem MMC-Verbundwerkstoff hergestellt ist/ und wobei die Laufschaufeln integraler Bestandteil des Rotors sind. Der Rotorgrundkörper (11) ist ringförmig ausgebildet, wobei der ringförmige Rotorgrundkörper (11) in einem radial innenliegenden Abschnitt (12) mindestens eine nutartige Ausnehmung (16) aufweist, die von radial innen mit zugfesten Fasern befüllt ist.

Description

Rotor für eine Turbomaschine und Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Turbomaschine, insbesondere für eine Gasturbine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Nach dem Stand der Technik unterscheidet man prinzipiell zwei Arten von Rotoren für eine Turbomaschine, nämlich sogenannte integral beschaufelte Rotoren von solchen Rotoren, bei welchen die Laufschaufeln über Schaufelfüße in den Rotor eingesetzt sind. Die hier vorliegende Erfindung betrifft integral beschaufelte Rotoren. Die integral beschaufelten Rotoren werden abhängig davon, ob ein scheibenförmiger oder ein ringförmiger Rotorgrundkörper vorliegt, entweder als Biisk (Bladed Disk) oder als Bling (BJaded Ring) bezeichnet. Bei solchen integral beschaufelten Rotoren sind die Laufschaufeln fest mit dem ringförmigen oder scheibenförmigen Rotorgrundkörper verbunden und demnach integraler Bestandteil des Rotorgrundkörpers.
Moderne Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinen wie Flugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Gewicht, Leistung, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. Um die obigen Anforderungen an eine Gasturbine, insbesondere ein optimiertes Gewicht derselben, zu erzielen, muss insbesondere auch der Rotor im Hinblick auf die obigen Anforderungen optimiert werden. Hierbei spielt unter anderem die Werkstoffauswahl sowie die Suche nach neuen, geeigneten Werkstoffen eine entscheidende Rolle. Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, zur Gewichtsoptimierung als Werkstoff für einen Rotor einer Gasturbine sogenannte faserverstärkte Verbundwerkstoffe zu verwenden. Derartige Verbundwerkstoffe verfügen über ein Trägermaterial, welches als eine Metallmatrix ausgebildet ist, sowie über in das Trägermaterial eingebettete Fasern. Einen derartigen Verbundwerkstoff bezeichnet man auch als Metallmatrix- Verbundwerkstoff - kurz MMC. Bei hochfesten M MC-Werkstoffen, bei denen Titan als Trägermaterial zum Einsatz kommt, kann das Gewicht von Bauteilen um bis zu 50 % gegenüber herkömmlichen Titanlegierungen reduziert werden. Als Verstärkungen werden Fasern mit hoher Festigkeit und hohem Elastizitätsmodul, zum Beispiel SiC-Fasern, verwendet.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten, integral beschaufelten Rotoren in MMC- Bauweise sind die Faserverstärkungen in Form eines oder mehrerer relativ dünnwandiger, zylindrischer Ringe in ein Bauteil mit Laufschaufeln eingebracht. Dies erfolgt nach dem Stand der Technik dadurch, dass zuerst die Ringe separat gewickelt und in einem Füge- prozess zu einem faserverstärkten M MC-Werkstoff verdichtet und verschweißt werden. Diese Ringe werden bearbeitet, zusammengesteckt und wiederum durch einen Füge- prozess untereinander sowie mit dem zu tragenden, die Laufschaufeln aufweisenden Bauteil verbunden. Eine derartige Ausgestaltung eines integral beschaufelten Rotors in MMC- Bauweise verfügt über den Nachteil, dass zwischen den Laufschaufeln und den MMC- Ringen Fügezonen ausgebildet sind. Diese Fügezonen verfügen über eine relativ geringe Festigkeit, weshalb nur beschränkte Zentrifugalkräfte aufgenommen werden können. Fügezonen stellen immer potentielle Fehlstellen dar, die sich mithilfe der verfügbaren, zerstörungsfreien Prüfverfahren nicht immer ausreichend detektieren lassen. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass das Herstellverfahren für derartige, aus dem Stand der Technik bekannte, integral beschaufelte Rotoren in M MC-Bauweise aufwendig und kostspielig ist.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, einen neuartigen Rotor für eine Turbomaschine, insbesondere für eine Gasturbine, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben vorzuschlagen.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass der eingangs genannte Rotor durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Rotorgrundkörper ringförmig ausgebildet, wobei der ringförmige Rotorgrundkörper in einem radial innenliegenden Abschnitt mindestens eine nutartige Ausnehmung aufweist, die von radial innen mit zugfesten Fasern befüllt ist. Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals ein integral beschaufelter Rotor in kombinierter Bling-Bauweise und MMC-Bauweise vorgeschlagen, der zwischen den Laufschaufeln und den MMC-Ringen keine Fügezone aufweist und demnach über verbesserte Festigkeitseigenschaften verfügt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen integral beschaufelten Rotors ist im unabhängigen Patentanspruch 8 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen stark schematisierten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Rotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt; und
Fig. 2 einen stark schematisierten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Rotor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt.
Fig. 1 zeigt einen stark schematisierten Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rotor 10, wobei der Rotor 10 ein integral beschaufelter Rotor ist. Der Rotor 10 wird von einem ringförmigen Rotorgrundkörper 1 1 gebildet, wobei der Rotorgrundkörper 1 1 über einen radial innenliegenden Abschnitt 12 und einen radial außenliegenden Abschnitt 13 verfügt. Der radial außenliegende Abschnitt 13 dient der Bereitstellung mehrerer Laufschaufeln. Der radial innenliegende Abschnitt 12 ist aus einem MMC-Verbundwerkstoff hergestellt.
Wie bereits erwähnt, zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch den Rotor 10 bzw. den Rotorgrundkörper 1 1, wobei die Axialrichtung des Rotors 10 in Fig. 1 durch einen Pfeil 14 visua- lisiert ist. Die Radialrichtung des Rotors 10 ist durch einen Pfeil 15 gezeigt. Die Umfangs- richtung des Rotors 10 steht senkrecht auf der Axialrichtung 14 sowie der Radialrichtung 15.
Gemäß Fig. 1 sind in den Rotorgrundkörper 1 1, nämlich in den radial innenliegenden Abschnitt 12 desselben, nutartige Ausnehmungen 16 eingebracht. Die nutartigen Ausnehmungen 16 erstrecken sich beginnend von einer radial innenliegenden Mantelfläche 17 radial nach außen. Fig. 1 kann entnommen werden, dass die Ausnehmungen 16 in radialer Richtung (Pfeil 15) eine größere Abmessung aufweisen als in axialer Richtung (Pfeil 14). Mehrere Ausnehmungen 16 sind in Axialrichtung des Rotors 10 bzw. Rotorgrundkörpers 1 1 hintereinander positioniert, erstrecken sich ausschließlich im radial innenliegenden Abschnitt 12 des Rotorgrundkörpers 1 1 und enden mit Abstand zum radial außenliegenden Abschnitt 13 desselben. Wie ebenfalls Fig. 1 entnommen werden kann, verfügen die nutartigen Ausnehmungen 16 an einer radial außenliegenden Begrenzung 18 über ein abgerundetes oder bogenförmiges Profil bzw. eine abgerundete bzw. bogenförmige Kontur.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind die sich im Wesentlichen in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung erstreckenden, nutartigen Ausnehmungen 16 von radial innen mit zugfesten Fasern befüllt. Bei diesen zugfesten Fasern kann es sich zum Beispiel um Siliziumcarbidfasern handeln. Der Rotorgrundkörper 1 1 ist aus einem metallischen Matrixmaterial, insbesondere aus Titan, gebildet. Durch die Befüllung der Ausnehmungen 16 mit Fasern werden sogenannte MMC-Ringe geschaffen.
Wie Fig. 1 entnommen werden kann, sind die mit Fasern befüllten, nutartigen Ausnehmungen 16 an der radial innenliegenden Mantelfläche 17 bzw. am radial innenliegenden Ende derselben von mindestens einer zylindrischen Schale 19 aus Matrixmaterial begrenzt. Die zylindrische Schale 19 ist aus Fertigungsgründen erforderlich, nimmt jedoch keine Kräfte auf und kann daher in einem späteren Bearbeitungsschritt zumindest teilweise abgearbeitet werden.
Durch das oben beschriebene, erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip für einen integral beschaufelten Rotor 10 werden quer verlaufende, also in Axialrichtung sowie in Umfangsrichtung verlaufende Fügezonen zwischen den MMC-Ringen, die in den radial innenliegenden Abschnitt 12 eingebracht sind, und den Laufschaufeln, die vom radial außenliegenden Abschnitt 13 bereitgestellt werden, vermieden. Hierdurch lassen sich verbesserte Festigkeitseigenschaften für den integral beschaufelten Rotor 10 erzielen.
Zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten, integral beschaufelten Rotors 10 wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung so vorgegangen, dass in einem ersten Schritt ein ringförmiger Rotorgrundkörper 1 1 bereitgestellt wird, der über einen radial innenliegenden Abschnitt 12 sowie einen radial außenliegenden Abschnitt 13 verfügt, wobei der radial außenliegende Abschnitt 13 der Bereitstellung der Laufschaufeln dient. In den radial innenliegenden Abschnitt 12 werden sodann die nutartigen Ausnehmungen 16 eingebracht, nämlich in die radial innenliegende Mantelfläche 17 desselben. Die nutartigen Ausnehmungen 16 sind demnach am radial innenliegenden Ende offen und erstrecken sich in radialer Richtung in das metallische Matrixmaterial des radial innenliegenden Abschnitts 12 des Rotorgrundkörpers 1 1 hinein. Des weiteren sind die Ausnehmungen 16 in Umfangsrichtung als geschlossene ringförmige Nuten ausgeführt. Wie bereits erwähnt, werden die Ausnehmungen 16 derart in den radial innenliegenden Abschnitts 12 des Rotorgrundkörpers 1 1 eingebracht, dass die Ausnehmungen 16 radial außen mit Abstand zum radial außenliegenden Abschnitt 13 enden und an der entsprechenden Begrenzung 18 eine abgerundete bzw. eine bogenförmige Kontur aufweisen.
Die am radial innenliegenden Ende, also an der radial innenliegenden Mantelfläche 17 des Rotorgrundkörpers 1 1, offenen und nutförmigen Ausnehmungen 16 werden in einem nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens von radial innen mit zugfesten Fasern befüllt. Bei diesen zugfesten Fasern handelt es sich insbesondere um Siliziumcarbidfasern. Es können jedoch auch andere zugfeste Fasern Verwendung finden.
Nachdem die Ausnehmungen 16 mit zugfesten Fasern befüllt worden sind, wird in einem nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens der Rotorgrundkörper 1 1 aus dem metallischen Matrixmaterial zusammen mit den in den Ausnehmungen 16 des Rotorgrundkörpers 1 1 angeordneten, zugfesten Fasern durch Druckeinwirkung bei hoher Temperatur verdichtet. Hierzu wird zuerst der mit zugfesten Fasern befüllte Rotorgrundkörper im Vakuum positioniert, wobei im Vakuum die noch am radial innenliegenden Ende offenen, mit Fasern befüllten Ausnehmungen 16 durch mindestens eine zylindrische Schale 19 aus metallischem Matrixmaterial gasdicht verschlossen werden. Die so bereitgestellte, gasdichte Kapsel, wird dann durch heißisostatisches Pressen verdichtet. Hierdurch wird demnach lediglich eine Fügezone ausgebildet, nämlich im Bereich der radial innenliegenden Mantelfläche 17 des Rotorgrundkörpers 1 1. Fügezonen werden demnach in aus Festigkeitsgesichtspunkten unkritische Bereiche des Rotors 10 gelegt. Nach dem Verdichten werden im Bereich des radial außenliegenden, faserfreien Abschnitts 13 die Laufschaufeln durch insbesondere Fräsen herausgearbeitet. Es ist auch möglich, dass bereits zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens ein ringförmig ausgebildeter Rotorgrundkörper bereitgestellt wird, an dessen radial außenliegendem Abschnitt 13 die Laufschaufeln schon herausgearbeitet sind. In diesem Fall würde nach dem Verdichten des Rotorgrundkörpers lediglich eine Endbearbeitung der Laufschaufeln durchgeführt werden.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach ein integral beschaufelter Rotor in kombinierter Bling-Bauweise sowie MMC-Bauweise vorgeschlagen, der keine querverlaufenden Fügezonen zwischen den Laufschaufeln und den MMC-Verstärkungsringen aufweist. Dies ist aus Festigkeitsgründen besonders vorteilhaft.
Bedingt durch die bogenförmige Kontur der Ausnehmungen 16 an deren radial außenliegender Begrenzung 18 lassen sich Übergänge zwischen den MMC-Ringen und dem metallischen Matrixmaterial festigkeitsoptimiert gestalten. Festigkeitssprünge am Übergang von den MMC-Ringen zum Matrixmaterial werden demnach gemindert.
Durch die in radialer Richtung größeren Abmessungen der Ausnehmungen 16 als in axialer Richtung derselben werden Querschnitte der M MC-Verstärkungsringe so ausgelegt, dass die Verstärkungskraft vorwiegend über Schubkräfte übertragen wird.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 entspricht. Daher werden zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugziffern verwendet. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 lediglich durch die Querschnittsgestaltung der Ausnehmungen 16. Verlaufen beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die axial voneinander beabstandeten Begrenzungswände der Ausnehmungen 16 im Wesentlichen parallel zueinander, so schließen beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 diese Wände einen Winkel ein, derart, dass sich die Ausnehmungen 16 in radialer Richtung nach außen hin verjüngen, also im Querschnitt eine konische Kontur aufweisen. Dies resultiert dann nach Befüllung der Ausnehmung mit den zugfesten Faser in sich in radialer Richtung nach außen hin konisch zulaufende MMC-Ringe, wodurch die Festigkeitseigenschaften des Rotors nochmals verbessert werden können.
Abschließend sei nochmals darauf hingewiesen, dass im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ein integral beschaufelter Rotor in Bling-Bauweise vorgeschlagen wird, der keine fes- tigkeitsreduzierenden, in Axialrichtung bzw. in Umfangsrichtung verlaufenden Fügzonen zwischen den Laufschaufeln und den MMC-Verstärkungsringen aufweist. Der erfindungsgemäße, integral beschaufelte Rotor in Bling-Bauweise besteht aus einem ringförmigen Rotorgrundkörper, der in einem radial außenliegenden Abschnitt über einen Schaufelkranz bildende Laufschaufeln verfügt oder im radial außenliegenden Abschnitt über einen ausreichend großen Querschnitt verfügt, sodass die Laufschaufeln des Schaufelkranzes herausgearbeitet werden können. In einem radial innenliegenden Abschnitt des Rotorgrundkörpers sind die MMC-Verstärkungsringe angeordnet, wobei diese MMC-Verstärkungsringe dadurch hergestellt werden, dass nutartige Ausnehmungen von innen her mit zugfesten Fasern befüllt werden. Die Ausnehmungen sind demnach radial nach innen offen und werden nach dem Befüllen von mindestens einer zylindrischen Schale gasdicht verschlossen, um anschließend bei hohen Temperaturen unter Druckeinwirkung verdichtet zu werden. Auf diese Art und Weise ergibt sich eine besonders einfache Herstellung eines MMC- Blings.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor für eine Turbomaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit einem Rotorgrundkörper (11) und mehreren über den Umfang des Rotorgrundkörpers (1 1) verteilt abgeordneten Laufschaufeln, wobei der Rotorgrundköper (1 1) aus einem MMC- Verbundwerkstoff hergestellt ist, und wobei die Laufschaufeln integraler Bestandteil des Rotors sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper (1 1) ringförmig ausgebildet ist, wobei der ringförmige Rotorgrundkörper (1 1) in einem radial innenliegenden Abschnitt (12) mindestens eine nutartige Ausnehmung (16) aufweist, die von radial innen mit zugfesten Fasern befüllt ist.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung (14) des Rotorgrundkörpers (1 1) hintereinander mehrere nutartige, mit Fasern befüllte Ausnehmungen (16) angeordnet sind.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die oder jede Ausnehmung (16) ausgehend von einer radial innenliegenden Mantelfläche (17) des Rotorgrundkörpers (1 1) radial in den radial innenliegenden Abschnitt (12) des Rotorgrundkörpers (11) hinein erstreckt und mit Abstand von einem radial außenliegenden Abschnitt (13) des Rotorgrundkörpers (1 1), welcher der Bereitstellung der Laufschaufeln dient, endet.
4. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Ausnehmung (16) an einer radial außenliegenden Begrenzung (18) derselben ein abgerundetes oder bogenförmiges Profil aufweist.
5. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Ausnehmung (16) in radialer Richtung (15) eine größere Abmessung aufweist als in axialer Richtung (14).
6. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oderjede Ausnehmung (16) am radial innenliegenden Ende von mindestens einer zylindrischen Schale (19) aus Matrixmaterial begrenzt ist.
7. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oderjede Ausnehmung (16) im Querschnitt konisch ausgebildet ist, derart, dass sich die oderjede Ausnehmung (16) ausgehend vom radial innenliegenden Ende in radial Richtung verjüngt.
8. Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors für eine Turbomaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines ringförmig ausgebildeten Rotorgrundkörpers (1 1) aus metallischem Matrixmaterial mit einem radial innenliegenden Abschnitt (12) und einem radial außenliegenden Abschnitt (13), wobei der radial außenliegende Abschnitt (13) der Bereitstellung von Laufschaufeln dient, b) Einbringen mindestens einer nutartigen Ausnehmung (16) in den radial innenliegenden Abschnitt (12) des Rotorgrundkörpers (1 1), wobei die oderjede Ausnehmung (16) an einem radial innenliegenden Ende offen ist und mit Abstand zum radial außenliegenden Abschnitt (13) endet, c) Befüllen der oder jeder nutartigen Ausnehmung (16) von radial innen mit zugfesten Fasern, d) Verdichten des Rotorgrundkörpers (1 1) aus metallischem Matrixmaterial und der zugfesten Fasern durch Druckeinwirkung bei hoher Temperatur,
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen der oder jeder Ausnehmung ( 16) mit den zugfesten Fasern die oder jede Ausnehmung (16) am radial innenliegenden Ende von mindestens einer zylindrischen Schale (19) aus Matrixmaterial unter Vakuum gasdicht abschlössen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die so bereitgestellte, gasdichte Kapsel durch heißisostatisches Pressen verdichtet wird.
1. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verdichten im Bereich des radial außenliegenden, faserfreien Abschnitts (13) die Laufschaufeln durch insbesondere Fräsen herausgearbeitet werden.
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