Die Erfindung betrifft ein Bauteil, das dazu ausgelegt ist, ein Hitzeschildelement relativ zu einer Tragstruktur einer Brennkammer zu positionieren, insbesondere in Form eines Steinhalters oder eines Federelementes.

Die Brennkammern von Gasturbinen sind aufgrund der während des Betriebs vorherrschenden hohen Temperaturen mit einem Hitzeschild versehen, das die Gehäusewandung der Brennkammer vor der heißen Atmosphäre im Brennraum der Brennkammer schützt. Hitzeschilde, die Heißgasen mit Temperaturen von beispielsweise etwa 1000°C bis etwa 1600°C widerstehen kön nen, sind beispielsweise aus der EP 2 762 782 Al bekannt. Derartige Hitzeschilde sind aus vielen einzelnen flächigen Hitzeschildelementen, sogenannten Hitzeschildsteinen, zusam mengesetzt. Je nachdem, ob metallische oder keramische Hitze schildelemente verwendet werden, spricht man von einem metal lischen Hitzeschild, dem sogenannten „Metallic Heat Shield" MHS, oder einem keramischen Hitzeschild, dem sogenannten „Ceramic Heat Shield" CHS. Die Hitzeschildelemente sind unter Freilassung von Spalten zwischen den Stirnwänden benachbarter Hitzeschildelemente nebeneinanderliegend positioniert. Diese Spalte stellen sicher, dass sich die Hitzeschildelemente wäh rend des Betriebs der Brennkammer nicht nur in Richtung des Brennraums und in Richtung der Tragstruktur, sondern auch in Umfangsrichtung des Hitzeschilds thermisch ausdehnen können. Zur Fixierung eines Hitzeschildelementes an der Tragstruktur werden aus Metall hergestellte, auch als Steinhalter bezeich- nete Bauteile eingesetzt. Diese umfassen häufig eine C-för- mige Grundform mit zwei C-Schenkeln, nämlich einen zur Befes tigung an der Tragstruktur ausgebildeten langen Befestigungs schenkel und einen zum Eingriff in eine stirnseitige Halte ausnehmung des Hitzeschildelements ausgebildeten kurzen Ein griffsschenkel , die über einen Steg miteinander verbundenen sind. Zur Positionierung eines Hitzeschildelementes an der Tragstruktur werden ferner metallische Federelemente verwen- det, die zwischen der Tragstruktur und den Hitzeschildelemen ten angeordnet werden, um die Hitzeschildelemente unter Vor spannung in einer gewünschten Position zu halten, wodurch eine Dämpfung zum Schutz der Hitzeschildelemente erzielt wird .

Das Hauptziel bei der Weiterentwicklung moderner stationärer Gasturbinen besteht in der Steigerung der Wandlungseffizienz, die zum einen von der Heißgastemperatur und zum anderen von dem zur Kühlung der metallischen Gasturbinenkomponenten benö tigten Kühlluftvolumenstrom abhängt. Je höher die Heißgastem peratur ist, desto effizienter arbeitet die Gasturbine. Je höher jedoch der Kühlluftvolumenstrom zum Schutz der metalli schen Komponenten ist, desto geringer ist die Effizienz.

Insbesondere bedürfen die zuvor genannten Steinhalter und Fe derelemente einer ausreichenden Kühlung, um ihre Funktion bei den vorherrschenden hohen Temperaturen dauerhaft gewährleis ten zu können. Der für diese Kühlung erforderliche Kühlluft volumenstrom muss von dem vom Kompressor zur Verfügung ge stellten Hauptkühlluftvolumenstrom abgezweigt werden und steht entsprechend nicht für den Verbrennungsprozess und da mit nicht zur Leistungsgenerierung der Gasturbine zur Verfü gung .

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Wandlungseffizienz von Gas turbinen zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Bauteil der eingangs genannten Art, das dazu ausgelegt ist, ein Hitzeschildelement relativ zu einer Tragstruktur einer Brennkammer zu positionieren, insbesondere in Form eines Steinhalters oder eines Federelementes, das erfindungs gemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass das Bauteil aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Mit ande ren Worten schlägt die Erfindung vor, metallische Werkstoffe für insbesondere Steinhalter und Federelemente, die in der Brennkammer einer Gasturbine zum Einsatz kommen, durch kera mische Faserverbundwerkstoffe zu ersetzen, die auch als CMC- Werkstoffe (Ceramic Matrix Composites) bezeichnet werden. Derartige keramische Faserverbundwerkstoffe können verglichen mit metallischen Werkstoffen adäquate Halte- und Federwirkun gen erzeugen, jedoch bei deutlich höheren Temperaturen einge setzt werden. Entsprechend kann ein erheblicher Anteil des zur ordnungsgemäßen Kühlung dieser Bauteile erforderlichen Kühlluftvolumenstroms eingespart werden, was unmittelbar zu einer Effizienzsteigerung der Gasturbine führt.

Die Matrix des keramischen Faserverbundwerkstoffes weist be vorzugt ein siliziumhaltiges Material aufweist, insbesondere Siliziumkarbid und/oder Siliziumnitrid.

Ferner weist die Matrix bevorzugt HfC, ZrC, TiC, TiB2, ZrB2 und/oder HfB2 auf.

Die Fasern des keramischen Faserverbundwerkstoffes weisen vorteilhaft Kohlenstofffasern und/oder Siliziumkarbidfasern auf oder bestehen aus solchen.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beträgt der Anteil an Fasern 40 bis 50 Volumenprozent.

Vorteilhaft weist das Bauteil mehrere Faserlagen auf.

Die Faserlagen können aus undirektional ausgerichteten Fasern oder aus einer zwei- oder dreidimensionalen Faserstruktur ge bildet sein.

Gemäß einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung han delt es sich bei dem Bauteil um einen Steinhalter zum Befes tigen des Hitzeschildelementes an der Tragstruktur.

Vorteilhaft weist der Steinhalter im Querschnitt betrachtet eine C-förmige Grundform mit einem längeren C-Schenkel zur Befestigung an der Tragstruktur und einem kürzeren C-Schenkel zum Eingriff in eine Halteausnehmung des Hitzeschildelements auf, die über einen Steg miteinander verbundenen sind.

Der Steinhalter weist bevorzugt Faserlagen aufweist oder be steht aus solchen, die im Wesentlichen senkrecht zur C-förmi- gen Grundform gestapelt sind. Auf diese Weise wird eine be sonders gute Festigkeit erzielt.

Gemäß einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung han delt es sich bei dem Bauteil um Federelement, das dazu ausge legt ist, zwischen der Tragstruktur und dem Hitzeschildele ment angeordnet zu werden und das Hitzeschildelement in Rich tung des Brennkammerinnenraums vorzuspannen.

Das Federelement weist vorteilhaft eine gleichmäßige Bauteil stärke auf und ist im Querschnitt betrachtet im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet, insbesondere als halbe Sinuswelle.

Das Federelement weist bevorzugt Faserlagen auf oder aus sol chen, die im Wesentlichen in Richtung der Bauteilstärke ge stapelt sind. Auf diese Weise wird eine besonders gute Feder wirkung erzielt.

Ferner schlägt die vorliegende Erfindung vor, ein aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestelltes Bauteil der zuvor beschriebenen Art als Steinhalter und/oder als Feder element zur Positionierung eines Hitzeschildelementes relativ zu einer Tragstruktur einer Brennkammer zu verwenden, insbe sondere einer Brennkammer einer stationären Gasturbine.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erfin dungsgemäßer Bauteile unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

Figur 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines

Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Figur 2 eine perspektivische schematische Darstellung des in Figur 1 dargestellten Bauteils im montierten Zu stand;

Figur 3 eine perspektivische schematische Darstellung eines

Bauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

Figur 4 eine perspektivische schematische Darstellung des in Figur 3 dargestellten Bauteils im montierten Zu stand .

Gleiche Bezugsziffern beziehen sich nachfolgend auf gleiche oder gleichartige Komponenten.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Bauteil 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem es sich um einen so genannten Steinhalter handelt. Dieser dient dazu, ein Hitzeschildelement 2 an einer Tragstruktur 3 einer Brenn kammer einer stationären Gasturbine zu befestigen, das in be kannter Weise einen Teil eines die Gehäusewandung der Brenn kammer vor der Heißgasatmosphäre schützenden Hitzeschilds bildet. Das Bauteil 1 hat im Querschnitt betrachtet eine C- förmige Grundform mit einem längeren C-Schenkel 4 zur Befes tigung an der Tragstruktur 3 und einem kürzeren C-Schenkel 5 zum Eingriff in eine Halteausnehmung 6 des Hitzeschildelemen tes 2, die über einen Steg 7 miteinander verbunden sind. Das Bauteil 1 ist mehrlagig aus einem keramischen Faserverbund werkstoff hergestellt, wobei die Faserlagen 8 im Wesentlichen senkrecht zur C-förmigen Grundform in Richtung des Pfeils 9 gestapelt sind. Die Matrix des keramischen Verbundwerkstoffes weist vorliegend ein siliziumhaltiges Material auf, bei dem es sich insbesondere um Siliziumcarbid und/oder um Silizium nitrit handelt. Ferner weist die Matrix HfC, ZrC, TiC, TiB2, ZrB2 und/oder HfB2 auf. Die Fasern des keramischen Faserver bundwerkstoffes weisen vorteilhaft Kohlenstofffasern und/oder Siliziumkarbidfasern auf oder bestehen aus solchen, wobei der Anteil an Fasern vorliegend 40 bis 50 Vol.-% beträgt. Die Faserstruktur ist bevorzugt zwei- oder dreidimensional, was einer hohen Festigkeit zuträglich ist.

Im eingebauten Zustand wird, wie es in Figur 2 dargestellt ist, der längere C-Schenkel 4 des Bauteils 1 an der Trag struktur 3 einer Brennkammer einer stationären Gasturbine be festigt, beispielsweise mittels Schrauben oder dergleichen. Hierzu kann der längere C-Schenkel 4, auch wenn dies vorlie gend nicht dargestellt ist, mit einer oder mit mehreren ge eigneten Durchbrechungen zum Hindurchführen des oder der Be festigungselemente versehen sein. Der kürzere C-Schenkel 5 greift in eine Halteausnehmung 6 des keramischen Hitzeschild elementes 2 ein. Entsprechend kann das Hitzeschildelement 2 durch mehrere Bauteile 1 der in Figur 1 gezeigten Art an der Tragstruktur 3 befestigt werden.

Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Bauteil 1, das als Federele ment ausgebildet ist. Das Bauteil 1 weist in Draufsicht be trachtet eine rechteckige Form auf und hat eine gleichmäßige Bauteilstärke s. Im Querschnitt betrachtet ist es vorliegend im Wesentlichen wellenförmig nach Art einer halben Sinuswelle gebogen. Das Bauteil 1 ist mehrlagig aus keramischen Faser verbundwerkstoffen hergestellt, wobei die Faserlagen 8 im Wesentlichen in Richtung der Bauteilstärke s in Richtung des Pfeils 10 gestapelt sind. Das Material der Matrix sowie das der Fasern kann analog zu dem in den Figuren 1 und 2 darge stellten Bauteil gewählt sein, ebenso wie der Anteil an Faser in Vol.-%. Die Ausrichtung der Fasern ist vorteilhaft un- direktional der Wellenform folgend, wodurch eine gute Elas tizität gewährleistet wird.

Figur 4 zeigt das in Figur 3 dargestellte Bauteil 1 im mon tierten Zustand, in dem es sich einerseits gegen die Trag struktur 3 und andererseits gegen das Hitzeschildelement 2 derart abstützt, dass das Bauteil 1 das Hitzeschildelement 2 in Richtung des Brennkammerinnenraums vorspannt, was durch den Pfeil 11 angedeutet ist. Auf diese Weise wirkt das Bau teil 1 dämpfend auf das Hitzeschildelement 2.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .