WO2019025093A1 - Method for producing a sealing element for sealing a flow path in a gas turbine, sealing element and gas turbine - Google Patents

Method for producing a sealing element for sealing a flow path in a gas turbine, sealing element and gas turbine Download PDF

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WO2019025093A1
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sealing element
sealing
support structure
lattice
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Daniel Hansmann
Elke Henschel
Kevin KAMPKA
Markus RABEN
Vyacheslav Veitsman
Joana VERHEYEN
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Gas turbines usually have a primary flow path for the gas, which extends from an air intake via a compressor, a combustion chamber, a turbine to a gas outlet. Gas leakage from this flow path from a higher pressure region to a lower pressure region is generally undesirable. For example, gas leakage in the turbine region of a gas turbine can lead to a reduction in the efficiency of the gas turbine ⁇ so that more fuel is needed to achieve the same power. A gas leakage in the combustion chamber region ⁇ a gas turbine may require an increase in the combustion temperature encryption, to achieve the same turbine power. As a result, pollutants such. As nitrogen oxides and carbon monoxide arise.
  • Gas leaks occur through gaps between individual gas turbine components such. B. at the transition between the combustion chamber and turbine, or by intermediate spaces between individual construction ⁇ partial segments, such as by interspaces zwi ⁇ 's combustion chamber housing segments or vane segments within the turbine.
  • the seals are high in operation, z. T. exposed to changing mechanical and thermal loads.
  • Operation resulting challenges include high Tem ⁇ perature and changing pressure loads, non-uniform sealing gaps as a result of different thermal expansions of the adjacent to the sealing materials and the seal itself, relative movement between the sealing adjacent components or component segments (offset of the sealing surfaces), vibration, and Vibrations, so that the seal is not continuously applied to the sealing surface.
  • Other challenges include ensuring sufficient cooling / cooling air supply and the end gap seal.
  • An end gap is to be understood as meaning a residual gap which often forms at the transition between adjoining sealing segments and at the lateral ends of the seals with respect to the surrounding border or groove.
  • a disadvantage of the aforementioned, predominantly rigid seal ⁇ concepts is high wear on the seal itself and on the sealing surfaces of the components or component segments to be sealed against each other due to the above-mentioned challenges. In turn, high wear leads to overall efficiency-reducing gas leaks as well as shorter maintenance and repair intervals and thus higher repair costs due to high wear. Also known are so-called “cloth-seals”, as described, for example, in Dogu, Y., Aksit, M. et al., "Thermal and Flow Analysis of Cloth-Seal in Slot for Gas Turbine Shroud Applications", AIAA. 98-3174, 1998 and Aksit, M., Bagepalli, BS et al.
  • connection points between the two structures ie z.
  • weak points that can reduce the life of the seal ie z.
  • Object of the present invention is therefore to provide a method of manufacturing a seal member and a seal-element, with which the disadvantages mentioned ver ⁇ Ringert, or may be fixed.
  • the grid ter designed by means of an additive manufacturing process or 3D printing process to produce.
  • the lattice structure comprises a lattice material, which may, for example, comprise a metallic material, a metal-ceramic material, a ceramic material or a composite material or may consist of one of the materials mentioned, wherein regions between the lattice material and non-lattice material are arranged between discrete regions.
  • the lattice structure may preferably be formed as a planar structure with respect to the side surfaces of the lattice structure significantly larger base and top surfaces. During the use of the sealing element, the base and Deckflä ⁇ che are arranged substantially parallel to the sealing surfaces.
  • the grid structure can also be understood as a network or pore structure and be formed in one or more layers.
  • the sealing member may comprise either one or a plurality of moving ⁇ che or different grating structures which are adjacent to each other di- rectly or separated from each other may be angeord ⁇ net.
  • the grid structure may be gas-tight.
  • at least the lattice structure of one or the sealing component of the sealing member is. If the lattice structure is not gas-tight, so must have a different density ⁇ de component, eg. B. in the form of a support structure, be present, so that the sealing element can aufwei ⁇ sen a sealing effect.
  • ⁇ de component eg. B. in the form of a support structure
  • the grating structure is produced by means of a additi ⁇ ven manufacturing process. Kings ⁇ nen doing different additive manufacturing process, depending on the mesh material used such. For example, selective laser melting (SLM), electron beam melting (EBM)
  • SLM selective laser melting
  • EBM electron beam melting
  • an additive production method is understood to be a method for producing a three-dimensional object, in which case material is applied and solidified in thin layers in a simplified manner and / or connected in a materially bonded manner.
  • the generative production takes place from informal (powder, liquids, o. ⁇ .) Or form neutral (band-shaped, wire-shaped, o. ⁇ .) Materials by means of chemical and / or physical processes.
  • a sealing element produced according to the invention can have an improved sealing effect by ensuring a continuous surface contact over the entire operating period and under all operating conditions between the contact partners sealing element and sealing surface by elastic behavior of the grid structure or the mesh material, as well as the influence of vibrations and relative movements between the contact partners weakened or damped (so-called "damping effect").
  • the damping effect and flexibility can be achieved by the specific design of the grid structure, for. B. their geometric design and material composition can be influenced.
  • the mechanical behavior of the sealing element, for. B. its elasticity and rigidity are influenced direction-dependent.
  • the cooling of the sealing element as well as optionally Loka ⁇ len sealing point can be improved in addition, since the porous or permeable structure ⁇ by a corresponding configuration May have self-cooling effect or a targeteddeluftversor ⁇ tion.
  • the mechanical behavior of the selected grating structure can vary in the spatial direction and can be calculated mathematically (advance), i. H.
  • the mechanical loads and the behavior of the sealing element can be simulated under these loads.
  • Gap changes due to operating conditions can be prepared by the elastic behavior of the lattice structure, if necessary, as explained below in conjunction with the support structure, beadedgli ⁇ surfaces, whereby the sealing function over a long Period can be maintained. Resulted in reduced wear and tear, a higher sealing effect, ie a Reduzie ⁇ tion of leakage, and increased longevity of the sealing elements ⁇ over the period of operation can be achieved. As a result, the maintenance intervals can also be extended, so that repair, maintenance and repair costs can be reduced.
  • the method according to the invention can be used, for example, to produce a sealing element for the combustion chamber seal, whereby the lateral gap at the combustion chamber exit is sealed between the circumferentially distributed tube sealing chambers.
  • Platform gap wherein the gaps between the circumferentially adjoining blade ends (“turbine vane mate-face seals") are sealed.
  • the grid structure can be applied to a support structure, in particular printed.
  • the support structure itself can be produced by means of an additive manufacturing process.
  • carrier structure and grid structure can be produced in a common 3D printing process, so that the separate production of grid structure and carrier structure is eliminated.
  • the support structure comprises a carrier material which game, comprise a metallic material, a metal-ceramic material, a ceramic material or a composite material at ⁇ or may consist of one of the said materials.
  • the support structure may preferably be formed as a planar structure with respect to the side surfaces of the support structure significantly larger base and top surfaces. During use of the sealing element are the Base and top surface arranged largely parallel to the sealing surfaces.
  • the support structure can serve to improve the mechanical stability of the lattice structure.
  • the support structure may be formed or gas impermeable.
  • the carrier structure can be produced, for example, as a plate-like compact structure. Due to the thickness and shape of the support structure, the rigidity of the seal or of the sealing element can be influenced.
  • the additive manufacturing method allows a material-key connection between the grid and support structure at defined connection points, wherein the number of connection points and the execution of the connection can be specifically influenced and designed.
  • a cohesive connection between carrier structure and grid structure can be or are provided at all points of contact.
  • the grid and / or carrier structure can be produced with a material composition changing within the grid or carrier structure and / or the carrier structure and the grid structure can be produced from different materials.
  • cooling air channels can be integrated into the grid and / or carrier structure. This can provide effective cooling air supply you ⁇ processing elements and protect the sealing element from Be ⁇ damage due to excessive thermal stress.
  • the number and location of the cooling channels can be set according to the con ⁇ kret planned installation location of the seal member.
  • a simulation of the necessary cooling at certain positions of the sealing element to set the number and position of the cooling channels can be performed.
  • an at least partially curved grid and / or support structure i. H. a
  • the concrete geometric design can be determined according to the concrete planned location (sealing point) of the sealing ⁇ elements.
  • a simulation of the sealing of the sealing point can be carried out.
  • the grid structure on one or both sides of the support structure that is applied to the base and / or top surface of the support structure, in particular imprinted, and / or applied to the grid ⁇ structure another support structure, insbesonde ⁇ re printed, are , If another support structure brought to ⁇ , the result is a sandwich structure in which the Git ⁇ ter Design sandwiched between two support structures.
  • a grid structure is applied on both sides of the carrier structure, identical or different grid structures can be applied on both sides of the carrier structure. Likewise, in the case of a further carrier structure, this may be or may be formed identically or differently to the first carrier structure to which the grid structure is applied. Due to the different arrangement of the lattice structure and the properties of the carrier can be Dichtungsele- ments flexibly adapted to the required sealing of the sealing Stel ⁇ le. The determination of the arrangement can be determined by means of a simulation.
  • the lattice structure can be produced with a tetrahedral structure, a prism structure, a wave structure, a honeycomb structure or a bionic structure, defined or undefined relative to the contact points and the angles of the discrete regions from the lattice material relative to one another in the layer structure.
  • the lattice structure may be formed so that by the arrangement of the grid material areas are formed without a grid material having a tetrahedral or prismatic shape, for. B. with in cross-section diamond-shaped Areas have.
  • the structural examples mentioned can be present both in a regular arrangement, ie in a defined manner as well as in an irregular arrangement, ie randomly. Due to the different structural design of the grid structure, the properties of the sealing element can be flexibly adapted to the required sealing of the sealing point.
  • the determination of the fabricatel ⁇ len embodiment can be determined by a simulation.
  • a desired mechanical behavior of the sealing element can be predetermined and the lattice and / or support structure can be produced such that the resulting sealing element exhibits the desired mechanical behavior.
  • a simulation of the sealing of the sealing point possibly under different conditions such. As different temperatures are performed.
  • the mechanical behavior of the seal can u. a. by the choice of the lattice structure (material, geometric shape, etc.), the number of layers of lattice and / or
  • Support structure the definition of the contact and joints and the arrangement of the support structure can be varied.
  • the parameters determined by the simulation can then be used to design the sealing element, e.g. As to determine the specific geometric shape, the materials, the surface design, etc., are used, so that by means of the additive manufacturing process, the desired Dichtungsele ⁇ ment can be generated directly without further processing steps are necessary or at least so that the At ⁇ number of further processing steps can be minimized.
  • An inventive seal element for sealing a flow path in a gas turbine comprises a lattice structure of a mesh material, wherein the mesh material ⁇ composition changes within the lattice structure.
  • the change of the material composition can be targeted to to adapt the properties to the sealing effect required to seal the sealing point.
  • Structure can be made of a material of lower strength and higher elasticity.
  • the grid material composition can also be chosen so that the thermal expansion corresponds approximately to the thermal expansion of the material of the sealing surface.
  • the grid structure may be formed gas-impermeable.
  • the grid structure can also be combined with another gas-impermeable element, so that the grid structure itself does not necessarily have to be gas-impermeable.
  • the sealing element according to the invention can be produced for example by means of the method according to the invention described above. Therefore, the above explanations ments for explaining the method according to the invention also for the description of the sealing element according to the invention.
  • the advantages of the sealing element according to the invention correspond to those of the method according to the invention and its corresponding variants.
  • the grid structure may be arranged on a support structure made of a carrier material.
  • the support structure to improve the mechanical stability of the Dichtungsele ⁇ ments can serve.
  • the support structure may be gas-tight.
  • the grid structure may also be formed gas permeable.
  • the grid and support structure can be bonded to each other at all points of contact. This can be achieved for example by means of a manufacturing geeigne ⁇ th additive manufacturing process.
  • the carrier material composition may change within the carrier structure. As a result, a better adaptation to the properties of the sealing point can be achieved.
  • the grid and / or support structure may have integrated cooling air channels. As a result, a targeted cooling can be achieved.
  • the grid and / or support structure may be at least partially curved. As a result, an improved adaptation to convex or concave sealing points can be achieved.
  • the grid structure can be arranged on one or both sides of the carrier structure and / or a further carrier structure can be arranged on the grid structure. Is on the grid structure a further Trä ⁇ substrate structure were arranged so results in a sandwich structure, in which the grid structure is arranged between two carrier structures.
  • the lattice structure may have a tetrahedral structure, a prism structure, a defined or undefined wave structure, a honeycomb structure or a bionic structure.
  • a turbine according to the invention in particular a gas turbine, has one of the sealing elements described above.
  • the sealing element may be provided for the combustion chamber seal or stator-platform gap seal.
  • Fig. 1 - Fig. 4 examples of one side on a support structure ⁇ applied lattice structures in
  • Fig. 5 - 8 Examples applied on both sides to a support structure ⁇ grating structures in.
  • FIGS. 9-12 show examples of grid structures arranged between two carrier structures
  • FIGS. 13-16 show examples of lattice structures without carrier structure in a cross-sectional view.
  • the figures each show lattice structures 1, possibly in combination with support structures 2, as can be produced by the method according to the invention.
  • FIGS. 1 to 4 shows a lattice structure 1 arranged on one side on the support structure 2.
  • the lattice structure 1 has an undefined wave structure.
  • the lattice structure 1 has a prism structure, which in cross-section represents a rhombic structure.
  • the lattice structure 1 has a defined wave structure with defined contact points.
  • the lattice structure 1 has a honeycomb structure.
  • FIGS. 5 to 8 respectively shows a lattice structure 1 arranged on both sides on the support structure 2, the lattice structure 1 being of identical design on both sides of the support structure 2.
  • the Git ⁇ ter Vietnamese may also be designed differently 1 on both sides of the support structure.
  • the grid structure 1 has an undefined wave structure.
  • the lattice structure 1 has a prism structure, which in cross-section represents a rhombic structure.
  • the lattice structure 1 has a defined wave structure with defined contact points.
  • the grid structure 1 has a honeycomb structure.
  • FIGS. 9 to 12 respectively shows a lattice structure 1 arranged between two support structures 2, wherein the support structures 2 are formed identically on both sides of the lattice structure 1.
  • Optional can be the Trä ⁇ ger Modellen designed differently on both sides of the grid structure 1.
  • the lattice structure 1 has an undefined wave structure.
  • the Lattice structure 1 a prismatic structure, which is in cross section as a diamond structure.
  • the lattice structure 1 has a defined wave structure with defined contact points.
  • the lattice structure 1 has a honeycomb structure.
  • FIGS. 13 to 16 show lattice structures 1 without a support structure 2.
  • the lattice structure 1 has an undefined wave structure.
  • the lattice structure 1 has a prism structure, which in cross-section represents a rhombic structure.
  • the lattice structure 1 a defined wave structure with defined Kunststoffhoffenauf.
  • the lattice structure 1 has a honeycomb structure.
  • the lattice structures 1 and support structures 2 of the exemplary embodiments have a metallic material, a metal-ceramic material, a ceramic material or a composite material.
  • the lattice material composition within lattice structure 1 may change.
  • a change of the carrier material composition within the support structure 2 is possible.
  • the grid structures 1 and, if present, the carrier structures 2 are produced by means of an additive manufacturing process. Is a support structure 2 ⁇ available, then the production of the grating and support structure 1, carried out either in a common additive manufacturing process as well as a separate additive manufacturing processes. 2
  • compositions described as containing components a, B and / or C when used in a series of two or more elements, signified ⁇ tet that each of the listed items may be used alone, or it may be any combination of two or more of the listed elements used be. If ⁇ example, a composition described as containing components a, B and / or C, the composition a can alone; B alone; C alone; A and B in combination; A and C in combination; B and C in combination; or A, B, and C are included in combination.

Abstract

The invention relates to a method for producing a sealing element for sealing a flow path in a gas turbine having a lattice structure (1), the lattice structure (1) being generated by an additive method of manufacture. The invention further relates to a sealing element for sealing a flow path in a gas turbine having a lattice structure (1) made of a lattice material, wherein the lattice material composition within the lattice structure (1) changes. The invention also relates to a turbine having such a sealing element.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Herstellung eines Dichtungselements zur Abdich- tung eines Strömungswegs in einer Gasturbine, Dichtungsele¬ ment und Gasturbine Method for producing a sealing element for sealing a flow path in a gas turbine, Dichtungsele ¬ ment and gas turbine
Gasturbinen weisen üblicherweise einen primären Strömungsweg für das Gas auf, der von einem Lufteinlass über einen Kom- pressor, eine Brennkammer, eine Turbine bis zu einem Gasaus- lass verläuft. Eine Gasleckage aus diesem Strömungsweg von einem Bereich mit höherem Druck zu einem Bereich mit niedrigerem Druck ist im Allgemeinen unerwünscht. Beispielsweise kann eine Gasleckage im Turbinenbereich einer Gasturbine zu einer Verringerung des Wirkungsgrads der Gas¬ turbine führen, so dass für die Erzielung der gleichen Leistung mehr Kraftstoff benötigt wird. Eine Gasleckage im Brenn¬ kammerbereich einer Gasturbine kann eine Erhöhung der Ver- brennungstemperatur erfordern, um die gleiche Turbinenleistung zu erzielen. Dadurch können vermehrt Schadstoffe, wie z. B. Stickoxide und Kohlenstoffmonoxid, entstehen. Gas turbines usually have a primary flow path for the gas, which extends from an air intake via a compressor, a combustion chamber, a turbine to a gas outlet. Gas leakage from this flow path from a higher pressure region to a lower pressure region is generally undesirable. For example, gas leakage in the turbine region of a gas turbine can lead to a reduction in the efficiency of the gas turbine ¬ so that more fuel is needed to achieve the same power. A gas leakage in the combustion chamber region ¬ a gas turbine may require an increase in the combustion temperature encryption, to achieve the same turbine power. As a result, pollutants such. As nitrogen oxides and carbon monoxide arise.
Gasleckagen treten durch Spalte zwischen einzelnen Gasturbi- nenkomponenten, wie z. B. am Übergang zwischen Brennkammer und Turbine, oder durch Zwischenräume zwischen einzelnen Bau¬ teilsegmenten, wie beispielsweise durch Zwischenräume zwi¬ schen Brennkammergehäusesegmenten oder Leitschaufelsegmenten innerhalb der Turbine auf. Gas leaks occur through gaps between individual gas turbine components such. B. at the transition between the combustion chamber and turbine, or by intermediate spaces between individual construction ¬ partial segments, such as by interspaces zwi ¬ 's combustion chamber housing segments or vane segments within the turbine.
Zur Verhinderung von Gasleckagen sind zahlreiche statische Dichtungskonzepte bekannt. Je nach Problemstellung, also z. B. abhängig von der geometrischen Form und der thermischen Belastung der den Spalt oder den Zwischenraum begrenzenden Bauteile, werden beispielsweise metallische Flachdichtungen in gerader oder speziell geformter Ausführung, wie z. B. in O-Form, C-Form oder E-Form, eingesetzt. Neben einer speziellen Formgebung können diese Flachdichtungen auch mit einer geriffelten Oberfläche oder in einem perforierten Muster ausgeführt sein. Numerous static sealing concepts are known for preventing gas leaks. Depending on the problem, so z. B. depending on the geometric shape and the thermal load of the gap or the gap limiting components, for example, metallic flat gaskets in a straight or specially shaped design, such. B. in O-form, C-form or E-form used. In addition to a special shape, these gaskets can also with a fluted surface or be executed in a perforated pattern.
Die Dichtungen sind im Betrieb hohen, z. T. wechselnden me- chanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Sich imThe seals are high in operation, z. T. exposed to changing mechanical and thermal loads. In
Betrieb ergebende Herausforderungen sind u. a. eine hohe Tem¬ peratur- und wechselnde Druckbelastungen, ungleichförmige Dichtspalte infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen der an die Dichtung angrenzenden Materialien und der Dichtung selbst, Relativbewegungen zwischen den an die Dichtung angrenzenden Bauteilen oder Bauteilsegmenten (Versatz der Dichtflächen) , Vibrationen und Schwingungen, so dass die Dichtung nicht kontinuierlich auf der Dichtfläche anliegt. Weitere Herausforderungen sind zudem die Sicherstellung einer ausreichenden Kühlung/Kühlluftzufuhr sowie die Endspalt- Abdichtung. Unter einem Endspalt ist ein am Übergang aneinander grenzender Dichtungssegmente sowie an den seitlichen Enden der Dichtungen zur umgebenden Einfassung oder Nut oftmals entstehender Restspalt zu verstehen. Operation resulting challenges include high Tem ¬ perature and changing pressure loads, non-uniform sealing gaps as a result of different thermal expansions of the adjacent to the sealing materials and the seal itself, relative movement between the sealing adjacent components or component segments (offset of the sealing surfaces), vibration, and Vibrations, so that the seal is not continuously applied to the sealing surface. Other challenges include ensuring sufficient cooling / cooling air supply and the end gap seal. An end gap is to be understood as meaning a residual gap which often forms at the transition between adjoining sealing segments and at the lateral ends of the seals with respect to the surrounding border or groove.
Nachteilig bei den genannten, überwiegend starren Dichtungs¬ konzepten ist ein hoher Verschleiß an der Dichtung selbst sowie an den Dichtflächen der gegeneinander abzudichtenden Bauteile oder Bauteilsegmente aufgrund der genannten Herausfor- derungen. Ein hoher Verschleiß führt wiederum zu den Gesamtwirkungsgrad reduzierenden Gasleckagen sowie kürzeren War- tungs- und Instandhaltungsintervallen und damit erhöhten Reparaturkosten infolge hoher Abnutzung. Bekannt sind außerdem sog. „cloth-seals" , wie sie z. B. in Dogu, Y., Aksit, M. et al . , „Thermal and Flow Analysis of Cloth-Seal in Slot for Gasturbine Shroud Applications", AIAA- 98-3174, 1998 und Aksit, M., Bagepalli, B. S. et al . , „Advanced Flexible Seals for Gas Turbine Shroud Applications" AIAA-99-2827, 1999 beschrieben werden. Diese bestehen aus einer Trägerstruktur (engl, „shim") und einem umgebenden Metallgewebe (engl, „cloth") . Die Anordnung von Gewebe- und Trägerstruktur kann variieren. Beispielsweise können Gewebe- und Trägerstruktur in einzelnen Lagen übereinander geschichtet oder die Trägerstruktur von der Gewebestruktur ummantelt oder umwickelt sein, wobei stets ein flacher Verbund unterschiedlicher Komponenten gebildet wird . A disadvantage of the aforementioned, predominantly rigid seal ¬ concepts is high wear on the seal itself and on the sealing surfaces of the components or component segments to be sealed against each other due to the above-mentioned challenges. In turn, high wear leads to overall efficiency-reducing gas leaks as well as shorter maintenance and repair intervals and thus higher repair costs due to high wear. Also known are so-called "cloth-seals", as described, for example, in Dogu, Y., Aksit, M. et al., "Thermal and Flow Analysis of Cloth-Seal in Slot for Gas Turbine Shroud Applications", AIAA. 98-3174, 1998 and Aksit, M., Bagepalli, BS et al. , "Advanced Flexible Seals for Gas Turbine Shroud Applications" AIAA-99-2827, 1999. These consist of a "shim" and a surrounding "cloth". The arrangement of fabric and support structure may vary. For example, the fabric and support structure can be stacked in individual layers or the support structure can be encased or wrapped by the fabric structure, whereby a flat composite of different components is always formed.
Für die Verbindung zwischen Träger- und Gewebestruktur sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Beispielsweise kann eine Verbindung mittels Punktschweiß- oder umlaufenden Rand¬ schweißverbindungen erfolgen. Darüber hinaus ist auch ein Verklemmen der Träger- mit der Gewebestruktur möglich. For the connection between carrier and tissue structure different methods are known. For example, a join by means of spot welding or circumferential edge ¬ welds. In addition, a jamming of the carrier with the tissue structure is possible.
Nachteilig an derartigen Cloth-seals sind die separate Her- Stellung der Träger- und Gewebestruktur und die notwendigeA disadvantage of such cloth seals are the separate preparation of the carrier and fabric structure and the necessary
Verbindung beider Strukturen in einem weiteren Herstellungsschritt, so dass sich der Gesamtherstellungsprozess aufwendig gestaltet. Eine flexible Anpassung an die konkreten Dich¬ tungserfordernisse, z. B. die Herstellung von Dichtungen mit unterschiedlicher geometrischer Gestalt oder unterschiedlichem elastischen Verhalten, ist - sofern überhaupt - nur mit hohem Fertigungsaufwand möglich. Connection of both structures in a further manufacturing step, so that the overall manufacturing process is elaborate. Flexible adaptation to the specific log ¬ REQUIRE- such. As the production of seals with different geometric shape or different elastic behavior is - if at all - possible only with high production costs.
Zudem stellen die Verbindungsstellen zwischen beiden Struktu- ren, also z. B. die Punktschweißverbindungen, Schwachstellen dar, die die Lebensdauer der Dichtung verringern können. In addition, the connection points between the two structures, ie z. As the spot welded joints, weak points that can reduce the life of the seal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtungselements sowie ein Dich- tungselement anzugeben, mit dem die genannten Nachteile ver¬ ringert oder behoben werden können. Object of the present invention is therefore to provide a method of manufacturing a seal member and a seal-element, with which the disadvantages mentioned ver ¬ Ringert, or may be fixed.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhän¬ gigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche enthalten Ausfüh- rungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösungen. This object is achieved by the subjects of inde ¬ Gigen claims. The dependent claims contain embodiments of these solutions according to the invention.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Dichtungselements zur Abdichtung eines Strömungswegs in einer Gasturbine mit einer Gitterstruktur ist vorgesehen, die Git- terstruktur mittels eines additiven Fertigungsverfahrens bzw. 3D-Druckverfahrens zu erzeugen. According to the method according to the invention for producing a sealing element for sealing a flow path in a gas turbine with a grid structure, it is provided that the grid terstruktur by means of an additive manufacturing process or 3D printing process to produce.
Die Gitterstruktur umfasst ein Gittermaterial, welches bei- spielsweise einen metallischen Werkstoff, einen metallkeramischen Werkstoff, einen keramischen Werkstoff oder einen Verbundwerkstoff aufweisen oder aus einem der genannten Werkstoffe bestehen kann, wobei zwischen diskreten Bereichen aus dem Gittermaterial Bereiche ohne Gittermaterial angeordnet sind. Die Gitterstruktur kann bevorzugt als flächiges Gebilde mit gegenüber den Seitenflächen der Gitterstruktur deutlich größeren Grund- und Deckflächen ausgebildet sein. Während des Einsatzes des Dichtungselements sind die Grund- und Deckflä¬ che weitgehend parallel zu den Dichtflächen angeordnet. The lattice structure comprises a lattice material, which may, for example, comprise a metallic material, a metal-ceramic material, a ceramic material or a composite material or may consist of one of the materials mentioned, wherein regions between the lattice material and non-lattice material are arranged between discrete regions. The lattice structure may preferably be formed as a planar structure with respect to the side surfaces of the lattice structure significantly larger base and top surfaces. During the use of the sealing element, the base and Deckflä ¬ che are arranged substantially parallel to the sealing surfaces.
Die Gitterstruktur kann auch als Netz- oder Porenstruktur aufgefasst werden und ein- oder mehrlagig ausgebildet sein. Das Dichtungselement kann sowohl eine als auch mehrere glei¬ che oder unterschiedliche Gitterstrukturen aufweisen, die di- rekt zueinander benachbart oder voneinander getrennt angeord¬ net sein können. The grid structure can also be understood as a network or pore structure and be formed in one or more layers. The sealing member may comprise either one or a plurality of moving ¬ che or different grating structures which are adjacent to each other di- rectly or separated from each other may be angeord ¬ net.
Die Gitterstruktur kann gasdicht ausgebildet sein. In diesem Fall stellt die Gitterstruktur eine oder die dichtende Kompo- nente des Dichtungselements dar. Ist die Gitterstruktur nicht gasdicht ausgebildet, so muss wenigstens eine andere dichten¬ de Komponente, z. B. in Form einer Trägerstruktur, vorhanden sein, so dass das Dichtungselement eine Dichtwirkung aufwei¬ sen kann. The grid structure may be gas-tight. In this case, at least the lattice structure of one or the sealing component of the sealing member is. If the lattice structure is not gas-tight, so must have a different density ¬ de component, eg. B. in the form of a support structure, be present, so that the sealing element can aufwei ¬ sen a sealing effect.
Erfindungsgemäß wird die Gitterstruktur mittels eines additi¬ ven Fertigungsverfahrens erzeugt. Je nach Gittermaterial kön¬ nen dabei unterschiedliche additive Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen, wie z. B. das selektive Laserschmelzen (SLM- Verfahren, engl. „Selective Laser Melting") , das Elektronenstrahlschmelzen (EBM-Verfahren, engl. „Electron Beam According to the invention the grating structure is produced by means of a additi ¬ ven manufacturing process. Kings ¬ nen doing different additive manufacturing process, depending on the mesh material used such. For example, selective laser melting (SLM), electron beam melting (EBM)
Melting") , das Laserauftragsschweißen (LMD-Verfahren, engl. „Laser Metal Deposition") oder das Kaltgasspritzen (CS- Verfahren, engl. „Cold Spray") . Melting "), laser deposition welding (LMD method, engl. "Laser Metal Deposition") or the cold gas spraying (CS process, "cold spray").
Unter einem additiven Fertigungsverfahren ist dabei ein Ver- fahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts zu verstehen, wobei vereinfacht Material in dünnen Schichten aufgetragen und verfestigt und/oder stoffschlüssig verbunden wird. Die generative Fertigung erfolgt dabei aus formlosen (Pulver, Flüssigkeiten, o. ä.) oder formneutralen (bandför- mig, drahtförmig, o. ä.) Materialien mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. In this context, an additive production method is understood to be a method for producing a three-dimensional object, in which case material is applied and solidified in thin layers in a simplified manner and / or connected in a materially bonded manner. The generative production takes place from informal (powder, liquids, o. Ä.) Or form neutral (band-shaped, wire-shaped, o. Ä.) Materials by means of chemical and / or physical processes.
Ein erfindungsgemäß hergestelltes Dichtungselement kann eine verbesserte Dichtwirkung aufweisen, indem durch elastisches Verhalten der Gitterstruktur bzw. des Gittermaterials ein permanenter Flächenkontakt über dem gesamten Betriebszeitraum und bei allen Betriebsbedingungen zwischen den Kontaktpartnern Dichtungselement und Dichtfläche gewährleistet, sowie der Einfluss auftretender Schwingungen und Relativbewegungen zwischen den Kontaktpartnern abgeschwächt bzw. gedämpft wird (sog. „damping effect") . A sealing element produced according to the invention can have an improved sealing effect by ensuring a continuous surface contact over the entire operating period and under all operating conditions between the contact partners sealing element and sealing surface by elastic behavior of the grid structure or the mesh material, as well as the influence of vibrations and relative movements between the contact partners weakened or damped (so-called "damping effect").
Hierdurch können der Verschleiß der beiden Kontaktflächen sowie die auftretenden Leckagen erheblich reduziert werden. Die dämpfende Wirkung und die Flexibilität können dabei durch die konkrete Ausgestaltung der Gitterstruktur, z. B. deren geometrische Gestaltung und Materialzusammensetzung, beeinflusst werden. Beispielsweise kann je nach Struktur und Anordnung das mechanische Verhalten des Dichtungselements, z. B. dessen Elastizität und Steifigkeit, richtungsabhängig beeinflusst werden. Zudem besteht die Möglichkeit, besondere physikali¬ sche Effekte auszunutzen, wie sie z. B. Strukturen mit negativer Poissonzahl (Querdehnungszahl) oder bionische Strukturen aufweisen. Durch die Gitterstruktur kann zudem die Küh- lung des Dichtungselements als auch der gegebenenfalls loka¬ len Dichtstelle verbessert werden, da die poröse bzw. durch¬ lässige Struktur bei entsprechender Ausgestaltung einen Selbstkühlungseffekt bzw. eine zielgerichtete Kühlluftversor¬ gung aufweisen kann. As a result, the wear of the two contact surfaces and the leakage occurring can be significantly reduced. The damping effect and flexibility can be achieved by the specific design of the grid structure, for. B. their geometric design and material composition can be influenced. For example, depending on the structure and arrangement, the mechanical behavior of the sealing element, for. B. its elasticity and rigidity, are influenced direction-dependent. In addition, it is possible to exploit special physical ¬ cal effects, such as z. B. structures with negative Poisson number (transverse strain) or bionic structures. By the lattice structure, the cooling of the sealing element as well as optionally Loka ¬ len sealing point can be improved in addition, since the porous or permeable structure ¬ by a corresponding configuration May have self-cooling effect or a targeted Kühlluftversor ¬ tion.
Durch die Herstellung mittels eines additiven Fertigungsver- fahrens wird die Nutzung definierter, komplexer Strukturen ermöglicht. Das mechanische Verhalten der gewählten Gitterstruktur, ggf. wie nachstehend erläutert in Kombination mit einer Trägerstruktur, kann in Raumrichtung variieren und kann mathematisch (voraus ) berechnet werden, d. h. ebenso können auch die mechanischen Belastungen und das Verhalten des Dichtungselements unter diesen Belastungen simuliert werden. Production using an additive manufacturing process makes it possible to use defined, complex structures. The mechanical behavior of the selected grating structure, optionally as explained below in combination with a support structure, can vary in the spatial direction and can be calculated mathematically (advance), i. H. Likewise, the mechanical loads and the behavior of the sealing element can be simulated under these loads.
Hierdurch ist es möglich die Eigenschaften des Dichtungselements an die mechanischen Belastungen anzupassen oder diese zu berücksichtigen. Somit können sowohl die Dichtfunktion als auch die mechanische Funktion, wie sie bei zyklischer oder statischer Beanspruchung der bisher bekannten Dichtungen auftreten, verbessert werden. Des Weiteren ermöglicht der Einsatz des additiven Fertigungsverfahrens die o. g. komplexen Strukturen nicht nur als flache Dichtung auszuführen, sondern entsprechend des vorhandenen Dichtspaltes auch anders gearte¬ te Formen/Geometrien zu drucken. This makes it possible to adapt the properties of the sealing element to the mechanical loads or to consider them. Thus, both the sealing function and the mechanical function, as they occur in cyclic or static stress of the previously known seals can be improved. Furthermore, the use of the additive manufacturing method makes it possible to carry out the above-mentioned complex structures not only as a flat seal, but also otherwise to print in accordance with the existing sealing gap gearte ¬ te shapes / geometries.
Mit anderen Worten ist eine anwendungsfallorientierte Ausle- gung des Dichtungsdesigns, z. B. unter Nutzung einer mathema¬ tischen Vorausberechnung oder Simulation des mechanischen Verhaltens, möglich, wobei die Richtungsabhängigkeit des me¬ chanischen Verhaltens berücksichtigt werden kann. Durch eine definierte Auslegung der Gitterstruktur und des Dichtungsde- signs können sich ein hinsichtlich des Anwendungsfalls opti¬ miertes Betriebsverhalten und eine verbesserte Integrität des Dichtungselements ergeben. In other words, an application-oriented design of the seal design, for. B. using a mathema ¬ tables prediction or simulation of mechanical behavior, possible, the directional dependence of me ¬ chanic behavior can be considered. By a defined design of the lattice structure and the Dichtungsde- signs ¬ opti-optimized operating performance and an improved integrity of the seal member can arise in terms of a use case.
Spaltveränderungen infolge betrieblicher Einflüsse (thermi- sehe Dehnungen, Schwingungen, etc.) können durch das elastische Verhalten der Gitterstruktur, ggf. in Zusammenwirkung mit der Trägerstruktur wie nachstehend erläutert, ausgegli¬ chen werden, wodurch die Dichtfunktion über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann. In Folge reduziertem Verschleiß kann eine höhere Dichtwirkung, d. h. eine Reduzie¬ rung von Leckagen, und eine erhöhte Langlebigkeit des Dicht¬ elements über den Betriebszeitraum erreicht werden. Dadurch können ebenfalls die Wartungsintervalle verlängert werden, so dass Reparatur-, Wartungs- und Instandhaltungskosten gesenkt werden können. Gap changes due to operating conditions (see thermal expansion, vibrations, etc.) can be prepared by the elastic behavior of the lattice structure, if necessary, as explained below in conjunction with the support structure, be ausgegli ¬ surfaces, whereby the sealing function over a long Period can be maintained. Resulted in reduced wear and tear, a higher sealing effect, ie a Reduzie ¬ tion of leakage, and increased longevity of the sealing elements ¬ over the period of operation can be achieved. As a result, the maintenance intervals can also be extended, so that repair, maintenance and repair costs can be reduced.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise genutzt werden, um ein Dichtungselement für die Brennkammerabdichtung herzustellen, wobei der seitliche Zwischenraum am Brennkammeraustritt zwischen den über den Umfang verteilten Rohrbrennkammern (engl, „transition side seals") abgedichtet wird. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Abdichtung des Stator-Plattform-Zwischenraums, wobei die Spalte zwischen den über den Umfang aneinandergrenzender Leitschaufelenden (engl, „turbine vane mate-face seals") abgedichtet werden. The method according to the invention can be used, for example, to produce a sealing element for the combustion chamber seal, whereby the lateral gap at the combustion chamber exit is sealed between the circumferentially distributed tube sealing chambers. Platform gap, wherein the gaps between the circumferentially adjoining blade ends ("turbine vane mate-face seals") are sealed.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die Gitter- struktur auf eine Trägerstruktur aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, werden. Optional kann die Trägerstruktur selbst mittels eines additiven Fertigungsverfahrens erzeugt werden. Beispielsweise können Trägerstruktur und Gitterstruktur in einem gemeinsamen 3D-Druckverfahren erzeugt werden, so dass die separate Fertigung von Gitterstruktur und Trägerstruktur entfällt. Es können auch mehrere Gitter- und/oder Trägerstrukturen vorgesehen sein oder werden, so dass beispielsweise Sandwichstrukturen resultieren können. Die Trägerstruktur umfasst ein Trägermaterial, welches bei¬ spielsweise einen metallischen Werkstoff, einen metallkeramischen Werkstoff, einen keramischen Werkstoff oder einen Verbundwerkstoff aufweisen oder aus einem der genannten Werkstoffe bestehen kann. Die Trägerstruktur kann bevorzugt als flächiges Gebilde mit gegenüber den Seitenflächen der Trägerstruktur deutlich größeren Grund- und Deckflächen ausgebildet sein. Während des Einsatzes des Dichtungselements sind die Grund- und Deckfläche weitgehend parallel zu den Dichtflächen angeordnet . According to various embodiments, the grid structure can be applied to a support structure, in particular printed. Optionally, the support structure itself can be produced by means of an additive manufacturing process. For example, carrier structure and grid structure can be produced in a common 3D printing process, so that the separate production of grid structure and carrier structure is eliminated. It is also possible to provide or be provided with a plurality of grid and / or carrier structures, so that, for example, sandwich structures can result. The support structure comprises a carrier material which game, comprise a metallic material, a metal-ceramic material, a ceramic material or a composite material at ¬ or may consist of one of the said materials. The support structure may preferably be formed as a planar structure with respect to the side surfaces of the support structure significantly larger base and top surfaces. During use of the sealing element are the Base and top surface arranged largely parallel to the sealing surfaces.
Die Trägerstruktur kann der Verbesserung der mechanischen Stabilität der Gitterstruktur dienen. Für den Fall, dass die Gitterstruktur selbst nicht gasundurchlässig ausgebildet ist, kann die Trägerstruktur gasundurchlässig ausgebildet sein oder werden. Dazu kann die Trägerstruktur beispielsweise als plattenartige kompakte Struktur hergestellt sein oder werden. Durch die Dicke und Form der Trägerstruktur kann die Steifigkeit der Dichtung bzw. des Dichtelements beeinflusst werden. The support structure can serve to improve the mechanical stability of the lattice structure. In the event that the grid structure itself is not formed gas-impermeable, the support structure may be formed or gas impermeable. For this purpose, the carrier structure can be produced, for example, as a plate-like compact structure. Due to the thickness and shape of the support structure, the rigidity of the seal or of the sealing element can be influenced.
Sowohl durch das Aufdrucken der Gitterstruktur auf die Trägerstruktur als auch durch das gemeinsame Erzeugen der Git- ter- und Trägerstruktur in einem einzigen additiven Fertigungsschritt kann ein zusätzlicher Schweiß- oder Fügeschritt zur Verbindung von Gitterstruktur und Trägerstruktur vermieden werden. Die Eigenschaften des Dichtungselements beeinflussende lokale Schweiß- oder Fügestellen können ebenfalls vermieden werden. Aufgrund der Reduzierung der Arbeits- und Verteilschritte kann der gesamte Fertigungsaufwand für das Dichtungselement verringert werden. Zudem entstehen keine Kosten für die Herstellung und Lagerung der Halbzeuge und die Ersatzteilversorgung kann unabhängig von Fertigungslinie ge- sichert werden. Insgesamt können die Beschaffungszeiten durch Verwendung von additiven Fertigungsverfahren verringert werden . Both by printing the grid structure onto the carrier structure and by jointly producing the grid and carrier structure in a single additive manufacturing step, an additional welding or joining step for connecting the grid structure and carrier structure can be avoided. The properties of the sealing element influencing local welding or joints can also be avoided. Due to the reduction of the working and Verteilschritte the total manufacturing cost for the sealing element can be reduced. In addition, there are no costs for the production and storage of the semi-finished products and the spare parts supply can be secured independently of the production line. Overall, procurement times can be reduced by using additive manufacturing techniques.
Das additive Fertigungsverfahren ermöglicht eine stoffschlüs- sige Verbindung zwischen Gitter- und Trägerstruktur an definierten Verbindungspunkten, wobei die Anzahl der Verbindungsstellen sowie die Ausführung der Verbindung gezielt beeinflusst und ausgelegt werden können. Beispielsweise kann eine Stoffschlüssige Verbindung zwischen Trägerstruktur und Git- terstruktur an allen Berührungspunkten vorgesehen sein oder werden . Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Gitter- und/oder Trägerstruktur mit einer sich innerhalb der Gitter- bzw. Trägerstruktur ändernden Materialzusammensetzung erzeugt werden und/oder die Trägerstruktur und die Gitterstruktur aus ver- schiedenen Materialien erzeugt werden. The additive manufacturing method allows a material-key connection between the grid and support structure at defined connection points, wherein the number of connection points and the execution of the connection can be specifically influenced and designed. For example, a cohesive connection between carrier structure and grid structure can be or are provided at all points of contact. According to further embodiments, the grid and / or carrier structure can be produced with a material composition changing within the grid or carrier structure and / or the carrier structure and the grid structure can be produced from different materials.
Mit anderen Worten können im Gesamtverbund des Dichtungsele¬ ments unterschiedliche Materialien miteinander kombiniert werden, wobei unter unterschiedlichen Materialien sowohl die Verwendung gänzlich verschiedener Materialien, z. B. Metall und Keramik, als auch die Änderung der Anteile verschiedener Bestandteile des Gitter- bzw. Trägermaterials zu verstehen ist, z. B. Erhöhung des Metallanteils in einem metallkeramischen Werkstoff. Dadurch kann eine weitere präzise Anpassung an die erforderliche, flexible Betriebscharakteristik desIn other words, different materials can be combined with each other in the overall composite of the Dichtungsele ¬ ment, wherein under different materials both the use of entirely different materials, eg. As metal and ceramic, as well as the change in the proportions of various components of the lattice or support material is to be understood, for. B. increasing the metal content in a metal-ceramic material. This allows a further precise adaptation to the required, flexible operating characteristics of the
Dichtelements und letztendlich an die erforderliche Dichtwir¬ kung erreicht werden, indem die Materialzusammensetzung als weitere Option zur Beeinflussung der Betriebscharakteristik berücksichtigt wird. Demgegenüber können bei den bekannten „cloth seals" lediglich einzelne homogene Materialien mitei¬ nander kombiniert werden. Sealing element and ultimately to the required Dichtwir ¬ kung be achieved by the material composition is taken into account as a further option for influencing the operating characteristics. In contrast, in the known "cloth seals" only individual homogeneous materials mitei ¬ nander be combined.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können in die Gitter- und/oder Trägerstruktur Kühlluftkanäle integriert werden. Dies kann eine zielgerichtete Kühlluftversorgung des Dich¬ tungselements ermöglichen und das Dichtungselements vor Be¬ schädigung durch zu hohe thermische Belastung schützen. Die Anzahl und Position der Kühlkanäle kann entsprechend des kon¬ kret geplanten Einsatzortes des Dichtungselements festgelegt werden. Optional kann eine Simulation der notwendigen Kühlung an bestimmten Positionen des Dichtungselements zum Festlegen der Anzahl und Position der Kühlkanäle durchgeführt werden. According to further embodiments, cooling air channels can be integrated into the grid and / or carrier structure. This can provide effective cooling air supply you ¬ processing elements and protect the sealing element from Be ¬ damage due to excessive thermal stress. The number and location of the cooling channels can be set according to the con ¬ kret planned installation location of the seal member. Optionally, a simulation of the necessary cooling at certain positions of the sealing element to set the number and position of the cooling channels can be performed.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann eine zumindest teil- weise gewölbte Gitter- und/oder Trägerstruktur, d. h. eineAccording to further embodiments, an at least partially curved grid and / or support structure, i. H. a
Gitter- und/oder Trägerstruktur mit einer zumindest teilweise konkaven oder konvexen Grund- und Deckfläche, erzeugt werden. Dadurch kann vorteilhaft eine bessere Anpassung des Dich- tungselements an konkave oder konvexe Dichtflächen erfolgen. Die konkrete geometrische Ausgestaltung kann entsprechend des konkret geplanten Einsatzortes (Dichtstelle) des Dichtungs¬ elements festgelegt werden. Optional kann dazu eine Simulati- on der Abdichtung der Dichtstelle durchgeführt werden. Grid and / or support structure with an at least partially concave or convex base and top surfaces are generated. As a result, a better adaptation of the sealing tion element to concave or convex sealing surfaces. The concrete geometric design can be determined according to the concrete planned location (sealing point) of the sealing ¬ elements. Optionally, a simulation of the sealing of the sealing point can be carried out.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Gitterstruktur ein- oder beidseitig auf die Trägerstruktur, d. h. auf die Grund- und/oder Deckfläche der Trägerstruktur aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, werden und/oder auf die Gitter¬ struktur eine weitere Trägerstruktur aufgebracht, insbesonde¬ re aufgedruckt, werden. Wird eine weitere Trägerstruktur auf¬ gebracht, so entsteht eine Sandwichstruktur, bei der die Git¬ terstruktur zwischen zwei Trägerstrukturen eingeschlossen ist. According to further embodiments, the grid structure on one or both sides of the support structure, that is applied to the base and / or top surface of the support structure, in particular imprinted, and / or applied to the grid ¬ structure another support structure, insbesonde ¬ re printed, are , If another support structure brought to ¬, the result is a sandwich structure in which the Git ¬ terstruktur sandwiched between two support structures.
Wird auf die Trägerstruktur beidseitig eine Gitterstruktur aufgebracht, so können auf beiden Seiten der Trägerstruktur gleiche oder unterschiedliche Gitterstrukturen aufgebracht werden. Ebenso kann im Falle einer weiteren Trägerstruktur diese gleich oder unterschiedlich zur ersten Trägerstruktur, auf die die Gitterstruktur aufgebracht wird, ausgebildet sein oder werden. Durch die unterschiedliche Anordnung von Gitter- und Trägerstruktur können die Eigenschaften des Dichtungsele- ments flexibel an die erforderliche Abdichtung der Dichtstel¬ le angepasst werden. Die Festlegung der Anordnung kann mittels einer Simulation ermittelt werden. If a grid structure is applied on both sides of the carrier structure, identical or different grid structures can be applied on both sides of the carrier structure. Likewise, in the case of a further carrier structure, this may be or may be formed identically or differently to the first carrier structure to which the grid structure is applied. Due to the different arrangement of the lattice structure and the properties of the carrier can be Dichtungsele- ments flexibly adapted to the required sealing of the sealing Stel ¬ le. The determination of the arrangement can be determined by means of a simulation.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Gitterstruktur mit einer Tetraederstruktur, einer Prismenstruktur, einer, bezogen auf die Kontaktstellen und die Winkel der diskreten Bereiche aus dem Gittermaterial zueinander im Schichtaufbau, definierten oder Undefinierten Wellenstruktur, einer Honigwabenstruktur oder einer bionischen Struktur erzeugt werden. Beispielsweise kann die Gitterstruktur so ausgebildet sein, dass durch die Anordnung des Gittermaterials Bereiche ohne Gittermaterial gebildet werden, die eine tetraedrische oder prismatische Form, z. B. mit im Querschnitt rautenförmigen Bereichen, aufweisen. Die genannten Strukturbeispiele können sowohl in regelmäßiger Anordnung, d. h. definiert wiederholend, als auch in unregelmäßiger Anordnung, d. h. wahllos, vorliegen. Durch die unterschiedliche strukturelle Ausgestal- tung der Gitterstruktur können die Eigenschaften des Dichtungselements flexibel an die erforderliche Abdichtung der Dichtstelle angepasst werden. Die Festlegung der strukturel¬ len Ausgestaltung kann mittels einer Simulation ermittelt werden . According to further embodiment variants, the lattice structure can be produced with a tetrahedral structure, a prism structure, a wave structure, a honeycomb structure or a bionic structure, defined or undefined relative to the contact points and the angles of the discrete regions from the lattice material relative to one another in the layer structure. For example, the lattice structure may be formed so that by the arrangement of the grid material areas are formed without a grid material having a tetrahedral or prismatic shape, for. B. with in cross-section diamond-shaped Areas have. The structural examples mentioned can be present both in a regular arrangement, ie in a defined manner as well as in an irregular arrangement, ie randomly. Due to the different structural design of the grid structure, the properties of the sealing element can be flexibly adapted to the required sealing of the sealing point. The determination of the strukturel ¬ len embodiment can be determined by a simulation.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann ein erwünschtes mechanisches Verhalten des Dichtungselements vorgegeben und die Gitter- und/oder Trägerstruktur so erzeugt werden, dass das resultierende Dichtungselement das erwünschte mechanische Verhalten zeigt. Mit anderen Worten kann eine Simulation der Abdichtung der Dichtstelle, ggf. unter verschiedenen Bedingungen wie z. B. unterschiedlichen Temperaturen, durchgeführt werden. Das mechanische Verhalten der Dichtung kann u. a. durch die Wahl der Gitterstruktur (Material, geometrische Ge- stalt etc.), die Anzahl der Schichten an Gitter- und/oderAccording to further embodiments, a desired mechanical behavior of the sealing element can be predetermined and the lattice and / or support structure can be produced such that the resulting sealing element exhibits the desired mechanical behavior. In other words, a simulation of the sealing of the sealing point, possibly under different conditions such. As different temperatures are performed. The mechanical behavior of the seal can u. a. by the choice of the lattice structure (material, geometric shape, etc.), the number of layers of lattice and / or
Trägerstruktur, die Definition der der Kontakt- und Fügestellen sowie die Anordnung der Trägerstruktur variiert werden. Support structure, the definition of the contact and joints and the arrangement of the support structure can be varied.
Die mittels der Simulation bestimmten Parameter können dann zum Design des Dichtungselements, z. B. zur Festlegung der konkreten geometrischen Gestalt, der Materialien, der Oberflächengestaltung etc., genutzt werden, so dass mittels des additiven Fertigungsverfahrens das gewünschte Dichtungsele¬ ment direkt erzeugt werden kann, ohne dass weitere Bearbei- tungsschritte notwendig sind oder zumindest so, dass die An¬ zahl weiterer Bearbeitungsschritte minimiert werden kann. The parameters determined by the simulation can then be used to design the sealing element, e.g. As to determine the specific geometric shape, the materials, the surface design, etc., are used, so that by means of the additive manufacturing process, the desired Dichtungsele ¬ ment can be generated directly without further processing steps are necessary or at least so that the At ¬ number of further processing steps can be minimized.
Ein erfindungsgemäßes Dichtungselement zur Abdichtung eines Strömungswegs in einer Gasturbine weist eine Gitterstruktur aus einem Gittermaterial auf, wobei sich die Gittermaterial¬ zusammensetzung innerhalb der Gitterstruktur ändert. Die Änderung der Materialzusammensetzung kann gezielt erfolgen, um die Eigenschaften an die für die Abdichtung der Dichtstelle erforderliche Dichtwirkung anzupassen. An inventive seal element for sealing a flow path in a gas turbine comprises a lattice structure of a mesh material, wherein the mesh material ¬ composition changes within the lattice structure. The change of the material composition can be targeted to to adapt the properties to the sealing effect required to seal the sealing point.
So ist es denkbar, einzelne Schichten der Gitter- und/oder Trägerstruktur aus unterschiedlichen Materialien und/oder Strukturen zu fertigen, um die Elastizität/Flexibilität des Dichtelements nicht nur durch die Wahl der Gitterstruktur, sondern auch durch die Kombination unterschiedlicher Materialien bzw. unterschiedlicher Materialeigenschaften zu beein- flussen. So können z. B. im äußeren Kontaktbereich des Dichtelements ein härteres, verschleißfestes Material und eine starrere Struktur gewählt werden, wohingegen die innere Thus, it is conceivable to manufacture individual layers of the lattice and / or support structure from different materials and / or structures in order not only to select the elasticity / flexibility of the sealing element by selecting the lattice structure but also by combining different materials or different material properties to influence. So z. B. in the outer contact region of the sealing element, a harder, wear-resistant material and a more rigid structure can be selected, whereas the inner
Struktur aus einem Material geringerer Festigkeit und höherer Elastizität hergestellt werden kann. Beispielsweise kann die Gittermaterialzusammensetzung auch so gewählt werden, dass die Wärmeausdehnung in etwa der Wärmeausdehnung des Materials der Dichtfläche entspricht. Structure can be made of a material of lower strength and higher elasticity. For example, the grid material composition can also be chosen so that the thermal expansion corresponds approximately to the thermal expansion of the material of the sealing surface.
Weiterhin wäre die Herstellung eines Verbundwerkstoffs beste- hend aus einer Matrixstruktur aus einem elastischen, metallischen Werkstoff geringerer Festigkeit und einer Faserstruktur aus einem höher festen, metallischen Werkstoff geringerer Elastizität denkbar. Dieser metallische Verbundwerkstoff kann sowohl aus verschiedenen Metalllegierungspaarungen als auch metallischen Keramiken bestehen. Je nach Kombination und Konfiguration der Materialien können u. a. das Gesamtwerkstoff- verhalten verbessert wie auch der Reibverschleiß reduziert werden . Die Gitterstruktur kann gasundurchlässig ausgebildet sein. Die Gitterstruktur kann auch mit einem weiteren gasundurchlässigen Element kombiniert werden, so dass die Gitterstruktur selbst nicht unbedingt gasundurchlässig ausgebildet sein muss . Furthermore, the production of a composite material consisting of a matrix structure of an elastic, metallic material of lesser strength and a fiber structure of a higher-strength, metallic material of lower elasticity would be conceivable. This metallic composite material can consist of different metal alloy pairings as well as metallic ceramics. Depending on the combination and configuration of the materials u. a. the overall material behavior improves as well as the fretting wear can be reduced. The grid structure may be formed gas-impermeable. The grid structure can also be combined with another gas-impermeable element, so that the grid structure itself does not necessarily have to be gas-impermeable.
Das erfindungsgemäße Dichtungselement kann beispielsweise mittels des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden. Daher dienen die obigen Ausfüh- rungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Dichtungselements. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Dichtungselements entsprechen denen des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen entspre- chender Ausführungsvarianten. The sealing element according to the invention can be produced for example by means of the method according to the invention described above. Therefore, the above explanations ments for explaining the method according to the invention also for the description of the sealing element according to the invention. The advantages of the sealing element according to the invention correspond to those of the method according to the invention and its corresponding variants.
Gemäß verschiedener Ausführungsvarianten kann die Gitterstruktur auf eine Trägerstruktur aus einem Trägermaterial angeordnet sein. Beispielsweise kann die Trägerstruktur zur Verbesserung der mechanischen Stabilität des Dichtungsele¬ ments dienen. Die Trägerstruktur kann gasdicht ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Gitterstruktur auch gasdurchlässig ausgebildet sein. Optional können Gitter- und Trägerstruktur an allen Berührungspunkten stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Dies kann beispielsweise durch Herstellung mittels eines geeigne¬ ten additiven Fertigungsverfahrens erreicht werden. Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann sich die Trägermaterialzusammensetzung innerhalb der Trägerstruktur ändern. Dadurch kann eine bessere Anpassung an die Eigenschaften der Dichtstelle erreicht werden. Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Gitter- und/oder Trägerstruktur integrierte Kühlluftkanäle aufweisen. Dadurch kann eine zielgerichtete Kühlung erreicht werden. According to various embodiments, the grid structure may be arranged on a support structure made of a carrier material. For example, the support structure to improve the mechanical stability of the Dichtungsele ¬ ments can serve. The support structure may be gas-tight. In this case, the grid structure may also be formed gas permeable. Optionally, the grid and support structure can be bonded to each other at all points of contact. This can be achieved for example by means of a manufacturing geeigne ¬ th additive manufacturing process. According to further embodiments, the carrier material composition may change within the carrier structure. As a result, a better adaptation to the properties of the sealing point can be achieved. According to further embodiments, the grid and / or support structure may have integrated cooling air channels. As a result, a targeted cooling can be achieved.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Gitter- und/oder Trägerstruktur zumindest teilweise gewölbt sein. Dadurch kann eine verbesserte Anpassung an konvex oder konkav ausgebildete Dichtstellen erreicht werden. According to further embodiments, the grid and / or support structure may be at least partially curved. As a result, an improved adaptation to convex or concave sealing points can be achieved.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Gitterstruktur ein- oder beidseitig auf der Trägerstruktur angeordnet sein und/oder auf der Gitterstruktur eine weitere Trägerstruktur angeordnet sein. Ist auf der Gitterstruktur eine weitere Trä¬ gerstruktur angeordnet, so ergibt sich ein Sandwichaufbau, bei dem die Gitterstruktur zwischen zwei Trägerstrukturen angeordnet ist. Auch hierdurch kann eine verbesserte Anpassung an die Eigenschaften der Dichtstelle erreicht werden. Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Gitterstruktur eine Tetraederstruktur, eine Prismenstruktur, eine definierte oder Undefinierte Wellenstruktur, eine Honigwabenstruktur oder eine bionischen Struktur aufweisen. Eine erfindungsgemäße Turbine, insbesondere eine Gasturbine, weist eines der zuvor beschriebenen Dichtungselemente auf. Beispielsweise kann das Dichtungselement zur Brennkammerab¬ dichtung oder Stator-Plattform-Zwischenraumdichtung vorgesehen sein. According to further embodiments, the grid structure can be arranged on one or both sides of the carrier structure and / or a further carrier structure can be arranged on the grid structure. Is on the grid structure a further Trä ¬ substrate structure were arranged so results in a sandwich structure, in which the grid structure is arranged between two carrier structures. This also allows an improved adaptation to the properties of the sealing point can be achieved. According to further embodiments, the lattice structure may have a tetrahedral structure, a prism structure, a defined or undefined wave structure, a honeycomb structure or a bionic structure. A turbine according to the invention, in particular a gas turbine, has one of the sealing elements described above. For example, the sealing element may be provided for the combustion chamber seal or stator-platform gap seal.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert werden, die zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen betreffen, in der die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungs- formen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vor¬ genommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die ange- fügten Ansprüche definiert. Die zugehörigen Zeichnungen zei¬ gen : The invention will be explained in more detail with reference to Ausführungsbeispie ¬ len, which relate to the illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. It is understood that other embodiments may be used and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. The following description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims. The accompanying drawings zei ¬ gen:
Fig. 1 - Fig. 4 Beispiele für einseitig auf eine Träger¬ struktur aufgebrachte Gitterstrukturen in Fig. 1 - Fig. 4 examples of one side on a support structure ¬ applied lattice structures in
Querschnittsdarstellung; Cross-sectional view;
Fig. 5 - Fig. 8 Beispiele für beidseitig auf eine Träger¬ struktur aufgebrachte Gitterstrukturen in Fig. 5 - 8 Examples applied on both sides to a support structure ¬ grating structures in.
QuerschnittsdarStellung,· Cross-sectional view ·
Fig. 9 - Fig. 12 Beispiele für zwischen zwei Trägerstrukturen angeordnete Gitterstrukturen in FIGS. 9-12 show examples of grid structures arranged between two carrier structures
QuerschnittsdarStellung; Fig. 13 - Fig. 16 Beispiele für Gitterstrukturen ohne Trägerstruktur in Querschnittsdarstellung. Die Figuren zeigen jeweils Gitterstrukturen 1, ggf. in Kombination mit Trägerstrukturen 2, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können. Cross-sectional view; FIGS. 13-16 show examples of lattice structures without carrier structure in a cross-sectional view. The figures each show lattice structures 1, possibly in combination with support structures 2, as can be produced by the method according to the invention.
Die Darstellung gemäß den Figuren 1 bis 4 zeigt jeweils eine auf der Trägerstruktur 2 einseitig angeordnete Gitterstruktur 1. In Figur 1 weist die Gitterstruktur 1 eine Undefinierte Wellenstruktur auf. In Figur 2 weist die Gitterstruktur 1 eine Prismenstruktur auf, die sich im Querschnitt als Rautenstruktur darstellt. In Figur 3 weist die Gitterstruktur 1 ei- ne definierte Wellenstruktur mit definierten Kontaktpunkten auf. In Figur 4 weist die Gitterstruktur 1 eine Honigwabenstruktur auf. The illustration according to FIGS. 1 to 4 shows a lattice structure 1 arranged on one side on the support structure 2. In FIG. 1, the lattice structure 1 has an undefined wave structure. In FIG. 2, the lattice structure 1 has a prism structure, which in cross-section represents a rhombic structure. In FIG. 3, the lattice structure 1 has a defined wave structure with defined contact points. In FIG. 4, the lattice structure 1 has a honeycomb structure.
Die Darstellung gemäß den Figuren 5 bis 8 zeigt jeweils eine auf der Trägerstruktur 2 beidseitig angeordnete Gitterstruktur 1, wobei die Gitterstruktur 1 auf beiden Seiten der Trägerstruktur 2 gleich ausgebildet ist. Optional kann die Git¬ terstruktur 1 auf beiden Seiten der Trägerstruktur 2 auch unterschiedlich ausgebildet sein. In Figur 5 weist die Gitter- struktur 1 eine Undefinierte Wellenstruktur auf. In Figur 6 weist die Gitterstruktur 1 eine Prismenstruktur auf, die sich im Querschnitt als Rautenstruktur darstellt. In Figur 7 weist die Gitterstruktur 1 eine definierte Wellenstruktur mit definierten Kontaktpunkten auf. In Figur 8 weist die Gitterstruk- tur 1 eine Honigwabenstruktur auf. The illustration according to FIGS. 5 to 8 respectively shows a lattice structure 1 arranged on both sides on the support structure 2, the lattice structure 1 being of identical design on both sides of the support structure 2. Optionally, the Git ¬ terstruktur may also be designed differently 1 on both sides of the support structure. 2 In FIG. 5, the grid structure 1 has an undefined wave structure. In FIG. 6, the lattice structure 1 has a prism structure, which in cross-section represents a rhombic structure. In FIG. 7, the lattice structure 1 has a defined wave structure with defined contact points. In FIG. 8, the grid structure 1 has a honeycomb structure.
Die Darstellung gemäß den Figuren 9 bis 12 zeigt jeweils eine zwischen zwei Trägerstrukturen 2 angeordnete Gitterstruktur 1, wobei die Trägerstrukturen 2 auf beiden Seiten der Gitter- struktur 1 gleich ausgebildet sind. Optional können die Trä¬ gerstrukturen 2 beidseits der Gitterstruktur 1 unterschiedlich ausgebildet sein. In Figur 9 weist die Gitterstruktur 1 eine Undefinierte Wellenstruktur auf. In Figur 10 weist die Gitterstruktur 1 eine Prismenstruktur auf, die sich im Querschnitt als Rautenstruktur darstellt. In Figur 11 weist die Gitterstruktur 1 eine definierte Wellenstruktur mit definierten Kontaktpunkten auf. In Figur 12 weist die Gitterstruktur 1 eine Honigwabenstruktur auf. The illustration according to FIGS. 9 to 12 respectively shows a lattice structure 1 arranged between two support structures 2, wherein the support structures 2 are formed identically on both sides of the lattice structure 1. Optional can be the Trä ¬ gerstrukturen designed differently on both sides of the grid structure 1. 2 In FIG. 9, the lattice structure 1 has an undefined wave structure. In Figure 10, the Lattice structure 1 a prismatic structure, which is in cross section as a diamond structure. In FIG. 11, the lattice structure 1 has a defined wave structure with defined contact points. In FIG. 12, the lattice structure 1 has a honeycomb structure.
Die Darstellung gemäß den Figuren 13 bis 16 zeigt Gitterstrukturen 1 ohne Trägerstruktur 2. In Figur 13 weist die Gitterstruktur 1 eine Undefinierte Wellenstruktur auf. In Fi- gur 14 weist die Gitterstruktur 1 eine Prismenstruktur auf, die sich im Querschnitt als Rautenstruktur darstellt. In Fi¬ gur 15 weist die Gitterstruktur 1 eine definierte Wellenstruktur mit definierten Kontaktpunktenauf . In Figur 16 weist die Gitterstruktur 1 eine Honigwabenstruktur auf. The illustration according to FIGS. 13 to 16 shows lattice structures 1 without a support structure 2. In FIG. 13, the lattice structure 1 has an undefined wave structure. In FIG. 14, the lattice structure 1 has a prism structure, which in cross-section represents a rhombic structure. In fi gure ¬ 15, the lattice structure 1 a defined wave structure with defined Kontaktpunktenauf. In FIG. 16, the lattice structure 1 has a honeycomb structure.
Die Gitterstrukturen 1 und Trägerstrukturen 2 der Ausführungsbeispiele weisen einen metallischen Werkstoff, einen metallkeramischen Werkstoff, einen keramischen Werkstoff oder einen Verbundwerkstoff auf. Optional kann sich die Gitterma- terialzusammensetzung innerhalb der Gitterstruktur 1 ändern. Auch einer Änderung der Trägermaterialzusammensetzung innerhalb der Trägerstruktur 2 ist möglich. The lattice structures 1 and support structures 2 of the exemplary embodiments have a metallic material, a metal-ceramic material, a ceramic material or a composite material. Optionally, the lattice material composition within lattice structure 1 may change. Also, a change of the carrier material composition within the support structure 2 is possible.
In allen Ausführungsbeispielen werden die Gitterstrukturen 1 und - falls vorhanden - die Trägerstrukturen 2 mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt. Ist eine Träger¬ struktur 2 vorhanden, so kann die Herstellung der Gitter- und Trägerstruktur 1, 2 sowohl in einem gemeinsamen additiven Fertigungsverfahren als auch in einem getrennten additiven Fertigungsverfahren erfolgen. In all embodiments, the grid structures 1 and, if present, the carrier structures 2 are produced by means of an additive manufacturing process. Is a support structure 2 ¬ available, then the production of the grating and support structure 1, carried out either in a common additive manufacturing process as well as a separate additive manufacturing processes. 2
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder", wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeu¬ tet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispiels¬ weise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten. As used herein, "and / or", when used in a series of two or more elements, signified ¬ tet that each of the listed items may be used alone, or it may be any combination of two or more of the listed elements used be. If ¬ example, a composition described as containing components a, B and / or C, the composition a can alone; B alone; C alone; A and B in combination; A and C in combination; B and C in combination; or A, B, and C are included in combination.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungselements zur Abdichtung eines Strömungswegs in einer Gasturbine aufweisend eine Gitterstruktur (1), wobei die Gitterstruktur (1) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens erzeugt wird, wobei die Gitterstruktur (1) ein- oder beidseitig auf eine Trägerstruktur (2) aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, wird und/oder wobei auf die Gitterstruktur (1) eine weitere Trägerstruktur (2) aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, wird. 1. A method for producing a sealing element for sealing a flow path in a gas turbine comprising a grid structure (1), wherein the grid structure (1) is produced by means of an additive manufacturing method, wherein the grid structure (1) on one or both sides of a support structure (2) applied, in particular printed, and / or wherein on the lattice structure (1) a further support structure (2) is applied, in particular imprinted is.
2. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2) mittels eines ad¬ ditiven Fertigungsverfahrens erzeugt wird. 2. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the support structure (2) is produced by means of an ad ¬ ditive manufacturing process.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitter- und/oder Trägerstruktur (1, 2) mit einer sich innerhalb der Gitter- bzw. Trägerstruktur (1, 2) ändernden Materialzusammensetzung erzeugt werden und/oder dass die Gitterstruktur (1) und die Trägerstruktur (2) aus verschiedenen Materialien erzeugt werden. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the lattice and / or support structure (1, 2) with a within the lattice or support structure (1, 2) changing material composition are generated and / or that the lattice structure (1) and the support structure (2) are made of different materials.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gitter- und/oder Trägerstruktur (1, 2) Kühlluftkanäle integriert werden. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the grid and / or support structure (1, 2) cooling air ducts are integrated.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest teilweise gewölbte Git¬ ter- und/oder Trägerstruktur (1, 2) erzeugt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an at least partially curved Git ¬ ter and / or support structure (1, 2) is generated.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (1) mit einer 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the grid structure (1) with a
Tetraederstruktur, einer Prismenstruktur, einer definierten oder Undefinierten Wellenstruktur, einer Honigwabenstruktur oder einer bionischen Struktur erzeugt wird. Tetrahedral structure, a prism structure, a defined or undefined wave structure, a honeycomb structure or a bionic structure is generated.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erwünschtes mechanisches Verhalten des Dichtungselements vorgegeben wird und die Gitter- und/oder Trägerstruktur (1, 2) so erzeugt werden, dass das resultierende Dichtungselement das erwünschte mechanische Verhalten zeigt. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a desired mechanical behavior the sealing element is predetermined and the grid and / or support structure (1, 2) are generated so that the resulting sealing element shows the desired mechanical behavior.
8. Dichtungselement zur Abdichtung eines Strömungswegs in einer Gasturbine aufweisend eine Gitterstruktur (1) aus einem Gittermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gitter¬ materialzusammensetzung innerhalb der Gitterstruktur (1) än- dert. 8. sealing element for sealing a flow path in a gas turbine comprising a grid structure (1) of a grid material, characterized in that the grid ¬ material composition within the grid structure (1) changes.
9. Dichtungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (1) auf einer Trägerstruktur (2) aus einem Trägermaterial angeordnet ist. 9. Sealing element according to claim 8, characterized in that the grid structure (1) on a support structure (2) is arranged from a carrier material.
10. Dichtungselement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass sich die Trägermaterialzusammensetzung innerhalb der Trägerstruktur (2) ändert. 10. Sealing element according to claim 8 or 9, characterized ge ¬ indicates that changes the carrier material composition within the support structure (2).
11. Dichtungselement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Gitter- und/oder Trägerstruktur (1, 2) Kühlluftkanäle aufweist. 11. Sealing element according to one of claims 8 to 10, since ¬ characterized in that the grid and / or support structure (1, 2) has cooling air channels.
12. Dichtungselement nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da- durch gekennzeichnet, dass die Gitter- und/oder Trägerstruktur (1, 2) zumindest teilweise gewölbt ist. 12. Sealing element according to one of claims 8 to 11, character- ized in that the grid and / or support structure (1, 2) is at least partially curved.
13. Dichtungselement nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (1) ein- oder beidseitig auf der Trägerstruktur (2) angeordnet ist und/oder dass auf der Gitterstruktur (1) eine weitere Trägerstruktur (2) angeordnet ist. 13. Sealing element according to one of claims 8 to 12, ¬ characterized in that the lattice structure (1) on one or both sides on the support structure (2) is arranged and / or that on the lattice structure (1) has a further support structure (2) is arranged.
14. Dichtungselement nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da- durch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (1) eine 14. Sealing element according to one of claims 8 to 13, character- ized in that the lattice structure (1) a
Tetraederstruktur, eine Prismenstruktur, eine definierte oder Undefinierte Wellenstruktur, eine Honigwabenstruktur oder eine bionischen Struktur aufweist. Has a tetrahedral structure, a prism structure, a defined or undefined wave structure, a honeycomb structure or a bionic structure.
15. Turbine, insbesondere Gasturbine, mit einem Dichtungs¬ element nach einem der vorstehenden Ansprüche. 15. turbine, in particular gas turbine, with a sealing ¬ element according to any one of the preceding claims.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022231569A1 (en) * 2021-04-26 2022-11-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Seals

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010062087A1 (en) * 2010-11-29 2012-05-31 Siemens Aktiengesellschaft Turbomachine with sealing structure between rotating and stationary parts and method for producing this sealing structure
EP2620598A2 (en) * 2012-01-25 2013-07-31 MTU Aero Engines GmbH Sealing arrangement, method and fluid flow engine
EP2829689A1 (en) * 2013-07-23 2015-01-28 MTU Aero Engines GmbH Insulating structure for a thermal gas turbine, coresponding thermal gas turbine and method of manufacturing
DE102015216208A1 (en) * 2015-08-25 2017-03-02 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Sealing element for a turbomachine, turbomachine with a sealing element and method for producing a sealing element

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7029232B2 (en) * 2003-02-27 2006-04-18 Rolls-Royce Plc Abradable seals
DE102014208801A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 MTU Aero Engines AG Seal, method for producing a seal and turbomachine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010062087A1 (en) * 2010-11-29 2012-05-31 Siemens Aktiengesellschaft Turbomachine with sealing structure between rotating and stationary parts and method for producing this sealing structure
EP2620598A2 (en) * 2012-01-25 2013-07-31 MTU Aero Engines GmbH Sealing arrangement, method and fluid flow engine
EP2829689A1 (en) * 2013-07-23 2015-01-28 MTU Aero Engines GmbH Insulating structure for a thermal gas turbine, coresponding thermal gas turbine and method of manufacturing
DE102015216208A1 (en) * 2015-08-25 2017-03-02 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Sealing element for a turbomachine, turbomachine with a sealing element and method for producing a sealing element

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AKSIT, M.; BAGEPALLI, B. S. ET AL.: "Advanced Flexible Seals for Gas Turbine Shroud Applications", AIAA-99-2827, 1999
DOGU, Y.; AKSIT, M. ET AL.: "Thermal and Flow Analysis of Cloth-Seal in Slot for Gasturbine Shroud Applications", AIAA-98-3174, 1998

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022231569A1 (en) * 2021-04-26 2022-11-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Seals

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