Brennerspitze mit einer Luftkanalstruktur und einer Brennstoffkanalstruktur für einen Brenner und Verfahren zur Her- Stellung der Brennerspitze

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennerspitze mit einer Luftkanalstruktur und einer Brennstoffkanalstruktur, vorzugsweise für einen Brenner in einer Gasturbine. Weiterhin ist ein Verfahren, vorzugsweise ein additives Verfahren, zur Herstellung der Brennerspitze beschrieben.

Die Brennerspitze ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strömungsmaschine, vorzugsweise im Heißgaspfad einer Gastur- bine vorgesehen. Das Bauteil besteht weiterhin vorzugsweise aus einer Nickelbasis- und/oder Superlegierung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung. Die Legierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein .

Brennerspitzen der eingangs angegebenen Bauweise sind beispielsweise aus der EP 2 196 733 AI bekannt. Die dort beschriebene Brennerspitze kann beispielsweise in einer Gasturbine zum Einsatz kommen, wobei die Brennerspitze das stromab- wärts gelegene Ende einer Brennerlanze bildet, die in einem Hauptkanal für Verbrennungsluft angeordnet ist. Die Brennerspitze ist doppelwandig aufgebaut, wobei die Außenwand einen Hitzeschild bildet, der entstehende Verbrennungswärme von der Innenwand fernhalten soll. Daher ist zwischen der Außenwand und der Innenwand ein ringförmiger Hohlraum, also ein Ringraum, angeordnet, der zu Kühlungszwecken über Öffnungen mit Luft durchströmt werden kann. Der Hitzeschild muss bei der beschriebenen Ausführung darauf ausgelegt werden, die Wärmebeanspruchung aufgrund der in der nachgeschalteten Brennkam- mer ablaufenden Verbrennung zu ertragen. Daher stellt die Außenwand der Brennerspitze den limitierenden Faktor für die Lebensdauer der Brennerspitze dar. Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Brennerspitze der eingangs angegebenen Art derart weiterzubilden, dass sich eine Verbesserung der Lebensdauer des Bauteils ergibt. Insbesondere soll durch die vorliegende Erfindung eine verbesserte Kühlung der Brennerspitze ermöglicht werden. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Brennerspitze anzugeben.

Die Herstellung kann beispielsweise durch Gießen mit einem verlorenen Kern erfolgen. Gemäß einer Lösung der oben angegebenen Aufgabe ist es aber besonders vorteilhaft, wenn zum Herstellen ein additives Herstellungsverfahren genutzt wird. Hierbei kann die Brennerspitze vorzugsweise in einem Stück und mit besonders komplexen und/oder hinsichtlich eines Kühl- effektes optimierten Designs hergestellt werden, wobei das additive Herstellen insbesondere geometrisch komplexe Konstruktionen mit vorteilhaft großer Oberfläche für einen Wärmeübergang ermöglicht. Als additive Fertigungsverfahren im Sinne dieser Anmeldung sollen Verfahren verstanden werden, bei denen das Material, aus dem ein Bauteil hergestellt werden soll, dem Bauteil während der Entstehung hinzugefügt wird. Dabei entsteht das Bauteil bereits in seiner endgültigen Gestalt oder zumindest an- nähernd in dieser Gestalt. Das Bau- oder Ausgangsmaterial ist vorzugsweise pulverförmig, wobei durch das additive Fertigungsverfahren das Material zur Herstellung des Bauteils unter Einbringung von Energie physikalisch verfestigt wird. Um das Bauteil herstellen zu können, werden das Bauteil beschreibende Daten (CAD-Modell) für das gewählte additive Fertigungsverfahren aufbereitet. Die Daten werden zur Erstellung von Anweisungen für die Fertigungsanlage in an das Fertigungsverfahren angepasste Daten des Bauteils umgewandelt, da- mit in der Fertigungsanlage die geeigneten Prozessschritte zur sukzessiven Herstellung des Bauteils ablaufen können. Die Daten werden dafür so aufbereitet, dass die geometrischen Daten für die jeweils herzustellenden Lagen (Slices) des Bau- teils zur Verfügung stehen, was auch als „Slicen" bezeichnet wird .

Als Beispiele für das additive Fertigen können das selektive Lasersintern (auch SLS für Selective Laser Sintering) , das selektive Laserschmelzen (auch SLM für Selective Laser

Melting) , das Elektronenstrahlschmelzen (auch EBM für

Electron Beam Melting) , das Laserpulverauftragsschweißen (auch LMD für Laser Metal Deposition) oder das Kaltgassprit- zen (auch GDCS für Gas Dynamic Cold Spray) genannt werden.

Diese Verfahren eignen sich insbesondere zur Verarbeitung von metallischen Werkstoffen in Form von Pulvern, mit denen

Konstruktionsbauteile hergestellt werden können. Beim SLM, SLS und EBM werden die Bauteile lagenweise in einem Pulverbett hergestellt. Diese Verfahren werden daher auch als pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren bezeichnet. Es wird jeweils eine Lage des Pulvers in dem Pulverbett erzeugt, die durch die Energiequelle (Laser oder Elektronen- strahl) anschließend in denjenigen Bereichen lokal aufgeschmolzen oder gesintert wird, in denen das Bauteil entstehen soll. So wird das Bauteil sukzessive lagenweise erzeugt und kann nach Fertigstellung dem Pulverbett entnommen werden. Beim LMD und GDCS werden die Pulverteilchen direkt der Oberfläche zugeführt, auf der ein Materialauftrag erfolgen soll. Beim LMD werden die Pulverpartikel durch einen Laser direkt in der Auftreffstelle auf der Oberfläche aufgeschmolzen und bilden dabei eine Lage des zu erzeugenden Bauteils. Beim GDCS werden die Pulverpartikel stark beschleunigt, so dass sie vorrangig aufgrund ihrer kinetischen Energie bei gleichzeitiger Verformung auf der Oberfläche des Bauteils haften bleiben . GDCS und SLS haben das Merkmal gemeinsam, dass die Pulverteilchen bei diesen Verfahren nicht vollständig aufgeschmolzen werden. Dies ermöglicht unter anderem auch die Herstellung von porösen Strukturen, wenn Zwischenräume zwischen den Partikeln erhalten bleiben. Beim GDCS erfolgt ein Aufschmelzen höchstens im Randbereich der Pulverpartikel, die aufgrund der starken Verformung an ihrer Oberfläche anschmelzen können. Beim SLS wird bei Wahl der Sintertemperatur darauf ge- achtet, dass diese unterhalb der Schmelztemperatur der Pul- verpartikel liegt. Demgegenüber liegt beim SLM, EBM und LMD der Energieeintrag betragsmäßig bewusst so hoch, dass die Pulverpartikel vollständig aufgeschmolzen werden. Die eingangs genannte Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Brenner- spitze zum Einbau in einen Brenner, wobei die Brennerspitze eine einem Brennraum zugewandte Oberfläche und eine zu der Oberfläche führende und einen Luftkanal definierende Luftkanalstruktur sowie eine zu der Oberfläche führende Brennstoffkanalstruktur aufweist. Die Brennstoffkanalstruktur definiert einen Brennstoffkanal , welcher in einem Oberflächenbereich der Brennerspitze entlang einer erste Richtung parallel zu der Oberfläche verläuft und sich anschließend in dem Oberflächenbereich entlang einer zweiten, von der ersten Richtung verschiedenen, Richtung zumindest teilweise zurück erstreckt oder gebogen oder umgelenkt wird, um den Oberflächenbereich der Brennerspitze durch einen im Betrieb der Brennerspitze durch den Brennstoffkanal strömenden Brennstoff zu kühlen.

Durch die „Rückerstreckung" beziehungsweise den gebogenen Verlauf des Brennstoffkanals , kann - im Betrieb der Brennerspitze, beispielsweise im Einsatz einer Gasturbine - mit Vorteil auf besonders effektive Weise eine Kühlwirkung in dem Oberflächenbereich der Brennerspitze durch den Brennstoff erfolgen. Damit ist man in der Kühlung der Oberfläche oder des Oberflächenbereichs der Brennerspitze nicht mehr auf den Verbrauch von für die Effizienz einer Strömungsmaschine kostbare Kompressorluft angewiesen. Ferner können Zuführungssysteme für diese Kompressorluft eingespart und die entsprechenden Bauteile vorteilhaft vereinfacht werden.

In einer Ausgestaltung verläuft der Brennstoffkanal mit meh- reren Windungen parallel zu der Oberfläche und in dem Oberflächenbereich. Mit anderen Worten wird der Brennstoffkanal vorzugsweise parallel zu der Oberfläche mehrfach umgelenkt oder erstreckt sich entsprechend der Umlenkung. In einer Ausgestaltung verläuft der Brennstoffkanal zumindest teilweise entlang einer Symmetrieachse der Brennerspitze oder einer Hauptströmungsrichtung im Betrieb derselben.

In einer Ausgestaltung erstreckt sich der Brennstoffkanal , ausgehend von seinem Verlauf entlang der ersten Richtung in ein Inneres der Brennerspitze. Gemäß dieser Ausgestaltung kann mit Vorteil auch ein von der Oberfläche beabstandeter Bereich der Oberfläche (Oberflächenbereich) im Betrieb der Brennerspitze gekühlt werden. Dies wiederum wirkt sich vor- teilhaft auf die Lebensdauer des gesamten Konstruktionsbauteils aus.

In einer Ausgestaltung schließt die erste Richtung einen Winkel zwischen 160° und 200°, vorzugsweise 180°, relativ zu der zweiten Richtung ein. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders zweckmäßige Rückführung oder Umlenkung des Brenn- stoffkanals, wie oben beschrieben.

Der Begriff "Oberflächenbereich" beschreibt vorzugsweise ei- nen Strukturbereich der Brennerspitze in der Nähe der genannten Oberfläche.

In einer Ausgestaltung mündet der Brennstoffkanal anschließend, d.h. nach seiner Umlenkung in das Innere der Brenner- spitze, über mindestens eine weitere Richtungsänderung, beispielsweise eine Ablenkung zwischen 70° und 110°, in die Oberfläche. Durch diese Ausgestaltung kann eine effiziente Kühlung im Einsatz der Brennerspitze und gleichzeitig ein vorteilhaftes Design der Brennerspitze realisiert werden, da eine effiziente Kühlung durch den Brennstoff im Einsatz der Brennerspitze und gleichzeitig eine Vorwärmung des entsprechend in den Brennraum einzuspeisenden Brennstoffes ermöglicht wird.

In einer Ausgestaltung weist der Brennstoffkanal nach seinem Verlauf entlang der ersten Richtung, und zweckmäßigerweise vor einer Mündung in die Oberfläche, einen Bereich mit ver- größertem Querschnitt, insbesondere einen Wechselwirkungsoder Sammelraum auf. Gemäß dieser Ausgestaltung kann besonders vorteilhaft ein Wärmeübergang von einem Oberflächenbereich an einen Brennstoff, welcher sich im Betrieb der Brennerspitze in dem Sammelraum befindet oder durch diesen hin- durch strömt, ermöglicht werden. Insbesondere steht durch den vergrößerten Querschnitt ein vergrößertes Volumen zur Wechselwirkung und für den beschriebenen Wärmeübergang zur Verfügung, wodurch effektiv eine Wärmekapazität (zur Aufnahme der im Betrieb der Brennerspitze auf die Oberfläche einwirkenden Wärme) erhöht werden kann.

In einer Ausgestaltung umfasst die Luftkanalstruktur einen zentralen Luftkanal, der zu einer zentralen Austrittsöffnung in der Brennerspitze führt. Insbesondere kann die Luftkanal - struktur den genannten zentralen Luftkanal darstellen oder definieren .

In einer Ausgestaltung weist die Brennerspitze einen Eintrittsbereich auf. In dem Eintrittsbereich verlaufen vorzugs- weise sowohl der Luftkanal als auch der Brennstoffkanal koaxial. Mit anderen Worten sind Luftkanalstruktur und Brennstoffkanalstruktur entsprechend ausgebildet.

In einer Ausgestaltung verläuft der Brennstoffkanal in dem Eintrittsbereich radial außerhalb des Luftkanals. Mit anderen Worten können die Brennstoffkanalstruktur und die Luftkanal - struktur entsprechend ausgebildet sein. In einer Ausgestaltung weist die Brennerspitze einen vorzugsweise entlang einer Symmetrieachse (axial) versetzt angeordneten Austrittsbereich auf. Zweckmäßigerweise umfasst der Austrittsbereich, aus dem also vorzugsweise sowohl eine Luft- als auch eine BrennstoffStrömung austreten kann, die beschriebene Oberfläche oder den Oberflächenbereich.

In einer Ausgestaltung verläuft der Brennstoffkanal in dem Austrittsbereich zumindest teilweise radial innerhalb des Luftkanals.

In einer Ausgestaltung verlaufen der Brennstoffkanal und der Luftkanal verschachtelt, verschränkt oder miteinander verflochten, um den Oberflächenbereich der Brennerspitze vor- teilhafterweise zusätzlich durch eine Luftströmung - und nicht ausschließlich durch eine BrennstoffStrömung - zu kühlen. Vorzugsweise verlaufen Brennstoffkanal und Luftkanal jedoch ohne fluidische Kommunikation untereinander. Alternativ können Luftkanal und Brennstoffkanal zumindest teilweise fluidisch miteinander kommunizieren.

In einer Ausgestaltung ist die Brennerspitze zumindest weitgehend rotationssymmetrisch um die beschriebene Symmetrieachse ausgebildet.

In einer Ausgestaltung verlaufen Luftkanal und/oder Brennstoffkanal zumindest teilweise entlang einer Umfangsrichtung oder Tangentialrichtung der Brennerspitze. In einer Ausgestaltung weist die Brennstoffkanalstruktur, vorzugsweise in dem Austrittbereich, Lamellen auf, welche den Brennstoffkanal - zumindest abschnittsweise - in eine Mehrzahl von Teilkanälen unterteilen. Dadurch kann mit Vorteil ebenfalls eine Kühlwirkung im Betrieb der Brennerspitze durch einen verbesserten Wärmeübergang, optimiert werden. Die genannten Lamellen können - ebenso wie andere Teile der Brennstoffkanalstruktur oder der Brennerspitze - beliebige Formen aufweisen, welche unter Umständen ausschließlich durch additive Fertigungstechnologie realisierbar sind.

In einer Ausgestaltung bildet die Brennstoffkanalstruktur in dem Eintrittsbereich eine Ringkammer.

In einer Ausgestaltung ist die Brennstoffkanalstruktur derart geformt, dass der Brennstoffkanal nach seinem Verlauf entlang der zweiten Richtung und vor seiner Mündung in die Oberfläche durch die Ringkammer verläuft.

In einer Ausgestaltung weist die Brennstoffkanalstruktur in dem Austrittsbereich eine Mehrzahl von Brennstoffkanälen auf, die über die Oberfläche in den Brennraum führen bzw. in die genannte Oberfläche münden. Durch diese Ausgestaltung kann mit Vorteil eine verbesserte und/oder homogenere Kühlung der Oberfläche erreicht werden.

In einer Ausgestaltung verläuft der Luftkanal zumindest teilweise durch den Brennstoffkanal hindurch, oder umgekehrt. Durch diese Ausgestaltung kann ein besonders kompaktes und zweckmäßiges Design der Brennerspitze realisiert werden.

In einer Ausgestaltung weist die Luftkanalstruktur eine Vielzahl von Luftkanälen auf, welche beispielsweise in verschie- denen Austrittswinkeln relativ zu der Oberfläche oder einer Oberflächennormalen in die Oberfläche münden bzw. in den Brennraum führen. Durch diese Ausgestaltung kann besonders vorteilhaft eine effiziente Oberflächen- oder Filmkühlung der Oberfläche erzielt werden.

In einer Ausgestaltung definieren die Luftkanalstruktur und/oder die Brennstoffkanalstruktur Kanalquerschnitte, welche eine von einer runden, insbesondere kreisförmigen Form abweichenden Querschnittsform haben, beispielsweise eine el- liptische oder sternförmige Querschnittsform. Durch diese Ausgestaltung kann mit Vorteil weiterhin ein Wärmeübergang von der Oberfläche auf einen Brennstoff oder auf eine Luftströmung im Betrieb der Brennerspitze durch eine - im Ver- gleich zu einem kreisförmigen Querschnitt - vergrößerte Querschnittsfläche verbessert und/oder optimiert werden.

In einer Ausgestaltung ist die Oberfläche durch eine offenpo- röse Wand oder Wandstruktur der Brennerspitze gebildet, die durch ihre Porosität eine Vielzahl von Luftkanälen definiert. Gemäß dieser Ausgestaltung kann also der Oberflächenbereich beispielsweise besonders homogen von Kühlluft durchströmt werden, um eine effektive Kühlung im Betrieb der Brennerspit- ze zu bewirken.

In einer Ausgestaltung ist die Brennerspitze additiv bzw. durch ein additives Herstellungsverfahren, hergestellt. In einer Ausgestaltung ist die Brennerspitze einstückig oder in einem Stück hergestellt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, beispielsweise eine Gasturbine, umfassend die beschriebene Brennerspitze.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen der Brennerspitze, wobei die Brennerspitze insbesondere additiv und/oder einstückig herge- stellt wird bzw. herstellbar ist.

Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf die Brennerspitze oder die Strömungsmaschine beziehen, können ferner das Verfahren betreffen oder umgekehrt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Bren- ners, in dem ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennerspitze eingebaut ist. Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Brennerspitze in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung.

Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils der Brennerspitze gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung .

Figur 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Brennerspitze in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung .

Figur 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils der Brennerspitze gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung.

Figur 6 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein

Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens .

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert, dargestellt sein .

In Figur 1 ist ein Brenner 11 dargestellt, der einen Mantel

12 aufweist, in dem ein Hauptkanal 13 für Luft ausgebildet ist. Der Mantel 12 ist um eine Längs- und/oder Symmetrieachse 14 symmetrisch aufgebaut und weist im Zentrum des Hauptkanals

13 eine Brennerlanze 15 auf. Die Brennerlanze 15 ist mit Stegen 16 in dem Hauptkanal 13 fixiert. Außerdem erstrecken sich zwischen der Brennerlanze 15 und dem Mantel 12 Leitschaufeln 17, die der Luft einen Drall um die Symmetrieachse 14 aufprägen, wie den angedeuteten Luftpfeilen 18 zu entnehmen ist. Die Brennerlanze 15 weist am stromabwartigen Ende eine Brennerspitze 19 auf, wobei diese über einen zentralen Luftkanal 20 mit Luft und über einen um den Luftkanal 20 herum angeordneten Ringkanal 22 mit einem Brennstoff 23 versorgt wird.

Der Brennstoff 23 kann gasförmig oder flüssig sein. Insbesondere kann es sich bei dem Brennstoff um Erdgas, ein Wasserstoff enthaltendes Gas oder Fluid oder einen anderen Brennstoff handeln.

Die Luft (vgl. Luftstrom bzw. Luftkanal 20) und der Brennstoff 23 wird über nicht näher dargestellte Öffnungen in der Brennerspitze ausgetrieben und so dem Luftstrom aus dem

Hauptkanal 13 zugemischt. Dabei kühlt die Luft 21 üblicher- weise die Brennerspitze 19 (siehe weiter unten) . Der Brenner 11 folgt dem Funktionsprinzip eines Pilotbrenners. Dieser kann beispielsweise in einen Brennraum BR, beispielsweise einer Gasturbine, eingebaut werden, wobei der Brennraum BR in diesem Fall eine Umgebung 30 der Brennerspitze 19 bildet.

Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Brennerspitze 19, wie oben beschrieben. Insbesondere ist ein Schnitt entlang der Symmetrieachse 14 dargestellt. Die Symmetrieachse 14 kann ebenfalls eine Rotationssymmetrie der Brennerspitze 19 bedeuten.

Die Brennerspitze 19 weist einen Eintrittsbereich EB auf. Weiterhin weist die Brennerspitze 19 einen Austrittsberei AB auf. Der Austrittsbereich AB schließt sich entlang der Symmetrieachse 14 an den Eintrittsbereich EB an, bzw. ist axial versetzt zu dem Eintrittsbereich EB angeordnet.

Zu erkennen ist in Figur 2 weiterhin der entlang der Symmetrieachse 14 verlaufende zentrale Luftkanal 20. Der Luftkanal 20 führt zu einer Austrittsöffnung 24 der Brennerspitze 19. In diesem Luftkanal kann im Betrieb eine weitere Brennerlanze untergebracht sein (siehe weiter unten) . Im Betrieb der Brennerspitze 19, beispielsweise im Einsatz in einer Gasturbine, wird die Brennerspitze 19 in dem Luftkanal 20 von Luft, insbesondere Kompressorluft, durchströmt, indem Luft im Eintrittsbereich EB in den Luftkanal 20 eintritt und diesen im Austrittsbereich AB wieder verlässt. Der Luftkanal 20 wird durch eine Luftkanalstruktur 21 definiert.

Ein Luftstrom ist im Betrieb der Brennerspitze 19 in Figur 2 durch die gestrichelten Pfeile in dem Luftkanal 20 angedeutet .

Die Brennerspitze 19 weist weiterhin eine Brennstoffkanal - struktur 32 auf. Die Brennstoffkanalstruktur 32 definiert einen Brennstoffkanal 33. Ein Brennstoffström ist im Betrieb der Brennerspitze 19 in

Figur 2 durch die durchgezogenen Pfeile in dem Brennstoffkanal 33 angedeutet.

Der Brennstoffkanal 33 ist radial außerhalb des Luftkanals 20 angeordnet, sodass - im Betrieb der Brennerspitze 19 - ein

Brennstoff 23 (entlang der Luftströmungsrichtung) radial außerhalb des beschriebenen Luftstroms geführt werden kann.

Die Brennstoffkanalstruktur 32 kann eine Außenwand 28 der Brennerspitze 19 umfassen oder definieren.

Die Luftkanalstruktur 21 kann eine Innenwand 29 der Brennerspitze 19 umfassen oder definieren. Die Brennerspitze 19 bzw. die Luftkanalstruktur 21 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich der Luftkanal 20 von dem Eintrittsbereich EB in den Austrittsbereich AB verjüngt. Nach einem entsprechenden konischen oder verjüngenden Verlauf, definiert die Luftkanalstruktur 21 den Luftkanal 20 wieder parallel zur Symmetrieachse 14.

In den Figuren, insbesondere den Figuren 2 und 4, sind - der Übersichtlichkeit halber - in den zentralen Luftkanal 20 keine weiteren Komponenten eingezeichnet. Im Einsatz der Bren- nerspitze 19, beispielsweise im Betrieb einer entsprechend die Brennerspitze aufweisenden Gasturbine (nicht explizit gekennzeichnet) sind, zweckmäßigerweise weitere Komponenten in diesem zentralen Bereich der Brennerspitze 19 angeordnet, beispielsweise weitere Zünd- und/oder Öllanzen. Die genannten Komponenten sind für die Funktion des Brenners 11 wesentlich und dichten vorzugsweise gleichzeitig den zentralen Luftkanal derart ab, dass sich ein Luftspalt bildet, der im Betrieb der Brennerspitze eine zweckmäßige Kühlwirkung der genannten Kom- ponenten und/oder der Brennerspitze hervorruft.

Es ist weiterhin in Figur 2 zu erkennen, dass sich die Außenwand in dem Austrittsbereich AB ebenfalls verjüngt oder sich zur zentral angeordneten Symmetrieachse 14 erstreckt. Im Aus- trittsbereich AB ist nun die Brennstoffkanalstruktur 32 so ausgebildet, dass sich der Brennstoffkanal 33 zunächst parallel zu einer äußeren Oberfläche OF der Brennerspitze 19 erstreckt oder parallel zu der Oberfläche OF verläuft. Insbesondere verläuft im Betrieb der Brennerspitze 19 ein Brenn- Stoffstrom entlang einer ersten Richtung 1R parallel zu der Oberfläche OF .

Ein Oberflächenbereich, welcher die Oberfläche OF aufweist, ist vorliegend mit dem Bezugszeichen OFB gekennzeichnet. Ins- besondere soll genau dieser Oberflächenbereich OFB, vorzugsweise im Austrittsbereich AB der Brennerspitze 19, durch einen im Betrieb der Brennerspitze 19 durch die Brennstoffkanalstruktur 32 geführten Brennstoff 23, effektiv gekühlt werden .

Nachdem der Brennstoff (vergleiche im Brennstoffkanal 33 eingezeichnete Pfeile) eine gewisse Länge entlang der ersten Richtung parallel zu der Oberfläche OF verläuft, wird der Brennstoffkanal durch die Geometrie der Brennstoffkanalstruk- tur 32 entlang einer zweiten Richtung umgelenkt, sodass er sich zumindest teilweise entgegengesetzt zu der ersten Richtung zurückerstreckt oder umgelenkt wird, um anschließend den Oberflächenbereich OFB der Brennerspitze 19 zu verlassen. Mit anderen Worten kann durch die Umlenkung des Brennstoffka- nals in dem Oberflächenbereich OFB, dieser im Betrieb der Brennerspitze 19 effizient durch einen Brennstoff gekühlt werden, da der Brennstoff zunächst oberflächennah im Inneren des Bauteils geführt wird, dann umgelenkt wird, und später - gegebenenfalls durch sich selbst hindurchgeführt - an einer Mehrzahl von vorgesehenen Brennstoffauslässen (nicht explizit in den Figuren gekennzeichnet) in den Brennraum BR abgegeben werden kann (vergleiche Figur 3 weiter unten) . Demgemäß kann der Verlauf des Brennstoffkanals 33 bzw. die Geometrie der Brennstoffkanalstruktur 32 dem Design einer sogenannten „Kleinchen Flasche" entsprechen oder dieser ähneln. Die erste Richtung kann eine Richtung zumindest teilweise oder anteilig entlang der Symmetrieachse (in Strömungsrichtung) oder entlang einer entsprechenden Hauptströmungsrichtung beschreiben. Die zweite Richtung bezeichnet vorzugsweise eine Richtung, welche verschieden, vorzugsweise genau entge- gengesetzt, zu der ersten Richtung ist. Vorzugsweise wird der Brennstoffkanal 33 derart von der ersten Richtung in die zweite Richtung umgelenkt, dass er sich nach seinem Verlauf parallel zu der ersten Richtung zunächst in ein Inneres der Brennerspitze oder des entsprechenden Oberflächenbereichs OFB erstreckt. Auf diese Weise können auch tiefer liegende Strukturen des Oberflächenbereichs effektiv gekühlt werden.

Die zweite Richtung kann ebenfalls eine Richtung parallel zu der Oberfläche, aber vorzugsweise entgegen einer Hauptströ- mungsrichtung, beschreiben. Die zweite Richtung kann alternativ oder zusätzlich weiterhin um 90° oder einen anderen Winkel geneigt zu der ersten Richtung verlaufen.

Die Brennerspitze 19 kann, bezogen auf seine Symmetrieachse 14, rotationssymmetrisch oder annähernd rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Die zweite Richtung kann demgemäß beispielsweise entlang einer Umfangsrichtung der Brennerspitze 19 verlaufen. Entlang der Umfangsrichtung (nicht explizit gekennzeichnet in den Figuren) kann die Brennerspitze 19 in dem Austrittsbereich AB entsprechend eine Mehrzahl von Brennstoffkanälen 33 aufweisen, die - beispielsweise umfänglich äquidistant angeordnet - über die Oberfläche OF in den Brennraum BR führen (vergleiche Figur 3 unten) . Die Positionen der entsprechend durch die Mündung der Brennstoffkanäle 33 in die Oberfläche OF entstehenden Brennstoffauslässe können einem konventionel - len Design der Brennerspitze entsprechen.

Durch die genannte Umlenkung oder Zurückerstreckung, beispielsweise um einen Winkel zwischen 160 und 220 °C, vorzugsweise um ca. 180°, kann mit Vorteil ein Kühleffekt des Ober- flächenbereichs OFB durch den - im Vergleich zu der üblicherweise zur Kühlung genutzten Kompressorluft - verhältnismäßig kalten Brennstoff, verbessert werden. Mit anderen Worten muss zur Kühlung der Bauteilaußenfläche nicht mehr zwangsläufig verdichtete Luft hergenommen werden, sondern es kann das viel kühlere Brenngas (ca. 50 °C statt 400 °C für konventionell herangezogene verdichtete Kühlluft aus dem Kompressorteil einer Gasturbine (nicht explizit dargestellt) ) direkt unter der Bauteiloberfläche zur Kühlung in dem Oberflächenbereich OFB entlang geführt werden.

Nach der Zurückerstreckung erfährt der Brennstoffkanal 33 vorzugsweise eine weitere Ablenkung, beispielsweise eine Ablenkung zwischen 70 und 110°, so dass dieser anschließend in die Oberfläche OF münden beziehungsweise diese in Richtung Brennraum BR verlassen kann. Mit anderen Worten wird der

Brennstoff durch die Geometrie der Brennstoffkanalstruktur 32 für eine verbesserte Kühlwirkung in dem Oberflächenbereich OFB gehalten oder gesammelt, und kann anschließend wieder unter einem bestimmten Austrittswinkel in den Brennraum BR aus- treten und verbrannt werden.

Vorzugsweise wird die beschriebene Brennerspitze 19 durch ein additives Fertigungsverfahren, vorzugsweise selektives Laser- schmelzen (SLM) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM) hergestellt. Die additive Fertigung ermöglicht es insbesondere Bauteile mit integrierten Funktionen herzustellen. Insbesondere ist es möglich, die beschriebene Brennerspitze 19 mit der beschriebenen Komplexität seiner Kanalstrukturen in einem Stück und ohne konventionell erforderliche Hitzeschilde über additive Mittel herzustellen.

Da die Brennerspitze 19 zur Kühlung nur noch ein einziges Fluid leiten muss, können unter Umständen mit Vorteil weniger Anschlüsse erforderlich sein, wodurch sich Herstellung und Funktion des Bauteils vereinfachen lassen.

In Figur 2 ist weiterhin ein Bereich B eingezeichnet, in wel- ehern der Brennstoffkanal 33 einen vergrößerten Querschnitt aufweist. Durch diese Ausgestaltung kann mit Vorteil ein größeres Volumen von Brennstoff 23 in dem Bereich B „gesammelt" werden, um eine zweckmäßige Kühlwirkung zu bewirken. Figur 3 zeigt ausschnitthaft eine Querschnittsansicht einer Brennerspitze 19, vorzugsweise geschnitten in dem Oberflächenbereich OFB (vergleiche Figur 2) . Die äußeren mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichneten BrennstoffÖffnungen definieren die Form des Brennstoffkanals 33 (vergleiche Figur 2) .

Die in Figur 3 eingezeichneten Pfeile deuten wieder den Verlauf des Brennstoffkanals 33 bzw. des Brennstoffs 23 an. Insbesondere ist - durch die Pfeile angedeutet - eine Mehrzahl von Brennstoffkanälen, insbesondere verteilt über einen Um- fang der Brennerspitze 19, gezeigt, welche vorzugsweise vorgesehen, in den Figuren 2 und 4 jedoch nicht sichtbar sind. Mit anderen Worten ist der Brennstoffkanal 33, vorzugsweise umfänglich, durch eine oder mehrere Lamellen 39 in eine Mehrzahl von einzelnen Teil -Brennstoffkanälen aufgeteilt. Diese Mehrzahl der Brennstoffkanäle bzw. die mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichneten Teilkanäle sind vorzugsweise umfänglich (durch die Lamellen 39) voneinander beabstandet. Die Teilkanäle 34 vereinigen sich - wie in Figur 3 dargestellt - radial nach innen verlaufend vorzugsweise in einen einzigen Brennstoffkanal 33 der Brennerspitze 19. Auf diese Weise kann im Betrieb der Brennerspitze 19 weiterhin mit Vor- teil ein Wärmeübergang von der Struktur der Brennerspitze auf einen durch den Brennstoffkanal 33 geführten Brennstoffström, und damit die Kühlung der Brennerspitze verbessert werden.

Die beschriebene Geometrie der Lamellen ist insbesondere durch konventionelle Herstellungsverfahren nicht realisierbar, und wird deshalb gemäß der beschriebenen Lehre additiv und vorzugsweise einstückig hergestellt, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen. Beispielhaft sind in Figur 3 Brennstoffkanäle 34 bzw. Öffnungen mit rechteckigen Querschnitten gekennzeichnet. Alternativ können jedoch auch andere Querschnittsformen herangezogen werden, beispielsweise elliptische oder sternförmige Querschnitte, um eine verbesserte Kühlwirkung durch eine vergrößerte Oberfläche und demgemäß verbesserten Wärmeaustausch im Betrieb der Brennerspitze 19 zu erreichen.

Die Brennstoffkanalstruktur 32 kann weiterhin insbesondere gemäß einer rotationssymmetrischen Ausgestaltung der Brenner- spitze 19 um seine Symmetrieachse eine (komplex geformte)

Ringkammer bilden. Die Brennstoffkanalstruktur 32 ist weiterhin vorzugsweise derart geformt, dass der Brennstoffkanal 33 nach seinem Verlauf entlang der zweiten Richtung 2R und vor seiner Mündung in die Oberfläche OF in dem Austrittsbereich AB durch die Ringkammer verläuft (vergleiche die den Brennstoff 23 andeutenden Pfeile in Figur 2) .

Insbesondere stellt der Verlauf der Pfeile in Figur 3 gerade die durch die Geometrie der Brennstoffkanalstruktur 32 her- vorgerufene Umlenkung des Brennstoffs im Brennstoffkanal 33 dar, um den Oberflächenbereich OFB der Brennerspitze 19 im Betrieb derselben effektiv kühlen zu können. Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung (Längsschnitt) einer alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Brennerspitze. Im Gegensatz zur Figur 2 verläuft der Brennstoffkanal 33 in dem Austrittsbereich AB zumindest teilweise radial in- nerhalb des Luftkanals 20. Weiterhin verlaufen der Brennstoffkanal 33 und der Luftkanal 20 zumindest teilweise verschachtelt, um den Oberflächenbereich OFB der Brennerspitze 19 zusätzlich durch eine Luftströmung zu kühlen, was eine weiterhin verbesserte Kühlwirkung zur Folge hat.

Die Luftkanalstruktur 21, weist in dem Eintrittsbereich EB Öffnungen 25 in der Seitenwand auf, die den (zentralen) Luftkanal 20 fluidisch mit einem den Luftkanal ringförmig umgebenden Ringraum bzw. einer Mehrzahl von einzelnen Luftkanälen verbinden.

Die genannten einzelnen Luftkanäle 20 schneiden gemäß der Ausgestaltung der Luftkanalstruktur 21 vorzugsweise zumindest teilweise den Verlauf der Brennstoffkanalstruktur 33.

Die genannten Luftkanäle können gemäß der Darstellung der Figur 4 weiterhin in verschiedenen Austrittswinkeln, beispielsweise Austrittswinkel zwischen 60° und 120° relativ zu der Oberfläche OF oder einer entsprechenden Oberflächennormalen in den Brennraum BR führen. Die genannten Austrittswinkel der

Brennstoffkanäle 33 können beispielsweise entlang der Symmetrieachse der Brennerspitze 19 variieren. Mit kleiner werdenden Austrittswinkeln (beispielweise kleiner als 90°) kann eine Filmkühlung an der Oberfläche OF der brennerspitze 19 stärker oder schwächer ausgebildet werden.

Weiterhin können die Luftkanalstruktur 21 und die Brennstoffkanalstruktur 32 Kanalquerschnitte definieren, welche eine von einer runden, insbesondere kreisförmigen Form abweichende Querschnittsform haben. Insbesondere können die genannten Kanalstrukturen sternförmig und/oder elliptisch sein. All diese Geometrieen sind mit dem beschriebenen additiven Fertigungsverfahren auf einfache Weise herstellbar und erlauben somit die Nutzung der erfinderischen Vorteile der vorliegenden Erfindung .

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Oberfläche OF durch eine offenporöse Wandstruktur (nicht explizit gekennzeichnet) gebildet sein, die eine Vielzahl von Luftkanälen 20 definiert. Diese Geometrie kann ebenfalls vorteilhafterweise durch additive Fertigungstechnologie realisiert werden und zu einer verbesserten Kühlung der Brennerspitze im Betrieb bei- tragen.

Figur 5 zeigt - analog zur Darstellung der Figur 3 - eine Querschnittsansicht der Brennerspitze (senkrecht zu der Symmetrieachse geschnitten) gemäß der in Figur 4 beschriebenen Ausgestaltung der Brennerspitze. Im Unterschied zur Darstellung der Figur 3 ist in Figur 5 zu erkennen, dass zusätzliche kreisförmige Luftöffnungen 35 vorgesehen sind, welche die Kühlwirkung für die Brennerspitze 19 durch eine Luftkühlung (zusätzlich zu der Brennstoffkühlung) bewirken (vgl. Figur 4) . Die gestrichelten Pfeile entspringen den Öffnungen 35 und sollen eine Luftströmung andeuten, während die durchgezogenen Pfeile - analog zur Darstellung der Figur 3 - die Umlenkung der BrennstoffStrömung gemäß der vorliegenden Erfindung andeuten .

In Figur 6 ist ausschnitthaft dargestellt, wie ein Bauteil 19 gemäß Figur 2 oder Figur 4 durch Laserschmelzen mit einem Laserstrahl 37 hergestellt werden kann. Dargestellt ist der Ausschnitt eines Pulverbetts 36, in dem ein Teil der Luftka- nalstruktur 21 und/oder der Brennstoffkanalstruktur 32 hergestellt wird. Die Brennstoffkanalstruktur 32 ist beispielsweise analog zur Darstellung der Figur 2 ausgeführt und weist unter anderem vorzugsweise die oben beschriebenen Lamellen (in Figur 6 nicht eingezeichnet) auf und definiert ebenso die erfinderische Umlenkung des Brennstoffkanals .

Nach der Herstellung der fertiggestellten Struktur muss das Pulver 36 aus den entsprechenden Hohlräumen, die das Luftka- nal- bzw. das Brennstoffkanal -System bzw. die entsprechenden Kanalstrukturen bilden, entfernt werden. Dies kann beispielsweise durch Absaugen, Rütteln oder Ausblasen erfolgen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombi - nation selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.