DE102009036018A1 - Thermoplastic final stage blade - Google Patents

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DE102009036018A1
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Markus Mantei
Detlef Dr. Haje
Werner Prof. Hufenbach
Albert Dr. Langkamp
Christoph Ebert
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2300/43—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05D2300/436—Polyetherketones, e.g. PEEK

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Turbinenschaufel (100). Die Turbinenschaufel (100) weist einen Dämpfungsbereich (101) mit einer Dämpfungslage (103) auf, wobei die Dämpfungslage (103) ein Faser-Matrix-System (200) aufweist. Das Faser-Matrix-System (200) weist eine thermoplastische Matrix (201) auf, in welcher thermoplastischen Matrix (201) Verstärkungsfasern (202) eingebettet sind.The present invention describes a turbine blade (100). The turbine blade (100) has a damping area (101) with a damping layer (103), the damping layer (103) having a fiber matrix system (200). The fiber matrix system (200) has a thermoplastic matrix (201), in which thermoplastic matrix (201) reinforcing fibers (202) are embedded.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel.The The present invention relates to a turbine blade. Further concerns the present invention a turbine, in particular a steam turbine. Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a turbine blade.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Heutzutage werden in Turbinen, insbesondere in Dampfturbinen, vorherrschend Laufschaufeln aus Stahl eingesetzt. Insbesondere bei großen stationären Dampfturbinen mit großen Durchmessern sind die erreichbaren Drehzahlen für Laufschaufeln aus Stahl aufgrund des hohen Eigengewichts begrenzt. Hierbei wäre ein Einsatz von Laufschaufeln bestehend aus Faserverbundwerkstoffen denkbar, um die Masse der Schaufeln signifikant zu reduzieren, was wiederum eine Erhöhung der Drehzahl ermöglicht.nowadays become prevalent in turbines, especially in steam turbines Blades made of steel used. Especially for large stationary steam turbines with big Diameters are the achievable speeds for steel blades due to limited by the high weight. This would consist of using blades made of fiber composites conceivable to the mass of the blades significantly reduce, which in turn allows an increase in the speed.

Bei stationären Dampfturbinen, welche große Durchmesser und somit große Schaufellängen aufweisen, treten ferner unerwünschte Schwingungen auf, die gedämpft werden müssen. Heutzutage wird daher eine Schwingungsdämpfung über zusätzliche Dämpfungsdrähte oder Deckbänder an der Oberfläche der Schaufeln erzeugt. Aufgrund der Schaufelgeometrie müssen diese Dämpfungsdrähte oder Deckbänder häufig äußerst umständlich an den Schaufeln aufgebracht werden, was wiederum eine Verschlechterung des Wirkungsgrades mit sich zieht und einen komplexen Fertigungsaufwand erfordert.at stationary Steam turbines, which are big Diameter and thus big Have blade lengths, also occur unwanted Vibrations that are subdued Need to become. Today, therefore, a vibration damping on additional damping wires or shrouds on the surface generated the blades. Due to the blade geometry, these must Damping wires or shrouds often extremely cumbersome The blades are applied, which in turn worsened the degree of efficiency and a complex manufacturing effort require.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbinenschaufel mit Dämpfungseigenschaften bereitzustellen.It An object of the present invention is a turbine blade with damping properties provide.

Die Aufgabe wird durch eine Turbinenschaufel, einer Turbine, insbesondere einer Dampfturbine, und einem Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.The Task is by a turbine blade, a turbine, in particular a steam turbine, and a method of manufacturing a turbine blade solved with the features according to the independent claims.

Gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform wird eine Turbinenschaufel bereitgestellt, wobei Teilbereiche der Turbinenschaufel oder die gesamte Turbinenschaufel einen Dämpfungsbereich aus einer Dämpfungslage darstellen oder aufweisen. Die Dämpfungslage weist ein Faser-Matrix-System auf. Das Faser-Matrix-System weist eine thermoplastische Matrix auf, in welcher Matrix Verstärkungsfasern eingebettet sind.According to one first exemplary embodiment a turbine blade is provided, wherein portions of the Turbine blade or the entire turbine blade from a damping range a damping position represent or have. The damping position has a fiber matrix system. The fiber matrix system points a thermoplastic matrix, in which matrix reinforcing fibers are embedded.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Turbine bereitgestellt, welche die oben beschriebene Turbinenschaufel aufweist.According to one further exemplary embodiment a turbine is provided which includes the turbine blade described above having.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren werden zunächst Verstärkungsfasern in eine thermoplastische Matrix eingebettet, um ein Faser-Matrix-System einer Dämpfungslage zu bilden. Mit der Dämpfungslage wird ein Dämpfungsbereich der Turbinenschaufel gebildet. Der Dämpfungsbereich kann Teilbereiche der Turbinenschaufel oder die gesamte Turbinenschaufel ausbilden.According to one further exemplary embodiment For example, a method of manufacturing a turbine blade is provided. According to the procedure be first reinforcing fibers embedded in a thermoplastic matrix to form a fiber matrix system a damping position to build. With the damping position is a damping range of Turbine blade formed. The damping range may be portions of the turbine blade or the entire turbine blade form.

Mit dem Begriff „Dämpfungsbereich” wird ein Bereich einer Turbinenschaufel beschrieben, in welchem Dämpfungseigenschaften der Turbinenschaufel integriert werden. Der Dämpfungsbereich wird insbesondere in solchen Bereichen der Turbinenschaufel installiert, in denen meist höhere Schub- oder Momentenbelastungen auftreten als in den übrigen Bereichen der Turbinenschaufel, so dass in diesen Dämpfungsbereichen eine Dämpfung gewünscht ist. Ferner können in dem Dämpfungsbereich größere Schwingungen gedämpft werden als in den übrigen Bereichen der Turbinenschaufel. Der Dämpfungsbereich kann entlang des Erstreckungsbereichs bzw. entlang der Länge einer Turbinenschaufel einen bestimmten Abschnitt definieren. Ferner kann der Dämpfungsbereich einen bestimmten Bereich in einem Querschnitt der Turbinenschaufel definieren. So kann beispielsweise ein äußerer Bereich einer Turbinenschaufel einen Dämpfungsbereich aufweisen, wohingegen ein innerer Bereich einen beliebigen Schaufelbereich definieren kann. In dem Dämpfungsbereich können beispielsweise hohe Zentrifugalkräfte, hohe Biegebelastungen, hohe Schubspannungen, hohe Torsionsbelastungen oder ungewünschte Schwingungen angreifen, welche eine Dämpfung erfordern und in dem Dämpfungsbereich gedämpft werden. Für eine Turbinenschaufel, insbesondere einer Thermoplastendstufenschaufel, bildet die gesamte Turbinenschaufel den Dämpfungsbereich. Das heißt, dass die gesamte Turbinenschaufel aus mehreren Dämpfungslagen hergestellt werden kann und somit aus den Dämpfungslagen selbst bestehen kann.With the term "damping range" becomes an area a turbine blade, in which damping properties of the turbine blade to get integrated. The damping range is installed especially in such areas of the turbine blade, in which mostly higher Thrust or torque loads occur as in the other areas the turbine blade, so that in these damping ranges damping is desired. Further can in the damping area bigger vibrations muted be considered in the remaining areas the turbine blade. The damping range can along the extension region or along the length of a Turbine blade define a specific section. Furthermore, can the damping area a certain area in a cross section of the turbine blade define. For example, an outer area of a turbine blade a damping area whereas an inner region comprises any blade region can define. In the damping area can for example, high centrifugal forces, high bending loads, high shear stresses, high torsional loads or unwanted vibrations attack, which is a damping require and be damped in the damping range. For one Turbine blade, in particular a Thermungendstufenschaufel, the entire turbine blade forms the damping area. It means that the entire turbine blade can be made of several damping layers and thus from the damping layers can exist.

Unter einer „Lage”, insbesondere einer Dämpfungslage und/oder einer Faserlage, versteht man eine Schicht einer Dämpfungslage bzw. eines Dämpfungsmaterials und eine Schicht einer Faserlage bzw. einer Verstärkungsfaserschicht. Eine Lage kann beispielsweise eine Dicke von 0,1–1 mm aufweisen, insbesondere beispielsweise eine Dicke von 0,2 mm, 0,25 mm und/oder 0,3 mm.Under a "situation", in particular a damping position and / or a fiber layer, one understands a layer of a damping layer or a damping material and a layer of a fiber layer or a reinforcing fiber layer. A layer may for example have a thickness of 0.1-1 mm, in particular for example, a thickness of 0.2 mm, 0.25 mm and / or 0.3 mm.

Unter dem Begriff „Faser-Matrix-System” kann ein Faserverbund bestehend aus einer Matrix und Verstärkungsfasern verstanden werden. Das Faser-Matrix-System kann beispielsweise die Dämpfungslage völlig oder teilweise darstellen.The term "fiber matrix system" can be understood as meaning a fiber composite consisting of a matrix and reinforcing fibers. The Fa For example, the ser-matrix system can represent the damping position completely or partially.

Unter dem Begriff „Verstärkungsfaser” werden Fasern verstanden, welche Kräfte, die auf das Faser-Matrix-System wirken, weiterleiten und übertragen können. Im Vergleich zu der Matrix können die Fasern eine hohe Steifigkeit insbesondere auf Zug aufweisen. Der Kraftfluss ist meistens entlang der Faser ausgelegt, um die besten Steifigkeitseigenschaften einer Verstärkungsfaser auszunutzen.Under the term "reinforcing fiber" Fibers understood what forces, which act on the fiber matrix system, forward and transmit can. Compared to the matrix can the fibers have a high rigidity, in particular to train. The power flow is usually designed along the fiber to the exploit the best stiffness properties of a reinforcing fiber.

Unter dem Begriff „Matrix” wird ein Rohmaterial verstanden, welches die Verstärkungsfasern einbettet. Unter dem Begriff „einbetten” wird definiert, dass die Verstärkungsfasern räumlich fixiert in der Matrix vorliegen und somit eine Lasteinleitung und eine Lastausleitung ermöglichen können. Die Matrix kann ferner die Verstärkungsfasern beispielsweise gegen Stauchung bei faserparallelem Druck schützen. Die Verstärkungsfasern und die Matrix sind beispielsweise miteinander verklebt bzw. verschmolzen, so dass eine Lastübertragung zwischen der Matrix und der Verstärkungsfaser erfolgen kann, womit auch Schubkräfte übertragen werden können.Under the term "matrix" becomes one Understood raw material, which embeds the reinforcing fibers. Under The term "embed" defines that the reinforcing fibers spatial fixed in the matrix and thus a load application and a Allow load discharge can. The matrix may further comprise the reinforcing fibers For example, protect against compression with fiber-parallel pressure. The reinforcing fibers and the matrix are glued or fused together, for example that a load transfer between the matrix and the reinforcing fiber, which also transfers shear forces can be.

Unter dem Begriff „thermoplastische” Matrix wird der Werkstoff der Matrix definiert. Ein thermoplastischer Werkstoff bzw. eine thermoplastische Matrix weist insbesondere dämpfende Eigenschaften auf. Der thermoplastische Werkstoff der Matrix weist eine geringere Steifigkeit und einen höheren Dämpfungswert bezüglich einer unter Zug beanspruchten Verstärkungsfaser auf. Somit kann die thermoplastische Matrix dämpfend wirken, während die Verstärkungsfaser versteifend wirkt. Die thermoplastische Matrix lässt sich auch nachträglich umformen oder verschweißen. Die thermoplastische Matrix kann beispielsweise aus Polyetheretherketone (PEEK), aus Polyamid (PA), aus Polypropylen (PP), aus Polycarbonat (PC) oder aus Polyethylen (PE) bestehen.Under the term "thermoplastic" matrix the material of the matrix is defined. A thermoplastic material or a thermoplastic matrix has in particular damping Properties on. The thermoplastic material of the matrix has a lower rigidity and a higher damping value with respect to a under train stressed reinforcing fiber on. Thus, the thermoplastic matrix can have a damping effect, while the reinforcing fiber stiffening effect. The thermoplastic matrix can also be transformed later or welding. The thermoplastic matrix can be made, for example, of polyetheretherketones (PEEK), polyamide (PA), polypropylene (PP), polycarbonate (PC) or polyethylene (PE).

Die Verstärkungsfasern können beispielsweise aus Kunstfasern, wie beispielsweise Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Polyester-Fasern, Polyamid-Fasern oder Polyethylen-Fasern bestehen. Neben diesen organischen Verstärkungsfasern können ebenso anorganische Fasern wie Glasfasern, Naturfasern oder metallische Fasern eingesetzt werden.The reinforcing fibers can for example, made of synthetic fibers, such as carbon fibers, Aramid fibers, polyester fibers, polyamide fibers or polyethylene fibers consist. In addition to these organic reinforcing fibers may as well inorganic fibers such as glass fibers, natural fibers or metallic ones Fibers are used.

Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Turbinenschaufel, welche insbesondere aus Faserverbundwerkstoffen besteht, gezielt gedämpft werden, ohne dass eine Stabilität bzw. eine Steifigkeit der Turbinenschaufel derart reduziert wird, dass eine Instabilität geschaffen wird. Durch die Anwendung eines thermoplastischen Matrixwerkstoffes kann ein gezielt einstellbares, vorteilhaftes Potential zur Schwingungsdämpfung durch den Werkstoff selbst erreicht werden. Mit anderen Worten wird die werkstoffseitige Schwingungsdämpfung verbessert, indem in den kritischen Dämpfungsbereichen oder in der gesamten Turbinenschaufel eine Materialkombination aus Thermoplast und Verstärkungsfaser eingesetzt wird. Ferner können verschieden belastete Dämpfungsbereiche unterschiedliche Kombinationen unterschiedlicher thermoplastischer Faser-Matrix-Systeme bereitgestellt werden, um die Turbinenschaufel gezielt an eine vordefinierte Belastung anzupassen.With According to the present invention, a turbine blade, which in particular made of fiber composites, are specifically attenuated without a stability or a rigidity of the turbine blade is reduced in such a way that instability is created. By using a thermoplastic matrix material can be a specifically adjustable, advantageous potential for vibration damping the material itself can be achieved. In other words, the material-side vibration damping improved by working in critical damping areas or in the entire turbine blade a material combination of thermoplastic and reinforcing fiber is used. Furthermore, can different loaded damping ranges different combinations of different thermoplastic Fiber-matrix systems be provided to target the turbine blade to a predefined Adjust load.

Ferner kann die Turbinenschaufel aufgrund des Einsatzes des thermoplastischen Faser-Matrix-Systems eine nachträgliche Verformung des Profils der Turbinenschaufel erzielt werden, indem das thermoplastische Faser-Matrix-System erneut erwärmt und somit an- bzw. aufgeschmolzen wird. Somit ist eine gezielte Nachverformung bzw. Nachjustierung oder Feinjustierung an bestimmte Turbinenschaufelprofile oder an verschiedene Lastbeanspruchungen möglich. Auch eine gezielte Verstimmung bzw. Verformung einzelner Schaufeln am Schaufelkranz kann somit erreicht werden.Further can the turbine blade due to the use of the thermoplastic Fiber matrix system a posterior Deformation of the profile of the turbine blade can be achieved by reheated the thermoplastic fiber matrix system and thus on or melted. Thus, a targeted post-deformation or readjustment or fine adjustment to specific turbine blade profiles or at different load loads possible. Even a targeted detuning or Deformation of individual blades on the blade ring can thus be achieved become.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Dämpfungsbereich Faserlagen auf, wobei die Faserlagen und die Dämpfungslage einen Schichtverbund bilden.According to one further exemplary embodiment indicates the damping range Fiber layers, wherein the fiber layers and the damping layer a laminate form.

Unter dem Begriff „Schichtverbund” versteht man beispielsweise ein Laminat, welches ein Aufeinanderschichten der verschiedenen Lagen, insbesondere der Dämpfungslagen und der Faserlagen, beschreibt. Ein Schichtverbund beschreibt eine schichtweise Herstellung bzw. den schichtweisen Aufbau des Dämpfungsbereichs oder auch andere Bereiche der Turbinenschaufel, wie beispielsweise den anderen Schaufelbereichen. Der Schichtverbund bzw. die Schichtverbundwerkstoffe bestehen aus aufeinander liegenden Schichten bzw. Lagen unterschiedlicher Anzahl. Die einzelnen Schichten bzw. die einzelnen Lagen können beispielsweise verklebt werden oder aufgrund der Offenporigkeit der Materialien sich gegenseitig verhaken. Beispielsweise kann der Schichtverbund in Harz getränkt sein, um die Lagen miteinander zu verbinden. Der Schichtverbund bildet den integralen Aufbau eines Bauteils aus, so dass über den Schichtverbund Kräfte, welche auf das Bauteil wirken, übertragen werden können. Der Schichtverbund weist ferner die homogen verlaufende Oberfläche des Bauteils auf. Mit anderen Worten zählen extern auf die Oberfläche eines Bauteils aufgeklebte Anbauten nicht zu dem Schichtverbund des Bauteils bzw. der Turbinenschaufel.Under The term "layer composite" is understood For example, a laminate, which is a stacking of the different layers, in particular the damping layers and the fiber layers, describes. A layer composite describes a layered production or the layered structure of the damping region or others Areas of the turbine blade, such as the other blade areas. The layer composite or layer composite materials consist of superimposed layers or layers of different numbers. The individual layers or the individual layers can, for example be glued or because of the porosity of the materials catch each other. For example, the layer composite soaked in resin be to connect the layers together. The layer composite forms the integral structure of a component, so that over the Layer composite forces, which act on the component transferred can be. The layer composite also has the homogeneously extending surface of the On component. In other words, count externally on the surface of a Component glued attachments not to the layer composite of the component or the turbine blade.

Der Begriff „Faserlage” beschreibt hierbei eine Lage aus Fasern, welche kein thermoplastisches Material aufweisen können. Die Faserlagen können beispielsweise eine hohe Steifigkeit bzw. eine höhere Steifigkeit als die Dämpfungslagen aufweisen und aus verschiedenen Verstärkungsfasermaterialien, wie oben beschrieben, bestehen.The term "fiber layer" here describes a layer of fibers which can not have a thermoplastic material. The fiber layers can, for example, a high rigidity or a higher stiffness than the damping layers and from various reinforcing fiber materials as described above.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Turbinenschaufel einen Schaufelbereich auf, wobei der Schaufelbereich aus einer Vielzahl von weiteren Faserlagen besteht. Die Vielzahl von weiteren Faserlagen bildet einen weiteren Schichtverbund aus. Der Schaufelbereich bzw. die Schaufelbereiche können an den oder die Dämpfungsbereiche der Turbinenschaufel angrenzen. Die Schaufelbereiche können aus der Vielzahl von weiteren Faserlagen bestehen, welche im Vergleich zum Dämpfungsbereich eine höhere Steifigkeit und Belastbarkeit aufweisen. Schwingungen können beispielsweise von dem Schaufelbereich auf den Dämpfungsbereich übertragen werden, wobei der Dämpfungsbereich mittels des thermoplastischen Faser-Matrix-Systems die Schwingungen dämpfen bzw. absorbieren kann. Mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Turbinenschaufel bereitgestellt werden, welche beispielsweise entlang ihrer Erstreckungsrichtung eine Vielzahl von Schaufelbereichen aufweist, welche wiederum an einer Vielzahl von Dämpfungsbereichen angrenzt. An vordefinierten Bereichen mit einer hohen Belastung bzw. mit einem hohen Dämpfungserfordernis können die Dämpfungsbereiche angeordnet werden. An Bereichen, an welchen Schwingungen unkritisch sind bzw. an welchen eine hohe Steifigkeit erforderlich ist, können die Schaufelbereiche angeordnet werden. Somit kann eine Turbinenschaufel individuell an ihre beanspruchten Lasten angeglichen werden und damit hinsichtlich Kosten und Effektivität an ein detailliertes Anforderungsprofil angepasst werden.According to one further exemplary embodiment the turbine blade on a blade area, wherein the Blade region consists of a variety of other fiber layers. The multiplicity of further fiber layers forms a further layer composite out. The blade area or the blade areas can the damping range (s) adjoin the turbine blade. The blade areas can be off consist of a variety of other fiber layers, which in comparison to the damping area a higher one Have stiffness and resilience. For example, vibrations can occur transferred from the blade area on the damping area be, with the damping range by means of the thermoplastic fiber matrix system, the vibrations dampen or can absorb. With the present embodiment, a turbine blade be provided, for example, along their extension direction has a plurality of blade portions, which in turn a variety of attenuation ranges borders. At predefined areas with a high load or with a high damping requirement can the attenuation ranges to be ordered. At areas where vibrations are not critical or at which a high rigidity is required, the Blade areas are arranged. Thus, a turbine blade be adjusted individually to their claimed loads and in terms of cost and effectiveness to a detailed requirements profile be adjusted.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden die Verstärkungsfasern in einem Winkel zueinander zwischen 1° (Grad) und 90° (Grad) in die Matrix eingebettet. Gerade bei komplexer Lasten bzw. Lastrichtungen können einzelne Verstärkungsfasern mit unterschiedlichen Winkeln zueinander angeordnet werden. Dabei kann die Dämpfungslage oder die Faserlage beispielsweise als Gewebe, als Gestick oder als Geflecht mit orientierten Verstärkungsfasern hergestellt werden. Je nach Ausrichtung der Verstärkungsfasern kann die Turbinenschaufel an vordefinierte Lastrichtungen angepasst werden, so dass die Turbinenschaufel gezielt an ein vordefiniertes Anforderungspotential anpassbar ist.According to one further exemplary embodiment become the reinforcing fibers at an angle to each other between 1 ° (degrees) and 90 ° (degrees) in embedded the matrix. Especially with complex loads or load directions can single reinforcing fibers be arranged at different angles to each other. there can the damping position or the fiber layer, for example as a woven fabric, as a knit or as Braid with oriented reinforcing fibers getting produced. Depending on the orientation of the reinforcing fibers the turbine blade can be adapted to predefined load directions, so that the turbine blade targeted to a predefined requirement potential is customizable.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern parallel zueinander in die thermoplastische Matrix eingebettet. In Bereichen, in welchen die Turbinenschaufel beispielsweise ausschließlich auf Zug beansprucht wird, können parallel angeordnete Verstärkungsfasern ausreichen. Komplexe Verwebungen und Ausrichtungen von Verstärkungsfasern sind dann nicht notwendig, so dass ein Herstellungsverfahren mit geringen Herstellungskosten in diesen Bereichen mit parallelen Verstärkungsfasern geschaffen werden kann.According to one further exemplary embodiment are the reinforcing fibers embedded parallel to each other in the thermoplastic matrix. In areas where the turbine blade, for example, exclusively on Train is claimed parallel arranged reinforcing fibers suffice. Complex interweaving and orientation of reinforcing fibers are then not necessary, so having a manufacturing process with low production costs in these areas with parallel reinforcing fibers can be created.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest eine der Verstärkungsfasern ein Hybridgarn auf. Das Hybridgarn weist ein thermoplastisches Material und ein Kohlefasermaterial auf. Ein solches Hybridgarn kann beispielsweise aus vielen miteinander verdrillten oder verwirbelten Garnen bestehen, welche zusammen das Hybridgarn bilden. Ein Teil dieser Garne kann aus einem thermoplastischen Material und der andere aus einem Verstärkungsfasermaterial, wie z. B. Kohlenstofffasern, bestehen. Ferner besteht auch die Möglichkeit, das Hybridgarn derart zu bilden, dass das thermoplastische Material als Garn ausgebildet wird und das Fasergarn in das thermoplastische Garn eingeschmolzen wird. Somit kann auf einfache Art und Weise bereits mittels der Verwendung des thermoplastischen Garns als Verstärkungsfaser eine gezielte Dämpfung der Turbinenschaufel bereitgestellt werden.According to one further exemplary embodiment has at least one of the reinforcing fibers a hybrid yarn on. The hybrid yarn has a thermoplastic material and a carbon fiber material. Such a hybrid yarn may be, for example consist of many twisted or swirled yarns, which together form the hybrid yarn. Part of these yarns may be off a thermoplastic material and the other of a reinforcing fiber material, such as As carbon fibers exist. There is also the option of to form the hybrid yarn such that the thermoplastic material is formed as a yarn and the fiber yarn in the thermoplastic yarn is melted down. Thus, in a simple way already by using the thermoplastic yarn as a reinforcing fiber a targeted damping be provided to the turbine blade.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Dämpfungslage eine geringere elastische Steifigkeit und/oder einen höheren Dämpfungswert als die Faserlage auf.According to one further exemplary embodiment indicates the damping position a lower elastic stiffness and / or a higher damping value as the fiber layer on.

Der Begriff „Dämpfungswert” beschreibt die dämpfenden Eigenschaften eines Materials. Der Dämpfungswert ,tan δ' kann beispielsweise zwischen 0 und 1 liegen.Of the Term "damping value" describes the steaming Properties of a material. The damping value, tan δ ', for example between 0 and 1 lie.

Der Begriff „Steifigkeit” kann beispielsweise den E-Modul oder G-Modul beschreiben. So kann beispielsweise eine Faser in Längsrichtung 130 GPa und entlang der Querrichtung lediglich 8 GPa Steifigkeit aufweisen. Bei einem Gewebe von Fasern können beispielsweise Steifigkeiten von 65 GPa in jeder Hauptfaserrichtung erreicht werden. Jeder Hauptfaserrichtung ist mit einem Winkel α zueinander ausgerichtet. Die thermoplastische Matrix kann beispielsweise eine Steifigkeit von 0,5 bis 10 GPa aufweisen, dafür jedoch bessere Dämpfungseigenschaften als die Verstärkungsfasern.Of the Term "stiffness" can, for example, the Describe E modulus or G modulus. For example, a fiber longitudinal 130 GPa and along the transverse direction only 8 GPa stiffness exhibit. For example, in a web of fibers, stiffnesses can be used of 65 GPa in each major fiber direction. Each main fiber direction is at an angle α to each other aligned. The thermoplastic matrix may, for example, a Have stiffness of 0.5 to 10 GPa, but better damping properties as the reinforcing fibers.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Dämpfungsbereich eine geringere elastische Steifigkeit und/oder einen höheren Dämpfungswert als der Schaufelbereich auf.According to one further exemplary embodiment indicates the damping range a lower elastic stiffness and / or a higher damping value as the blade area.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Turbinenschaufel eine Hüllschicht auf. Die Hüllschicht ist derart um eine Oberfläche bzw. um einen Oberflächenbereich der Turbinenschaufel gehüllt, dass die Turbinenschaufel vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Die Hüllschicht weist ein unverstärktes thermoplastisches Material auf, was mit dem Matrixmaterial identisch ist. Aufgrund der höheren Dämpfwirkung eines unverstärkten thermoplastischen Materials kann die Weichheit bzw. die Elastizität des thermoplastischen Materials größer sein als die Elastizität der Faserlage. Bei Auftreffen von äußeren Partikeln auf die Oberfläche der Turbinenschaufel erodiert eine Oberfläche aus thermoplastischem Material weniger als beispielsweise eine Faserschicht bestehend aus Verstärkungsfasern mit einer höheren Steifigkeit. Somit kann die Lebensdauer einer Turbinenschaufel erhöht werden, da eine Beschädigung durch Auftreffen äußerer Partikel reduziert ist. Hinzu ist ein thermoplastisches Material im Allgemeinen beständiger gegen Feuchtigkeit als eine Verstärkungsfaser, so dass Korrosion reduziert wird.According to a further exemplary embodiment, the turbine blade has a cladding layer. The cladding layer is wrapped around a surface or around a surface area of the turbine blade such that the turbine blade is protected from external influences. The cladding layer comprises an unreinforced thermoplastic material which is identical to the matrix material. On Due to the higher damping effect of an unreinforced thermoplastic material, the softness or the elasticity of the thermoplastic material may be greater than the elasticity of the fiber layer. Upon impact of external particles on the surface of the turbine blade, a surface of thermoplastic material erodes less than, for example, a fibrous layer comprised of reinforcing fibers having a higher stiffness. Thus, the life span of a turbine blade can be increased because damage due to impact of external particles is reduced. In addition, a thermoplastic material is generally more resistant to moisture than a reinforcing fiber, so that corrosion is reduced.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Dämpfungsbereich ein weiteres Faser-Matrix-System mit einer thermoplastischen Matrix auf. Das weitere Faser-Matrix-System ist derart im Dämpfungsbereich und/oder in dem Schaufelbereich angeordnet, dass dieses äußeren Einflüssen der Turbinenschaufel ausgesetzt ist. Das weitere Faser-Matrix-System mit thermoplastischer Matrix weist Verstärkungsfasern auf, welche als Fasermatten in willkürlichen Hauptfaserrichtungen vorliegen. Durch die willkürliche Ausrichtung der Hauptfaserrichtungen der Verstärkungsfasern wird die Steifigkeitseigenschaft des weiteren Faser-Matrix-Systems reduziert und eine bessere Absorptionseigenschaft und eine größere Beständigkeit gegenüber einem Aufschlag von äußeren Partikeln erhöht. Das weitere Faser-Matrix-System kann ferner auch über die anderen Bereiche der Turbinenschaufel auch, beispielsweise auch über die Schaufelbereiche, erstreckt werden. Im Vergleich zu einer unverstärkten thermoplastischen Matrix kann das weitere Faser-Matrix-System mit einer faserverstärkten Matrix neben einer hohen Absorptionsfähigkeit gegenüber auftreffenden Partikeln auch eine höhere Steifigkeit aufweisen, so dass das weitere thermoplastische Faser-Matrix-System ebenfalls zur Gesamtsteifigkeit der Turbinenschaufel beitragen kann. Somit kann ein steifes Material für eine Turbinenschaufel bereitgestellt werden bei gleichzeitiger Erhöhung der Erosionsbeständigkeit und auch der Korrosionsbeständigkeit gegenüber Flüssigkeiten einer Oberfläche der Turbinenschaufel. Gerade bei Dampfturbinen ist die Erosion durch Wassertröpfchen kritisch. Eine Oberfläche bzw. eine äußere Schicht des Schaufelblatts aus unverstärktem Thermoplast bzw. aus einer abschließenden Schicht aus thermoplastischem Matrixmaterial bzw. einer abschließenden Schicht des weiteren thermoplastischen Faser-Matrix-Systems kann eine integrierte Erosionsschicht bereitstellen, ohne dass zusätzliche Versiegelungsschichten aufgetragen werden müssen.According to one further exemplary embodiment indicates the damping range another fiber matrix system with a thermoplastic matrix on. The further fiber matrix system is so in the damping range and / or arranged in the blade area that this external influences the Turbine blade is exposed. The further fiber matrix system with thermoplastic matrix has reinforcing fibers, which as Fiber mats in arbitrary Main fiber directions are present. By the arbitrary orientation of the main fiber directions the reinforcing fibers becomes the stiffness property of the wider fiber matrix system reduced and a better absorption property and greater durability across from an impact of external particles elevated. The further fiber-matrix system can also on the other areas of the turbine blade also, for example, over the Vane areas are extended. Compared to an unreinforced thermoplastic Matrix can be the other fiber matrix system with a fiber reinforced matrix in addition to a high absorption capacity across from impinging particles also have a higher rigidity, so that the further thermoplastic fiber matrix system also contribute to the overall rigidity of the turbine blade. Consequently can be a stiff material for a Turbine blade are provided while increasing the Erosion resistance and also the corrosion resistance towards liquids a surface the turbine blade. Especially with steam turbines, the erosion is through water droplets critical. A surface or an outer layer the blade of unreinforced thermoplastic or from a final Layer of thermoplastic matrix material or a final layer Furthermore, thermoplastic fiber matrix system can be an integrated erosion layer deploy without requiring additional sealing layers must be applied.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine, mit den oben beschriebenen Turbinenschaufeln ausgestattet. Insbesondere weisen Dampfturbinen große Durchmesser, insbesondere bei der ersten Verdichterstufe und der letzten Turbinenstufe auf. Gerade bei Laufrädern einer Dampfturbine mit großem Durchmesser wirken hohe Zentrifugalkräfte, Biegemomente und Torsionskräfte. Gerade dort eignet sich der Einsatz der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel, um eine ausreichende Steifigkeit bei verbesserten Dämpfungseigenschaften gegenüber herkömmlichen Turbinenschaufeln zu erzielen. Somit können selbst bei Dampfturbinen mit großen Durchmessern Turbinenschaufeln aus einem Verbundwerkstoff eingesetzt werden.According to one further exemplary embodiment is a turbine, in particular a steam turbine, with the above equipped turbine blades equipped. In particular, have steam turbines size Diameter, especially in the first compressor stage and the last turbine stage. Especially with wheels of a steam turbine with great Diameters have high centrifugal forces, bending moments and torsional forces. Just there is the use of the turbine blade according to the invention to a sufficient rigidity with improved damping properties over conventional ones To achieve turbine blades. Thus, even with steam turbines with large diameters Turbine blades are used from a composite material.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird bei dem Einbetten die thermoplastische Matrix aufgeschmolzen und die Verstärkungsfasern auf der Matrix aufgepresst. Somit kann eine kostengünstige Fertigung im Pressverfahren bereitgestellt werden, indem das in der Matrix vorhandene thermoplastische Material aufgeschmolzen wird. Lange Infiltrations- und Härtungszeiten wie bei herkömmlichen Faserverbundlagen können beispielsweise entfallen.According to one further exemplary embodiment of the process becomes the thermoplastic matrix when embedded melted and the reinforcing fibers pressed on the matrix. Thus, a cost-effective production be provided by the existing in the matrix thermoplastic material is melted. Long infiltration and curing times as with conventional Fiber composite layers can For example, omitted.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Dämpfungsbereich zum Angleichen an eine vordefinierte Form der Turbinenschaufel mittels eines weiteren Aufschmelzens der thermoplastischen Matrix verformt. Durch diese Aufschmelzbarkeit des Faser-Matrix-Systems bzw. der thermoplastischen Matrix kann die endgültige Formgebung der Turbinenschaufel, z. B. eine Verdrillung der Turbinenschaufel, im Anschluss an den Herstellungsvorgang z. B. einen Pressvorgang erfolgen. Dies kann vor allem bei speziellen Turbinenanforderungen, insbesondere bei Sonderanforderungen an den Verdrillungswinkel etc., nützlich sein. Ferner hilft eine Nachverformung bzw. Nachjustierung bei speziellen Problemen mit einer Schwingungsfrequenz. Der Dämpfungsbereich kann beispielsweise auf eine geänderte bzw. unvorhergesehene Schwingungsfrequenz mittels des Wiederaufschmelzens nachverformt bzw. feinjustiert werden.According to one further exemplary embodiment of the method becomes the damping range for matching to a predefined shape of the turbine blade by means of a further melting of the thermoplastic matrix deformed. By this fusibility of the fiber-matrix system or the thermoplastic matrix, the final shape of the turbine blade, z. B. a twist of the turbine blade, following the manufacturing process z. B. a pressing process done. This can be especially special Turbine requirements, especially for special requirements of the Twist angle etc., useful be. Furthermore, a post-deformation or readjustment helps with special Problems with a vibration frequency. The damping range can, for example, on a changed one or unforeseen oscillation frequency by means of the remelting deformed or fine-tuned.

Die Eigenschaft der Wiederaufschmelzbarkeit des Faser-Matrix-Systems erlaubt darüber hinaus auch eine nachträgliche Schaufelreparatur. Beispielsweise kann ein zusätzliches thermoplastisches Material aufgetragen werden, um Beschädigungen am Faser-Matrix-System zu beheben. Somit ist die Möglichkeit einer Reparatur geschaffen. Mit anderen Worten kann örtlich ein zusätzlicher Thermoplast aufgebracht werden, um Beschädigungen an der Turbinenschaufel zu reparieren.The In addition, property of remeltability of the fiber-matrix system allows also a subsequent one Blade repair. For example, an additional thermoplastic material be applied to damage the Fix fiber matrix system. Thus, the possibility of a repair is created. In other words, locally an additional one Thermoplastics are applied to damage to the turbine blade to repair.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.It should be noted that embodiments of the invention described with reference to different subject matters were. In particular, some embodiments of the invention are described with apparatus claims and other embodiments of the invention with method claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.Further Advantages and features of the present invention will become apparent the following exemplary description of presently preferred embodiments.

1 zeigt eine Turbinenschaufel mit einem Dämpfungsbereich gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 1 shows a turbine blade with a damping region according to an embodiment of the present invention;

2 zeigt eine Draufsicht auf ein Faser-Matrix-System in einer Dämpfungslage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 2 shows a plan view of a fiber-matrix system in a damping layer according to an exemplary embodiment of the present invention; and

3 zeigt eine schematische Ansicht eines Faser-Matrix-Systems in einer Dämpfungslage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 3 shows a schematic view of a fiber-matrix system in a damping layer according to an exemplary embodiment of the invention.

Detaillierte Beschreibung von exemplarischen AusführungsformenDetailed description of exemplary embodiments

Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch und nicht maßstäblich.Same or similar Components are provided with the same reference numerals in the figures. The Representation in the figures is schematic and not to scale.

1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Turbinenschaufel 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Turbinenschaufel 100 weist einen Dämpfungsbereich 101 mit einer Dämpfungslage 103 auf. Die Dämpfungslage 103 weist ein Faser-Matrix-System 200 (siehe 2) auf. Das Faser-Matrix-System 200 weist eine thermoplastische Matrix 201 (siehe 2) auf, in welcher thermoplastischen Matrix 201 Verstärkungsfasern 202 (siehe 2) eingebettet sind. 1 shows an exemplary embodiment of the turbine blade 100 according to an embodiment of the present invention. The turbine blade 100 has a damping area 101 with a damping layer 103 on. The damping position 103 has a fiber matrix system 200 (please refer 2 ) on. The fiber matrix system 200 has a thermoplastic matrix 201 (please refer 2 ), in which thermoplastic matrix 201 reinforcing fibers 202 (please refer 2 ) are embedded.

Die Turbinenschaufel 100 weist, wie in 1 dargestellt, zwei Schaufelbereiche 102 auf, welche den Dämpfungsbereich 101 umgeben. Der Schaufelbereich 102 wird beispielsweise aus einem weiteren Schichtverbund 107 gebildet, welcher aus einer Vielzahl von weiteren Faserlagen 105 bestehen kann. Bestehen die weiteren Faserlagen 105 beispielsweise aus Verstärkungsfasern 202 bestehend aus Kohlenstofffasern oder anderen versteifenden Verbundfasern, so bildet der weitere Schichtverbund 107 einen äußerst steifen Schaufelbereich 102 aus.The turbine blade 100 points as in 1 shown, two blade areas 102 on which the damping area 101 surround. The blade area 102 becomes, for example, from another layer composite 107 formed, which consists of a variety of other fiber layers 105 can exist. Pass the other fiber layers 105 for example, from reinforcing fibers 202 consisting of carbon fibers or other stiffening composite fibers, so forms the further layer composite 107 a very stiff blade area 102 out.

Die Faserlagen 104 im Dämpfungsbereich 101 können in die Schaufelbereiche 102 fließend übergehen. Bei einem fließenden bzw. konstanten Übergang der Faserlagen 104 von dem Dämpfungsbereich 102 in die Schaufelbereiche 102 bilden die Faserlage 104 mit den weiteren Faserlagen 105 eine kontinuierlich verlaufende Lage aus. Darüber hinaus können die Dämpfungsbereiche 101 als Halbzeuge gefertigt werden, wobei die Faserlagen 104 nicht über dem Dämpfungsbereich 101 hinauslaufen bzw. nicht in die Schaufelbereiche 102 hineinragen. Die Faserlagen 104 sind beispielsweise an den Randbereichen der Dämpfungsbereiche 101 abgeschnitten.The fiber layers 104 in the damping area 101 can into the blade areas 102 flow smoothly. With a flowing or constant transition of the fiber layers 104 from the damping area 102 in the blade areas 102 form the fiber layer 104 with the other fiber layers 105 a continuous situation. In addition, the attenuation ranges 101 are manufactured as semi-finished products, wherein the fiber layers 104 not above the damping range 101 run out or not in the blade areas 102 protrude. The fiber layers 104 are for example at the edge regions of the damping areas 101 cut off.

Im Dämpfungsbereich 101 kann die Schwingungsdämpfung erzeugt werden, indem ein Schichtverbund 106 den Dämpfungsbereich 101 bildet, wobei der Schichtverbund 106 aus zumindest einer Dämpfungslage 103 und aus weiteren Faserlagen 104 besteht. Aufgrund des schichtweisen Aufbaus mittels der Dämpfungslage 103 kann der Dämpfungsbereich 101 weniger steif sein als die Schaufelbereiche 102, so dass hier eine Schwingungsdämpfung durch den Schichtverbund 106, d. h. durch den Werkstoff selbst, erzeugt werden.In the damping area 101 The vibration damping can be generated by a composite layer 106 the damping area 101 forms, wherein the layer composite 106 from at least one damping position 103 and from other fiber layers 104 consists. Due to the layered structure by means of the damping layer 103 can the damping range 101 less stiff than the blade areas 102 , so that here a vibration damping through the layer composite 106 , that is, generated by the material itself.

Ferner kann um die Turbinenschaufel 100 eine Hüllschicht 108 geformt werden, wobei die Hüllschicht 108 zumindest den Dämpfungsbereich 101 aber auch zusätzlich die Schaufelbereiche 102 vor äußeren Einflüssen schützt. Die Hüllschicht 108 kann dabei beispielsweise aus einem unverstärkten thermoplastischen Material bestehen. Ein unverstärktes thermoplastisches Material kann eine weiche Hüllschicht 108 ausbilden, so dass Einschläge von Fremdpartikeln auf die Turbinenschaufel abgefedert werden und durch die weiche Hüllschicht 108 abprallen können. Durch die geringe Steifigkeit der thermoplastischen Hüllschicht 108 verformt sich beim Einschlag eines Fremdpartikels die Hüllschicht 108 leicht, so dass die Aufprallenergie absorbiert wird, ohne dass Risse oder andere Beschädigungen entstehen.Furthermore, around the turbine blade 100 a cladding layer 108 be formed, wherein the cladding layer 108 at least the damping range 101 but also the blade areas 102 protects against external influences. The coating layer 108 can for example consist of an unreinforced thermoplastic material. An unreinforced thermoplastic material may be a soft shell layer 108 form so that impacts of foreign particles are cushioned on the turbine blade and through the soft shell layer 108 can bounce off. Due to the low rigidity of the thermoplastic coating layer 108 deforms when enveloping a foreign particle, the cladding layer 108 light, so that the impact energy is absorbed without causing cracks or other damage.

Ferner kann der Dämpfungsbereich 101 oder zusätzlich auch die Schaufelbereiche 102 ein weiteres thermoplastisches Faser-Matrix-System 109 aufweisen, welche die Turbinenschaufel 100 vor äußeren Einflüssen schützen kann. Das weitere Faser-Matrix-System 109 kann eine thermoplastische Matrix 201 aufweisen, in welche Verstärkungsfasern 202 eingebettet sind. Liegen die Verstärkungsfasern 202 willkürlich in der thermoplastischen Matrix 201 vor, so kann dies als Fasermatte bezeichnet werden. Die Fasermatten weisen eine geringere Steifigkeit auf als Faser-Matrix-Systeme mit gerichteten Verbundfasern, so dass wiederum eine höhere Weichheit bzw. Elastizität mit dem weiteren Faser-Matrix-System 109 erzeugt werden kann. Dies führt wiederum zu einem Schutz vor äußeren Einschlägen von Fremdpartikeln und vor Erosion der Oberfläche der Turbinenschaufel 100.Furthermore, the damping range 101 or in addition also the blade areas 102 another thermoplastic fiber matrix system 109 have the turbine blade 100 can protect against external influences. The further fiber matrix system 109 can be a thermoplastic matrix 201 in which reinforcing fibers 202 are embedded. Are the reinforcing fibers 202 arbitrary in the thermoplastic matrix 201 before, this can be called a fiber mat. The fiber mats have a lower stiffness than fiber-matrix systems with directional Ver bund fibers, so that in turn a higher softness or elasticity with the other fiber-matrix system 109 can be generated. This in turn leads to protection against external impacts of foreign particles and erosion of the surface of the turbine blade 100 ,

2 zeigt ein Faser-Matrix-System 200, welches aus einer thermoplastischen Matrix 201 besteht. In die thermoplastische Matrix 201 sind Verstärkungsfasern 202 eingebettet. Wie in 2 dargestellt, können die Verstärkungsfasern 202 parallel ausgerichtet sein. Somit können die Verstärkungsfasern, welche auf Zug belastet werden, eine hohe Steifheit des Faser-Matrix-Systems 200 bereitstellen. Quer zur Faserrichtung der Verstärkungsfasern 202 sind hohe Dämpfungseigenschaften aufgrund der geringen Steifigkeit der Verstärkungsfasern 202 möglich. 2 shows a fiber matrix system 200 which consists of a thermoplastic matrix 201 consists. In the thermoplastic matrix 201 are reinforcing fibers 202 embedded. As in 2 shown, the reinforcing fibers 202 be aligned in parallel. Thus, the reinforcing fibers, which are loaded on train, high rigidity of the fiber-matrix system 200 provide. Transverse to the fiber direction of the reinforcing fibers 202 are high damping properties due to the low stiffness of the reinforcing fibers 202 possible.

3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Faser-Matrix-Systems 200, in welchem Verstärkungsfasern 202 in eine thermoplastische Matrix 201 eingebettet sind. Die Verstärkungsfasern 200 sind dabei in einem bestimmten Winkel α zwischen weiteren Verstärkungsfasern 201 eingebettet. Mit anderen Worten liegen die Verstärkungsfasern 201 nicht parallel zueinander vor. Durch diese mehrdirektionale Ausrichtung der Verstärkungsfasern 202 kann gezielt eine hohe Steifigkeit der Verstärkungsfasern 202 in mehrere vordefinierte Richtungen ermöglicht werden. Die Dämpfungseigenschaften werden hierbei vornehmlich durch die thermoplastische Matrix 201 erzeugt. Damit kann ein Dämpfungsbereich 101 bereitgestellt werden, welcher einerseits Verstärkungseigenschaften bzw. Steifigkeitseigenschaften und andererseits Dämpfungseigenschaften aufweisen kann. 3 shows another exemplary embodiment of a fiber-matrix system 200 in which reinforcing fibers 202 in a thermoplastic matrix 201 are embedded. The reinforcing fibers 200 are at a certain angle α between other reinforcing fibers 201 embedded. In other words, the reinforcing fibers are 201 not parallel to each other. Due to this multi-directional orientation of the reinforcing fibers 202 can target a high stiffness of the reinforcing fibers 202 in several predefined directions. The damping properties are primarily by the thermoplastic matrix 201 generated. This can be a damping range 101 be provided, which may have on the one hand reinforcing properties or stiffness properties and on the other hand damping properties.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass ”umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”eine” oder ”ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Complementary to point out that "comprehensive" none excludes other elements or steps and excludes "one" or "one" no multiplicity. Further It should be noted that features or steps with reference to one of the above embodiments has been described, also in combination with other features or steps of other embodiments described above can. Reference signs in the claims are not as a limitation to watch.

Claims (15)

Turbinenschaufel, aufweisend: einen Dämpfungsbereich (101) mit einer Dämpfungslage (103), wobei die Dämpfungslage (103) ein Faser-Matrix-System (200) aufweist, wobei das Faser-Matrix-System (200) eine thermoplastische Matrix (201) aufweist, in welcher thermoplastischen Matrix (201) Verstärkungsfasern (202) eingebettet sind.Turbine blade, comprising: a damping region ( 101 ) with a damping layer ( 103 ), wherein the damping position ( 103 ) a fiber matrix system ( 200 ), wherein the fiber matrix system ( 200 ) a thermoplastic matrix ( 201 ), in which thermoplastic matrix ( 201 ) Reinforcing fibers ( 202 ) are embedded. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei der Dämpfungsbereich (101) Faserlagen (104) aufweist und die Faserlagen (104) mit der Dämpfungslage (103) einen Schichtverbund (106) bilden.Turbine blade according to claim 1, wherein the damping region ( 101 ) Fiber layers ( 104 ) and the fiber layers ( 104 ) with the damping layer ( 103 ) a layer composite ( 106 ) form. Turbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend einen Schaufelbereich (102), wobei der Schaufelbereich (102) aus einer Vielzahl von weiteren Faserlagen (105) besteht, wobei die Vielzahl von weiteren Faserlagen (105) einen weiteren Schichtverbund (107) ausbildet.Turbine blade according to claim 1 or 2, further comprising a blade area ( 102 ), wherein the blade area ( 102 ) from a multiplicity of further fiber layers ( 105 ), wherein the plurality of further fiber layers ( 105 ) another layer composite ( 107 ) trains. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verstärkungsfasern (202) zueinander in einem Winkel (α) zwischen 1 Grad und 90 Grad in die thermoplastische Matrix (201) eingebettet sind.Turbine blade according to one of claims 1 to 3, wherein the reinforcing fibers ( 202 ) to each other at an angle (α) between 1 and 90 degrees into the thermoplastic matrix ( 201 ) are embedded. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verstärkungsfasern (202) parallel zueinander in die thermoplastische Matrix (201) eingebettet sind.Turbine blade according to one of claims 1 to 3, wherein the reinforcing fibers ( 202 ) parallel to each other in the thermoplastic matrix ( 201 ) are embedded. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest eine der Verstärkungsfasern (202) ein Hybridgarn aufweist, wobei das Hybridgarn ein thermoplastisches Material und ein Kohlefasermaterial aufweist.Turbine blade according to one of claims 1 to 5, wherein at least one of the reinforcing fibers ( 202 ) comprises a hybrid yarn, wherein the hybrid yarn comprises a thermoplastic material and a carbon fiber material. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Dämpfungslage (103) eine geringere elastische Steifigkeit und/oder einen höheren Dämpfungswert als die Faserlagen (104) aufweist.Turbine blade according to one of claims 2 to 6, wherein the damping layer ( 103 ) a lower elastic stiffness and / or a higher damping value than the fiber layers ( 104 ) having. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Dämpfungsbereich (101) eine geringere elastische Steifigkeit und/oder einen höheren Dämpfungswert als der Schaufelbereich (102) aufweist.Turbine blade according to one of claims 3 to 7, wherein the damping region ( 101 ) a lower elastic stiffness and / or a higher damping value than the blade area ( 102 ) having. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend eine Hüllschicht (108), wobei die Hüllschicht (108) derart um eine Oberfläche der Turbinenschaufel (100) gehüllt ist, dass die Turbinenschaufel (100) vor äußeren Einflüssen geschützt ist, wobei die Hüllschicht (108) ein unverstärktes thermoplastisches Material aufweist.Turbine blade according to one of claims 1 to 8, further comprising a cladding layer ( 108 ), wherein the cladding layer ( 108 ) around a surface of the turbine blade ( 100 ) is wrapped that the turbine blade ( 100 ) is protected from external influences, the cladding layer ( 108 ) has an unreinforced thermoplastic material. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend ein weiteres Faser-Matrix-System (109) mit einer thermoplastischen Matrix (201), wobei das weitere Faser-Matrix-System (109) derart im Dämpfungsbereich (101) und/oder dem Schaufelbereich (102) angeordnet ist, dass dieses äußeren Einflüssen der Turbinenschaufeln (100) ausgesetzt ist, wobei das weitere Faser-Matrix-System (109) Verstärkungsfasern (202) aufweist, welche als Fasermatten mit willkürlichen Hauptfaserrichtungen vorliegen.Turbine blade according to one of claims 1 to 8, further comprising a further fiber-matrix system ( 109 ) with a thermoplastic matrix ( 201 ), wherein the further fiber-matrix system ( 109 ) in the damping region ( 101 ) and / or the blade Area ( 102 ) is arranged that this external influences of the turbine blades ( 100 ), the further fiber-matrix system ( 109 ) Reinforcing fibers ( 202 ), which are present as fiber mats with arbitrary principal fiber directions. Turbine, insbesondere Dampfturbine, aufweisend: zumindest eine Turbinenschaufel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Turbine, in particular steam turbine, comprising: at least one turbine blade ( 100 ) according to one of claims 1 to 10. Turbine nach Anspruch 11, wobei die zumindest eine Turbinenschaufel (100) eine Laufschaufel der Turbine ist.Turbine according to claim 11, wherein the at least one turbine blade ( 100 ) is a blade of the turbine. Verfahren zum Herstellen eines Dämpfungsbereichs (101) einer Turbinenschaufel (100), das Verfahren aufweisend Einbetten von Verstärkungsfasern (202) in eine thermoplastische Matrix (201), um ein Faser-Matrix-System (200) einer Dämpfungslage (103) zu bilden, Bilden des Dämpfungsbereichs (101) der Turbinenschaufel (100) mittels der Dämpfungslage (103).Method for producing a damping region ( 101 ) of a turbine blade ( 100 ), the method comprising embedding reinforcing fibers ( 202 ) into a thermoplastic matrix ( 201 ) to a fiber matrix system ( 200 ) an attenuation layer ( 103 ), forming the attenuation range ( 101 ) of the turbine blade ( 100 ) by means of the damping layer ( 103 ). Verfahren nach Anspruch 13, wobei bei dem Einbetten die thermoplastische Matrix (201) aufgeschmolzen wird und die Verstärkungsfasern (202) auf der thermoplastischen Matrix (201) aufgepresst werden.A method according to claim 13, wherein in embedding the thermoplastic matrix ( 201 ) is melted and the reinforcing fibers ( 202 ) on the thermoplastic matrix ( 201 ) are pressed. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, ferner aufweisend Verformen des Dämpfungsbereichs (101) zum Angleichen an eine vordefinierte Form der Turbinenschaufel (100) mittels eines weiteren Aufschmelzens der thermoplastischen Matrix (201).The method of claim 13 or 14, further comprising deforming the attenuation range ( 101 ) for matching to a predefined shape of the turbine blade ( 100 ) by means of a further melting of the thermoplastic matrix ( 201 ).
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