EP3280879B1 - Anordnung für eine turbine - Google Patents

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EP3280879B1
EP3280879B1 EP16726577.6A EP16726577A EP3280879B1 EP 3280879 B1 EP3280879 B1 EP 3280879B1 EP 16726577 A EP16726577 A EP 16726577A EP 3280879 B1 EP3280879 B1 EP 3280879B1
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segments
support
support strut
segment
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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    • F05D2300/614—Fibres or filaments

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for a turbine according to claim 1.
  • the present invention also relates to a method for producing such an arrangement according to claim 12.
  • a blade arrangement with a blade which consists of a plurality of blade segments which are arranged one above the other in the radial direction are plate-shaped and made of a ceramic fiber composite material.
  • the individual airfoil segments each include aligned through openings through which support struts extend, for example in the form of metallic tie rods, which press the airfoil segments against each other, creating a force fit between the airfoil segments that holds them together.
  • the present invention creates an arrangement of the type mentioned at the outset, which is characterized in that at least one, for example some, support strut has at least one outwardly protruding, transversely to the radial direction extending projection which in at least one of the segments a correspondingly designed recess engages or can grip.
  • both a plurality of projections are provided on the support struts, and a plurality of cutouts, for example some cutouts, into which the projections are designed to be gripped.
  • the present invention can create a blade arrangement of the type mentioned at the beginning, which is characterized in that the at least one support strut has outwardly protruding, transversely to the radial direction extending projections which engage in correspondingly formed recesses on the blade segments.
  • segments are directly connected to the at least one support strut without the use of separate fastening means, whereby a Relative movement of the corresponding segments in a direction transverse to the radial direction is effectively prevented.
  • the support structure has a plurality of support struts, in particular three support struts, it being possible, of course, to provide a number of support struts that differs from this. Overall, a very stable arrangement is achieved by providing several support struts.
  • the at least one support strut preferably has a non-circular cross section, in particular a cross section which follows the circumferential contour of the arrangement. Such a choice of the cross section is also very beneficial to the stability of the arrangement.
  • the at least one support strut is advantageously designed to be hollow.
  • a cooling fluid can be passed through the support strut during the intended use of the arrangement, so that the at least one support strut defines a cooling channel.
  • the support structure has a platform which extends essentially parallel to the segments and from which the at least one support strut protrudes radially outward, the segments being stacked on the platform.
  • a platform connects the support struts to one another if several support struts are provided.
  • the platform defines a defined base on which the segments can be stacked.
  • such a platform can be provided with a blade root or formed in one piece with one which is used to fasten the arrangement to a turbine component.
  • a defined annular gap is preferably formed between the at least one support strut and those passage openings of the segments through which it extends.
  • the cutouts each extend starting from an upper side of the respective segment.
  • the projections can be manufactured easily, as will be explained in more detail below.
  • the at least one cutout or some or more cutouts are preferably designed in the form of chamfers which extend, for example, along the circumference of a through opening.
  • the at least one projection or the plurality of projections is advantageously received in the corresponding recess or recesses in an essentially form-fitting manner. In this way, a particularly good cohesion between the at least one support strut and the segments is achieved.
  • Each segment is preferably provided with at least one recess into which an assigned projection engages or can engage.
  • each segment is connected to the at least one support strut.
  • the outer surfaces of the at least one segment or segments are provided with a coating, in particular with a thermal barrier coating.
  • the arrangement is an arrangement for a turbine blade, in particular an airfoil, or an arrangement for a part for the turbine that is exposed to hot gas.
  • the arrangement can be an airfoil arrangement for a turbine, in particular a gas turbine.
  • the arrangement can furthermore be a ring segment arrangement for a turbine, in particular a gas turbine.
  • the arrangement can furthermore be an arrangement for another part in the gas and / or steam path of a turbine, for example a part of a gas turbine exposed to hot gas.
  • the present invention also creates a method for producing an arrangement according to the invention, the method being characterized in that at least the support struts of the support structure are produced using a generative method.
  • This can be, for example, an SLM process (Selective Laser Melting), a flame spraying process, a high-speed flame spraying process or even a build-up welding process, to name but a few examples.
  • the segments are preferably stacked using a robot. In this way, the entire manufacturing process of the arrangement can be carried out with a high degree of automation.
  • the outer surfaces of the segments are advantageously provided with a coating, in particular with a thermal barrier coating, the coating advantageously being provided subsequently.
  • the Figures 1 to 3 show an arrangement 1 according to an embodiment of the present invention or components thereof.
  • the arrangement 1 is one for a turbine, in particular a gas turbine, wherein the arrangement 1 can in principle be designed both as a rotor blade, as a guide vane and / or as a ring segment or some other part in the gas or steam path of a turbine, even if this is not shown in more detail here.
  • the arrangement 1 comprises as main components a metallic support structure with a platform 2 and three support struts 3, 4 and 5, which extend from the platform 2 in a radial direction R, and a plurality of plate-shaped segments 6 arranged one above the other on the support structure , which together define the circumferential contour of the arrangement.
  • the support structure which primarily serves to absorb and dissipate the forces acting on it during the intended use of the arrangement 1, is made of a metallic material, such as a nickel-based alloy, to name just one example.
  • the platform 2 has an essentially convexly curved suction side 7 and an essentially concavely curved pressure side 8, with fundamentally other geometries being possible.
  • the platform 2 can be a prefabricated component that was produced, for example, by means of casting and subsequent mechanical processing.
  • the platform 2 can also be manufactured using an additive manufacturing method, such as, for example, by means of an SLM method, with other additive manufacturing methods naturally also being possible.
  • the support struts 3, 4 and 5 are manufactured using an additive manufacturing process and are firmly connected to the platform 2, as will be explained in more detail below. Starting from the platform 2, they extend essentially parallel to one another, are hollow and in the present case each have a non-circular cross-section, which in the present case follows the circumferential contour of the arrangement. At the level of the upper edge of each segment 6, the support struts 3, 4 and 5 are each provided circumferentially with outwardly projecting projections 9 extending transversely to the radial direction.
  • the segments 6 are each made of a ceramic fiber composite material.
  • Al 2 O 3 2O 3 / Al 2 O 3 , C / SiC, SiC / SiC or the like can be used as the ceramic fiber composite material, to name just a few examples to call.
  • the segments 6 comprise a suction side 10 and a pressure side 11, the outer contours of adjacent segments 6 preferably being in alignment with one another, as is the outer contour of the platform 2 in the present case with the outer contour of the adjacent segment 6.
  • the segments 6 are each provided with three through openings 12 through which the respective support struts 3, 4 and 5 extend. A defined annular gap, which is only interrupted by the projections 9, can be left between the segments 6 and the support struts 3, 4 and 5.
  • annular gap can be advantageous during the intended use of the arrangement 1 in that, in the event of thermal expansion of the support struts 3, 4 and 5 and / or the segments 6, an appropriate escape space is created which reduces or prevents the occurrence of thermal stresses.
  • circumferential, chamfer-shaped recesses 13 are provided which extend along the edge regions of the respective through openings 12.
  • the projections 9 protruding from the support struts 3, 4 and 5 engage in these recesses 13 so that each segment 6 is firmly connected to the support struts 3, 4 and 5.
  • the arrangement 1 shown is, in a first step, as shown in FIG Figure 4 is shown schematically, the platform 2 of the support structure is arranged on the ground. A segment 6 is then positioned on the platform 2 in such a way that the outer contour of the segment 6 is aligned with the outer contour of the platform 2. The segment can be positioned using a robot, even if this is not shown here.
  • FIG. 4 shows schematically a nozzle arrangement 14 with which powdered metallic material is directed in the direction of the platform 2 and melted using a laser. It should be clear that, in principle, any generative LMD (laser metal deposition) process can be used.
  • LMD laser metal deposition
  • a further segment 6 is positioned on the segment 6 already attached to the platform 2, whereupon subregions of the support struts 3, 4 and 5 are again generated in layers, see Figure 7 .
  • the steps described above are repeated until the in Figure 1
  • the arrangement 1 shown is completed.
  • a stacking of the segments 6 and a step-by-step production of the support struts 3, 4 and 5 alternate, after arranging a segment 6 provided with a recess 13, a portion of the support struts 3, 4 and 5 including one in the recess 13 engaging projection 9 is generated.
  • An uppermost metallic cover layer which is provided with cooling fluid outlet bores and can be produced, for example, by means of build-up welding, can be arranged to form a blade tip.
  • a prefabricated cover layer can also be fixed to the metallic support structure by means of high-temperature soldering or the like.
  • the arrangement 1 shown can be provided with a coating, for example with a thermal barrier coating, if this is desired.
  • An essential advantage of the method according to the invention is that, during the production of a hybrid arrangement 1, the individual segments 6 are firmly and securely connected to the support structure in all spatial directions without the need for separate fastening means.
  • each segment can be provided with a recess in the representations of the figures, it is sufficient for the concept of the invention if this is only the case for at least one or some of the segments, for example two, three or four segments.
  • only at least one corresponding support strut or said plurality must have a corresponding projection.
  • the gripping connection through the projections and the recesses in the center of the arrangement or in every third or fourth stacked segment of the arrangement can be sufficient to utilize the advantages according to the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Turbine gemäß Anspruch 1.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung gemäß Anspruch 12.
  • Anordnungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. So offenbart beispielsweise die US 2006/00120871 A1 eine Schaufelanordnung mit einem Schaufelblatt, das aus einer Vielzahl von in radialer Richtung übereinander angeordneten, plattenförmig ausgebildeten und aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestellten Schaufelblattsegmenten besteht. Die einzelnen Schaufelblattsegmente umfassen jeweils miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen, durch die sich Stützstreben erstrecken, beispielsweise in Form von metallischen Zugankern, welche die Schaufelblattsegmente gegeneinander drücken, wodurch zwischen den Schaufelblattsegmenten ein Kraftschluss erzeugt wird, der diese zusammenhält. Ein Problem eines derartigen Schaufelaufbaus besteht allerdings darin, dass sich die Schaufelblattsegmente trotz der auf diese einwirkenden radialen Druckkräfte in einer Richtung quer zur radialen Richtung relativ zueinander verschieben können. Entsprechend kann es erforderlich sein, ergänzende Mittel vorzusehen, um derartige Relativbewegungen zu verhindern. So können beispielsweise an den Ober- und Unterseiten der einzelnen Schaufelblattsegmente ineinander greifende Vorsprünge und Aussparungen vorgesehen werden, was fertigungstechnisch allerdings mit einem sehr großen Aufwand verbunden ist. In diesem Zusammenhang sei beispielhaft auf die US 2006/0120874 A1 verwiesen. Ein weiterer Nachteil, der mit der Verwendung von Zugankern einhergeht, besteht darin, dass diejenigen Durchgangsöffnungen, durch die sich ein Zuganker erstreckt, normalerweise nicht als Kühlkanäle verwendet werden können, was grundsätzlich wünschenswert wäre.
  • Dokument WO 2016/085654 A1 offenbart eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von dem Anspruch 1. Dieses Dokument hat eine Priorität (24.11.2014/27.03.2015) vor der Priorität der Anmeldung (02.07.2015) und wurde am 02/06/2016 offenbart. Das Dokument ist eine internationale Anmeldung, die als EP15834657 A1 in der Europaisches Phase eingetreten ist. Dieses Dokument gilt deswegen als Stand der Technik nach Artikel 54 (3) EPÜ.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art mit alternativem Aufbau zu schaffen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Anordnung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest eine, beispielsweise einige, Stützstrebe mindestens einen auswärts vorstehenden, sich quer zur radialen Richtung erstreckenden Vorsprung aufweist, der in an mindestens einem der Segmente mindestens eine korrespondierend ausgebildete Aussparung greift oder greifen kann.
  • Vorzugsweise sind entsprechend sowohl eine Mehrzahl von Vorsprüngen, beispielsweise einige Vorsprünge, an den Stützstreben vorgesehen, als auch eine Mehrzahl von Aussparungen, beispielsweise einige Aussparungen, in die die Vorsprünge zu greifen ausgebildet sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe kann die vorliegende Erfindung eine Schaufelanordnung der eingangs genannten Art schaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die zumindest eine Stützstrebe auswärts vorstehende, sich quer zur radialen Richtung erstreckende Vorsprünge aufweist, die in an den Schaufelblattsegmenten korrespondierend ausgebildete Aussparungen greifen.
  • Dank derartiger Vorsprünge und Aussparungen werden Segmente mit der zumindest einen Stützstrebe ohne den Einsatz gesonderter Befestigungsmittel direkt verbunden, wodurch eine Relativbewegung der entsprechenden Segmente in einer Richtung quer zur radialen Richtung effektiv verhindert wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Stützstruktur mehrere Stützstreben auf, insbesondere drei Stützstreben, wobei natürlich auch eine hiervon abweichende Anzahl von Stützstreben vorgesehen sein kann. Insgesamt wird durch das Vorsehen mehrerer Stützstreben eine sehr stabile Anordnung erzielt.
  • Bevorzugt weist die zumindest eine Stützstrebe einen unrunden Querschnitt auf, insbesondere einen Querschnitt, welcher der Umfangskontur der Anordnung folgt. Eine derartige Wahl des Querschnittes ist der Stabilität der Anordnung ebenfalls sehr zuträglich.
  • Vorteilhaft ist die zumindest eine Stützstrebe hohl ausgebildet. In diesem Fall kann während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Anordnung durch die Stützstrebe ein Kühlfluid geleitet werden, so dass die zumindest eine Stützstrebe einen Kühlkanal definiert.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Stützstruktur eine sich im Wesentlichen parallel zu den Segmenten erstreckende Plattform auf, von der die zumindest eine Stützstrebe radial auswärts hervorsteht, wobei die Segmente auf der Plattform gestapelt sind. Eine solche Plattform verbindet zum einen die Stützstreben miteinander, wenn mehrere Stützstreben vorgesehen sind. Zum anderen definiert die Plattform einen definierten Untergrund, auf den die Segmente gestapelt werden können. Darüber hinaus kann eine solche Plattform mit einem Schaufelfuß versehen oder einteilig mit einem solchen ausgebildet werden, der zur Befestigung der Anordnung an einer Turbinenkomponente dient.
  • Bevorzugt ist zwischen der zumindest einen Stützstrebe und denjenigen Durchgangsöffnungen der Segmente, durch die sich diese erstreckt, ein definierter Ringspalt ausgebildet. Ein solcher Ringspalt stellt für den Fall, dass sich die Segmente während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Anordnung thermisch ausdehnen, ausreichend Raum zur Verfügung, um die Entstehung schädlicher thermischer Spannungen zu vermeiden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Aussparungen jeweils ausgehend von einer Oberseite des jeweiligen Segments. Dies hat zur Folge, dass sich die Vorsprünge einfach fertigen lassen, wie es nachfolgend noch näher erläutert ist.
  • Bevorzugt sind die mindestens eine Aussparung oder einige oder mehrere Aussparungen in Form von Fasen ausgebildet, die sich beispielsweise entlang des Umfangs einer Durchgangsöffnung erstrecken.
  • Vorteilhaft ist der mindestens eine Vorsprung oder die Mehrzahl der Vorsprünge im Wesentlichen formschlüssig in der entsprechenden Aussparung bzw. den Aussparungen aufgenommen. Auf diese Weise wird ein besonders guter Zusammenhalt zwischen der zumindest einen Stützstrebe und den Segmenten erzielt.
  • Bevorzugt ist jedes Segment mit zumindest einer Aussparung versehen, in die ein zugeordneter Vorsprung greift oder greifen kann. Mit anderen Worten ist bei dieser Ausgestaltung jedes Segment mit der zumindest einen Stützstrebe verbunden.
  • Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung sind die Außenflächen des mindestens einen Segments bzw. der Segmente mit einer Beschichtung versehen, insbesondere mit einer Wärmebarrierebeschichtung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist die Anordnung eine Anordnung für eine Turbinenschaufel, insbesondere ein Schaufelblatt, oder eine Anordnung für ein heißgasbeaufschlagtes Teil für die Turbine.
  • Die Anordnung kann eine Schaufelblattanordnung für eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, sein.
  • Die Anordnung kann weiterhin eine Ringsegment-Anordnung für eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, sein.
  • Die Anordnung kann weiterhin eine Anordnung für ein anderes Teil im Gas- und/oder Dampfpfad eine Turbine, beispielsweise ein heißgasbeaufschlagtes Teil einer Gasturbine, sein.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest die Stützstreben der Stützstruktur unter Verwendung eines generativen Verfahrens hergestellt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein SLM-Verfahren(Selective Laser Melting), ein Flammspritzverfahren, ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren oder auch ein Auftragsschweißverfahren handeln, um nur einige Beispiele zu nennen.
  • Vorteilhaft wechseln ein Stapeln der Segmente und eine schrittweise Herstellung der zumindest einen Stützstrebe einander derart ab, dass nach einem Anordnung eines mit einer Aussparung versehenen Segments ein Teilbereich der zumindest einen Stützstrebe einschließlich eines in die Aussparung greifenden Vorsprungs generiert wird. Auf diese Weise lassen sich die in die Aussparungen greifenden Vorsprünge ohne weiteres fertigen. Auch die Realisierung eines Formschlusses zwischen den Vorsprüngen und den Aussparungen stellt keinerlei Probleme dar.
  • Bevorzugt erfolgt das Stapeln der Segmente unter Verwendung eines Roboters. Auf diese Weise kann der gesamte Herstellungsprozess der Anordnung mit hohem Automatisierungsgrad durchgeführt werden.
  • Vorteilhaft werden die Außenflächen der Segmente mit einer Beschichtung versehen, insbesondere mit einer Wärmebarrierebeschichtung, wobei die Beschichtung vorteilhaft nachträglich vorgesehen wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist/sind:
    • Figur 1
    eine schematische perspektivische Ansicht einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    Figur 2
    eine schematische Draufsicht eines Segmentes der in Figur 1 gezeigten Anordnung;
    Figur 3
    eine schematische Draufsicht einer Plattform einer Stützstruktur der in Figur 1 gezeigten Anordnung und
    Figuren 4 bis 7
    schematische Schnittansichten, anhand derer die Herstellung der in Figur 1 gezeigten Anordnung unter Einsatz eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert wird.
  • Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine Anordnung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bzw. Komponenten derselben. Bei der Anordnung 1 handelt es sich um eine solche für eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, wobei die Anordnung 1 grundsätzlich sowohl als Laufschaufel, als Leitschaufel und/oder als ein Ringsegment oder ein anderes Teil im Gas- oder Dampfpfad einer Turbine ausgebildet sein kann, auch wenn dies vorliegend nicht näher dargestellt ist.
  • Die Anordnung 1 umfasst als Hauptkomponenten eine metallische Stützstruktur mit einer Plattform 2 und drei Stützstreben 3,4 und 5, die sich ausgehend von der Plattform 2 in einer radialen Richtung R erstrecken, und eine Vielzahl von an der Stützstruktur übereinander angeordneten und plattenförmig ausgebildeten Segmenten 6, die gemeinsam die Umfangskontur der Anordnung definieren.
  • Die Stützstruktur, die in erster Linie dazu dient, während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Anordnung 1 die auf diese einwirkenden Kräfte aufzunehmen und abzuleiten, ist aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, wie beispielsweise aus einer Nickel-Basis-Legierung, um nur ein Beispiel zu nennen. Die Plattform 2 weist eine im Wesentlichen konvex gewölbte Saugseite 7 und eine im Wesentlichen konkav gewölbte Druckseite 8 auf, wobei grundsätzlich andere Geometrien möglich sind. Bei der Plattform 2 kann es sich um ein vorgefertigtes Bauteil handeln, das beispielsweise mittels Gießen und anschließender mechanischer Bearbeitung hergestellt wurde. Alternativ kann die Plattform 2 auch unter Einsatz eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sein, wie beispielsweise mittels eines SLM-Verfahrens, wobei natürlich auch andere generative Fertigungsverfahren möglich sind. Die Stützstreben 3,4 und 5 sind unter Einsatz eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt und fest mit der Plattform 2 verbunden, wie es nachfolgend noch näher erläutert ist. Sie erstrecken sich ausgehend von der Plattform 2 im Wesentlichen parallel zueinander, sind hohl ausgebildet und weisen vorliegend jeweils einen unrunden Querschnitt auf, der vorliegend der Umfangskontur der Anordnung folgt. Auf Höhe der Oberkante jedes Segmentes 6 sind die Stützstreben 3,4 und 5 jeweils umfänglich mit auswärts vorstehenden, sich quer zur radialen Richtung erstreckenden Vorsprüngen 9 versehen.
  • Die Segmente 6 sind jeweils aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestellt. Als keramischer Faserverbundwerkstoff kann beispielsweise Al2O3 2O3/Al2O3, C/SiC, SiC/SiC oder dergleichen verwendet werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Analog zu der Plattform 2 umfassen die Segmente 6 eine Saugseite 10 und eine Druckseite 11, wobei die Außenkonturen benachbart angeordneter Segmente 6 bevorzugt miteinander fluchtend ausgebildet sind, ebenso wie vorliegend die Außenkontur der Plattform 2 mit der Außenkontur des benachbart angeordneten Segmentes 6 fluchten. Die Segmente 6 sind jeweils mit drei Durchgangsöffnungen 12 versehen, durch die sich die jeweiligen Stützstreben 3,4 und 5 erstrecken. Zwischen den Segmenten 6 und den Stützstreben 3,4 und 5 kann ein definierter Ringspalt belassen sein, der nur von den Vorsprüngen 9 unterbrochen wird. Ein solcher Ringspalt kann während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Anordnung 1 dahingehend von Vorteil sein, dass im Fall thermischer Ausdehnungen der Stützstreben 3,4 und 5 und/oder der Segmente 6 ein angemessener Ausweichraum geschaffen wird, der das Auftreten thermischer Spannungen reduziert oder verhindert. Ausgehend von der Oberseite jedes Segmentes 6 sind umlaufende, fasenförmig ausgebildete Aussparungen 13 vorgesehen, die sich entlang der Randbereiche der jeweiligen Durchgangsöffnungen 12 erstrecken. In diese Aussparungen 13 greifen formschlüssig die von den Stützstreben 3,4 und 5 vorstehenden Vorsprünge 9 ein, so dass jedes Segment 6 fest mit den Stützstreben 3,4 und 5 verbunden ist. Zur Herstellung der in Figur 1 dargestellten Anordnung 1 wird in einem ersten Schritt, wie es in Figur 4 schematisch dargestellt ist, die Plattform 2 der Stützstruktur am Untergrund angeordnet. Daraufhin wird der Plattform 2 ein Segment 6 derart positioniert, dass die Außenkontur des Segmentes 6 mit der Außenkontur der Plattform 2 fluchtet. Die Positionierung des Segmentes kann dabei unter Einsatz eines Roboters erfolgen, auch wenn dies vorliegend nicht dargestellt ist.
  • In einem weiteren Schritt werden entlang des Umfangs der jeweiligen Durchgangsöffnungen 12 auf der Plattform 2 unter Einsatz eines generativen Fertigungsverfahrens Teilbereiche der Stützstreben 3,4 und 5 bis zur Oberkante des Segmentes 6 schichtweise generiert, wobei auch die Aussparungen 13 unter Erzeugung der Vorsprünge 9 mit metallischem Material gefüllt werden, wie es in Figur 5 gezeigt ist. Figur 4 zeigt in diesem Zusammenhang schematisch eine Düsenanordnung 14, mit der pulverförmiges metallisches Material in Richtung der Plattform 2 gerichtet und unter Einsatz eines Lasers aufgeschmolzen wird. Es sollte klar sein, dass grundsätzlich jedes generative LMD-Verfahren (Laser-Metal-Deposition) eingesetzt werden kann.
  • In einem sich anschließenden Schritt wird, wie es in Figur 6 dargestellt ist, ein weiteres Segment 6 auf dem bereits an der Plattform 2 befestigten Segment 6 positioniert, woraufhin erneut Teilbereiche der Stützstreben 3,4 und 5 schichtweise generiert werden, siehe Figur 7. Die zuvor beschriebenen Schritte werden wiederholt, bis die in Figur 1 dargestellte Anordnung 1 fertiggestellt ist. Mit anderen Worten wechseln sich ein Stapeln der Segmente 6 und eine schrittweise Herstellung der Stützstreben 3,4 und 5 ab, wobei nach einem Anordnen eines mit einer Aussparung 13 versehenen Segments 6 jeweils ein Teilbereich der Stützstreben 3,4 und 5 einschließlich eines in die Aussparung 13 greifenden Vorsprungs 9 generiert wird.
  • Nach Fertigstellung der in Figur 1 dargestellten Anordnung 1 kann zur Ausbildung einer Schaufelspitze eine oberste metallische Decklage angeordnet werden, die mit Kühlfluidauslassbohrungen versehen und beispielsweise mittels Auftragsschweißen hergestellt sein kann. Alternativ kann eine vorgefertigte Decklage aber auch mittels Hochtemperaturlöten oder dergleichen an der metallischen Stützstruktur fixiert werden. Ferner kann die in Figur 1 dargestellte Anordnung 1 mit einer Beschichtung versehen werden, beispielsweise mit einer Wärmebarrierebeschichtung, wenn dies gewünscht ist.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bei der Herstellung einer Hybrid-Anordnung 1 die einzelnen Segmente 6 in allen Raumrichtungen fest und sicher mit der Stützstruktur verbunden werden, ohne dass es hierzu gesonderter Befestigungsmittel bedarf.
  • Obwohl in den Darstellungen der Figuren jedes Segment mit einer Aussparung versehen sein kann, reicht es für den Erfindungsgedanken aus, wenn dies nur für mindestens eines oder einige der Segmente, beispielsweise zwei, drei oder vier Segmente der Fall ist. Dementsprechend muss gemäß der vorliegenden Erfindung auch nur mindestens eine entsprechende Stützstrebe bzw. die genannte Mehrzahl einen entsprechenden Vorsprung aufweisen.
  • Beispielsweise kann die Greifverbindung durch die Vorsprünge und die Aussparungen in der Mitte der Anordnung oder in jedem dritten oder vierten gestapelten Segment der Anordnung ausreichend sein, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu nutzen.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

  1. Anordnung (1) für eine Turbine,
    umfassend eine metallische Stützstruktur,
    die zumindest eine sich in einer radialen Richtung erstreckende Stützstrebe (3, 4, 5) aufweist, und
    eine Vielzahl von an der Stützstruktur übereinander angeordneten,
    plattenförmig ausgebildeten und
    aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestellten Segmenten (6),
    die gemeinsam zumindest einen Teil einer Umfangskontur der Anordnung definieren,
    wobei die Segmente (6) mit Durchgangsöffnungen (12) versehen sind, durch die sich die zumindest eine Stützstrebe (3, 4, 5) erstreckt, wobei die zumindest eine Stützstrebe (3, 4, 5) mindestens einen auswärts vorstehenden, sich quer zur radialen Richtung erstreckenden Vorsprung (9) aufweist, der in an mindestens einem der Segmente (6) mindestens eine korrespondierend ausgebildete Aussparung (13) greift dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Aussparung (13) ausgehend von einer Oberseite des jeweiligen Segments (6) erstreckt.
  2. Anordnung (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stützstruktur mehrere Stützstreben (3, 4, 5) aufweist, insbesondere drei Stützstreben(3, 4, 5).
  3. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zumindest eine Stützstrebe (3, 4,5) einen unrunden Querschnitt aufweist,
    insbesondere einen Querschnitt,
    welcher der Umfangskontur der Anordnung folgt.
  4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zumindest eine Stützstrebe (3, 4, 5) hohl ausgebildet ist.
  5. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stützstruktur eine sich im Wesentlichen parallel zu den Segmenten (6) erstreckende Plattform (2) aufweist,
    von der die zumindest eine Stützstrebe (3, 4, 5) radial auswärts vorsteht,
    wobei die Segmente (6) auf der Plattform (2) gestapelt sind.
  6. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen der zumindest einen Stützstrebe (3, 4, 5) und denjenigen Durchgangsöffnungen (12) der Segmente (6),
    durch die sich diese erstreckt,
    ein definierter Ringspalt ausgebildet ist.
  7. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mindestens eine Aussparung (13) in Form von Fasen ausgebildet ist.
  8. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der mindestens eine Vorsprung (9) im Wesentlichen formschlüssig in der entsprechenden Aussparung (13) aufgenommen oder aufnehmbar ist.
  9. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jedes Segment mit zumindest einer Aussparung (13) versehen ist,
    in die ein zugeordneter Vorsprung (9) greift.
  10. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Außenflächen des mindestens einen Segments (6) mit einer Beschichtung versehen sind,
    insbesondere mit einer Wärmebarrierebeschichtung.
  11. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Anordnung (1) eine Anordnung für eine Turbinenschaufel, insbesondere ein Schaufelblatt, oder eine Anordnung für ein heißgasbeaufschlagtes Teil, beispielsweise ein Ringsegment, für die Turbine ist.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest die Stützstreben (3, 4, 5) der Stützstruktur unter Verwendung eines generativen Verfahrens hergestellt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Stapeln der Segmente (6) und eine schrittweise Herstellung der zumindest einen Stützstrebe (3, 4, 5) einander derart abwechseln,
    dass nach einem Anordnen eines mit einer Aussparung (13) versehenen Segments (6) ein Teilbereich der zumindest einen Stützstrebe (3, 4, 5) einschließlich eines in die Aussparung (13) greifenden Vorsprungs (9) generiert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Stapeln der Segmente (6) unter Verwendung eines Roboters erfolgt.
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