Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Triebwerkstechnologie. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung die Herstellung von Triebwerksbauteilen mit einer für eine Reibschweißfertigung geeigneten Ausgestaltung. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Herstellungsverfahren für eine Triebwerkskomponente mit reduzierten Schwingungseigenschaften. Speziell im Niederdruckbereich bzw. bei Niederdruckturbinen und im Gegensatz zu Mitteldruckturbinen, Hochdruckturbinen oder Kompressor- Modulen finden Laufschaufeln, montiert auf einem Kranz, Anwendung, welche im Vergleich zu Laufschaufeln im Mittel- bzw. Hochdruckbereich einer Turbine vergleichsweise lange Dimensionen, zumindest in einer Erstreckungsrichtung, aufweisen. Diese vergleichsweise langen Laufschaufeln, welche vor allem auf hinteren Stufen in einer Turbine eingesetzt werden, haben meist gleichzeitig vergleichsweise schmale Ausgestaltungen und werden in einem relativ niedrigen Drehzahlbereich bzw. relativ niedrigem Temperaturbereich in einer Turbine eingesetzt.

Zur Gewichtsreduktion werden integrale Schaufel-Scheibe-Verbindungen bzw. Schaufel-Kranz-Verbindungen, sogenannte Blisks bzw. Blings, verwendet, insbesondere im Bereich des Nieder- bzw. Mitteldruck- Kompressors. Ein herkömmliches Herstellungsverfahren von solchen Blisks bzw. Blings besteht in der spanenden Fertigung aus dem vollen

Material. Hierdurch entsteht ein hoher Material- und Zeitaufwand, weiterhin können derart hergestellte Blisks nur aufwendig repariert werden.

Eine weitere Möglichkeit der Herstellung von Laufschaufeln besteht in einem Reibschweißprozess von Schaufel und Scheibe bzw. Kranz, was zu einer Reduktion von Material und Zeitaufwand im Vergleich zur spanenden Herstellung führt und gleichzeitig die Reparierbarkeit verbessert. Allerdings wird das Reibschweißen im Turbinenbereich lediglich zum Fügen von vergleichsweise kurzen Laufschaufeln im Hochdruckbereich angewendet, aufgrund der hier auftretenden weniger komplexen Geometrie im Vergleich zu Laufschaufeln im Niederdruckbereich. Derartig kurze Laufschaufeln weisen ein unkritisches Schwingungsverhalten auf und benötigen somit im Weiteren keine Verzahnung bzw. Verbindung zwischen benachbarten Schaufeln, beispielsweise Spannbänder wie sogenannten Snubber, Interlocking Shrouds oder Z-Shrouds, welche herkömmlich eine reibschweißende Verbindungsherstellung verunmöglichen aufgrund komplexer geometrischer Struktur oder einfach aufgrund der Tatsache, dass lange Laufschaufeln mit Spannbändern bereits verbunden wären und sich somit überhaupt nicht einzeln unter Verwendung eines Reibschweißprozesses an der Scheibe anbringen lassen würden. Der für das Reibschweißen nötige Raum in der Umgebung der Laufschaufel in Axial- und Umfangsrichtung verunmöglicht die Nutzung bekannter Spannbandkonzepte bei der Herstellung von Laufschaufeln im Niederdruckbereich mit ihrer vergleichsweise großen Dimension. Vielmehr würde es im Falle des Versuchs des Reibschweißens zu einer unerlaubten Überschneidung von benachbarten Spannbandsegmenten kommen, wodurch sich herkömmliche Lösungen zur Reduktion von Schwingungen von langen Laufschaufeln, wie das Vorsehen von zuvor genannten Spannbändern, mit bekannten Reibschweißvorgängen nicht realisieren lassen.

Somit mag ein Bedarf gegeben sein, relativ lange Laufschaufeln zur Reduktion von Schwingungen in geeigneter Weise miteinander zu verbinden, wobei die Verbindung ein Befestigungsverfahren mittels Reibschweißen ermöglicht.

Diesem Bedarf mag mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und werden in der weiteren Beschreibung näher erläutert.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Turbomaschine, insbesondere für ein Flugzeugtriebwerk, bereitgestellt, wobei die Turbomaschine ein Bauteil aufweist, hergestellt durch die Schritte Bereitstellen zumindest einer ersten Komponente mit einem ersten Verbindungselement, Bereitstellen zumindest einer zweiten Komponente mit einem zweiten Verbindungselement, Bereitstellen eines Sockelelementes, Befestigen von zumindest einer der zumindest einen ersten Komponente auf dem Sockelelement, Befestigen einer der zumindest einen zweiten Komponente auf dem Sockelelement, wobei die eine zweite Komponente neben der einen ersten Komponente oder zwischen zwei ersten Komponenten angeordnet befestigt wird, und wobei Verbindungselemente der ersten Komponente und der zweiten Komponente in einem Betriebszustand der Turbomaschine kraftschlüssig und/oder formschlüssig in Verbindung stehen. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für eine Turbomaschine, insbesondere für ein Flugzeugtriebwerk bereitgestellt, aufweisend die Schritte Bereitstellen zumindest einer ersten Komponente mit einem ersten Verbindungselement, Bereitstellen zumindest einer zweiten Komponente mit einem zweiten Verbindungselement, Bereitstellen eines

Sockelelementes, Befestigen von zumindest einer der zumindest einen ersten Komponente auf dem Sockelelement, Befestigen einer der zumindest einen zweiten Komponente auf dem Sockelelement, wobei die eine zweite Komponente benachbart der einen ersten Komponente oder zwischen zwei ersten Komponenten angeordnet befestigt wird, und wobei

Verbindungselemente der ersten Komponente und der zweiten Komponente nach Befestigung der zumindest einen ersten Komponente und der zweiten Komponente kraftschlüssig und/oder formschlüssig in Verbindung stehen.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Bauteil für ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug bereitgestellt, aufweisend eine erste Komponente mit einem ersten Verbindungselement, eine zweite Komponente mit einem zweiten Verbindungselement, und ein Sockelelement, wobei die erste Komponente und die zweite Komponente auf dem Sockelelement benachbart befestigt sind, wobei Verbindungselemente der ersten Komponente und der zweiten Komponente kraftschlüssig und/oder formschlüssig in Verbindung stehen oder wobei Verbindungselemente der ersten Komponente und der zweiten Komponente in einem Betriebszustand der Turbomaschine kraftschlüssig und/oder formschlüssig in Verbindung stehen.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug bereitgestellt, aufweisend zumindest ein Bauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, hergestellt gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens der vorliegenden Offenbarung.

Ideen und Konzepte der vorliegenden Offenbarung mögen als auf folgenden Beobachtungen und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.

Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Betriebsverfahren und ein Herstellungsverfahren für Laufschaufeln für Niederdruck- Kompressorbereiche in Turbinen bereitgestellt, wodurch sich auch komplexe geometrisch ausgestaltete Laufschaufeln unter Verwendung eines Reibschweißprozesses auf einer Scheibe befestigen lassen und dabei dennoch insbesondere im Betrieb ein bevorzugtes Schwingungsverhalten aufweisen. Auf das Schwingungsverhalten Einfluss genommen wird durch die Verwendung von Verbindungselementen, welche im Wesentlichen in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Laufschaufeln angeordnet sind und diese zumindest im Betrieb geeignet verbinden bzw. mittels der Verbindungselemente in Kontakt stehen, um damit Einfluss auf das Schwingungsverhalten der Laufschaufeln nehmen zu können.

Herkömmlich wurden diese Verbindungen bzw. Kontakte integral ausgebildet und somit eine integrale Verbindung zwischen zwei Laufschaufeln, insbesondere bei spanendem Herstellungsverfahren aus dem Vollmaterial, hergestellt. In anderen Worten wurde herkömmlich das Verbindungselement zwischen zwei Laufschaufeln bzw. Komponenten bereits bei der Herstellung der einzelnen Laufschaufeln aus dem Vollen realisiert. Offenbarungsgemäß weisen die einzelnen Komponenten bzw. Laufschaufeln eines komplexen Bauteils Verbindungselemente in radialer Umfangsrichtung auf, welche zumindest im Betrieb miteinander kraftschlüssig, insbesondere formschlüssig, in Kontakt stehen. Durch geeignete geometrische Ausgestaltung der Verbindungsoberflächen zwischen den benachbarten Verbindungselementen, im Weiteren auch als

Kontaktpunkte bzw. Kontaktflächen bezeichnet, ist eine kraftschlüssige, somit beispielsweise auf Druck belastbare Verbindung realisierbar, oder aber auch durch eine geeignet komplexe geometrische Ausgestaltung eine formschlüssige Verbindung möglich.

Offenbarungsgemäße Komponenten bzw. Laufschaufeln weisen im Vergleich zu weiteren Laufschaufeln bzw. Komponenten in einem Kompressor eine vergleichsweise große geometrische Länge in einer Längserstreckungsrichtung auf. Die Längserstreckungsrichtung bezieht sich hierbei auf die radiale Richtung ausgehend von der Scheibe bzw. einem Sockelelement, somit dem inneren Befestigungspunkt einer Komponente bzw. Laufschaufel bis zu ihrer radial außen liegenden Position, somit der Länge der Laufschaufel in radialer Erstreckungsrichtung. Die Verbindungselemente benachbarter Laufschaufeln weisen dabei im Wesentlichen korrespondierende radiale Positionen auf. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Verbindungselemente nach Befestigung der einzelnen Komponenten bzw. zumindest zwei benachbarter Komponenten auf vergleichbarer radialer Position angeordnet sind und somit miteinander in Kontakt treten können, beispielsweise aneinander anstehen oder auf den benachbarten Oberflächen der Verbindungselemente aufliegen und hierdurch den Kontakt zwischen den Verbindungselementen hersteilen.

Durch eine geeignete, insbesondere komplementäre Oberflächengeometrie, beispielsweise eine Zickzack- bzw. Z-Form der Oberflächen, ineinandergreifende Elemente von benachbarten Verbindungselementen zweier Laufschaufeln und/oder eine Anschrägung der Kontaktflächen ist eine formschlüssige Verbindung realisierbar.

Bauteile gemäß der vorliegenden Offenbarung mögen Verbindungselemente an extremen radialen Positionen oder aber alternativ bzw. ergänzend an zwischenliegenden radialen Positionen der Längserstreckungsrichtung der einzelnen Komponenten aufweisen. Im Rahmen des Reibschweißvorganges mögen einzelne Komponenten auf einem Sockelelement bzw. einer Scheibe angebracht werden, welche Reibschweißverbindung einen ersten Anbindungs- bzw. Befestigungspunkt der Komponente darstellt. Um ein Schwingungsverhalten einzelner Komponenten bzw. des gesamten Bauteils positiv zu beeinflussen, mögen benachbarte Komponenten an weiteren Kontaktpunkten bzw. weiteren Kontaktflächen miteinander in Verbindung stehen. Diese Verbindung mag dabei eine kraftschlüssige oder auch formschlüssige Verbindung bereitstellen. Hierzu weist eine Komponente zumindest ein, bevorzugt zwei oder ein Vielfaches von zwei Verbindungselementen auf, mit denen eine

Komponente mit benachbarten Komponenten in besagtem Kontakt steht. Eine bevorzugte Ausführungsform eines solchen Verbindungselementes ist beispielsweise das Vorsehen eines Deckbandes auf einer außen liegenden radialen Position. Jede Komponente mag hierbei ein Teilstück des Deckbandes aufweisen, welches derart eingerichtet und dimensioniert ist, mit den entsprechenden Teildeckbändern benachbarter Komponenten in Kontakt zu treten. Im Falle eines vollständig umfangsmäßig aufgebauten Bauteils für eine Turbomaschine mögen sich die einzelnen Teildeckbänder der einzelnen Komponenten zumindest im Betrieb der Turbomaschine zu einem Gesamtdeckband aneinanderfügen und somit ein im Wesentlichen umfangsmäßig geschlossenes Deckband ausbilden, durch aufeinander aufliegende, insbesondere mit Kontaktflächen im Kontaktpunkt aufliegende Teildeckbänder realisiert werden.

Alternativ oder ergänzend zu einem Deckband als Verbindungselement mögen Komponenten gemäß der vorliegenden Offenbarung an weiteren geeigneten radialen Positionen weitere Verbindungselemente aufweisen. Die Verbindungselemente können dabei derart ausgestaltet sein, mit komplementär ausgebildeten Verbindungselementen benachbarter Komponenten oder aber unmittelbar mit der Oberfläche einer benachbarten Komponente in Kontakt zu treten.

In anderen Worten ausgedrückt kann sich der kraftschlüssige bzw. formschlüssige Kontakt zwischen zwei Komponenten mittels der Verbindungselemente erst in einem Betriebszustand des Bauteils, somit beim Betrieb des Triebwerkes, einstellen. Dies mag sich beispielsweise durch geeignet dimensionierte bzw. aufgebaute Komponenten mittels Fliehkraftausdehnung bzw. thermischer Expansion realisieren lassen.

Alternativ mögen die Kontaktflächen derart ausgestaltet sein, so dass benachbarte Kontaktflächen nach Abschluss der Montage auf dem

Sockelelement in Kontakt stehen und die formschlüssige bzw. kraftschlüssige Verbindung ausbilden. Hierbei mag beispielsweise der Effekt des sogenannten Shortenings ausgenutzt werden, nämlich die radiale Verkürzung einer Komponente beim Reibschweißprozess, so dass vor Durchführung eines Reibschweißprozesses noch nicht in Kontakt stehende Verbindungselemente nach Abschluss des Reibschweißprozesses aneinander anstehen bzw. aufliegen.

Weiterhin denkbar ist, dass eine Komponente, wie zuvor dargelegt, mehrere Verbindungselemente aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten der Komponente ausgebildet sind. Durch die Anforderung, Verbindungselemente zu benachbarten Komponenten auszurichten, erstrecken sich diese Verbindungselemente somit im Wesentlichen in Umfangsrichtung. Denkbar sind somit zwei, drei, vier oder fünf und mehr Verbindungselemente je Komponente, die an gleichen oder unterschiedlichen radialen Positionen der gegenüberliegenden Seiten der Komponente angeordnet sein mögen. Hierdurch mögen nicht alle benachbarten Komponenten bzw. Laufschaufeln Verbindungselemente mit im Wesentlichen gleichen radialen Positionen aufweisen. Vielmehr können die Verbindungselemente zum Beispiel abwechselnd alternierend oder generell unterschiedliche radiale Positionen aufweisen. Hierdurch lässt sich das Gesamtschwingungsverhalten bzw. lassen sich die Einzelschwingungsverhalten mehrerer Komponenten gegenüber einer Ausgestaltung mit im Wesentlichen gleichen radialen Positionen der Verbindungselemente verbessern und dadurch eine Minimierung bzw. Optimierung des Schwingungsverhaltens realisieren. Benachbarte und damit komplementär ausgestaltete Verbindungselemente auf benachbarten Komponenten mögen jedoch insbesondere die gleiche radiale Position aufweisen.

Hierdurch lassen sich auch benachbarte Komponenten mit zwei oder mehr Verbindungselementen verbinden. Benachbarte Komponenten mögen sich somit nicht nur an Kontaktpunkten bzw. einer Kontaktfläche, sondern an mehreren Kontaktpunkten berühren und hierdurch Kräfte übertragen. Bei der Verwendung von mehreren Verbindungselementen zwischen zwei benachbarten Komponenten mögen die Verbindungselemente in gleicher oder unterschiedlicher Art in Kontakt stehen, in anderen Worten mögen kraftschlüssig und/oder formschlüssig in Kontakt stehen. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Kontaktarten, somit der Angriffspunkte bzw. Angriffsarten oder Verbindungsarten von Verbindungselementen benachbarter Komponenten, mag eine weitere Optimierung des Schwingungsverhaltens des Bauteils möglich sein.

Zur weiteren Reduzierung und Optimierung des Schwingungsverhaltens ist auch eine Mischung der zu verschiedenen Zeitpunkten auftretenden kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindungen denkbar. In anderen Worten mögen zwischen benachbarten Komponenten mehrere Verbindungen ausbildbar sein, wobei zumindest eine erste Verbindung nach Montage auftritt, sowie zumindest eine zweite Verbindung erst im Betrieb realisiert wird.

Die radiale Position eines Verbindungselementes mag dabei insbesondere unter Berücksichtigung des Schwingungsverhaltens des Bauteils, insbesondere zur Reduzierung der Schwingungsneigung der einzelnen Komponenten, ausgewählt bzw. bestimmt werden. Somit lässt sich durch eine geeignete Auswahl der radialen Positionen von Verbindungselementen eine Verstimmung eines dynamischen Gesamtsystems erzielen, so dass eine Reduzierung bzw. Optimierung des Schwingungsverhaltens des Bauteils realisierbar ist. Durch eine solche gezielte Beeinflussung des Schwingungsverhaltens einzelner Laufschaufeln mag die Schwingungsneigung eines komplexen Bauteils für eine Turbomaschine positiv beeinflusst werden, so dass auch Laufschaufeln mit größeren als herkömmlich für einen Reibschweißprozess geeigneten Dimensionen für die Fertigung eines Bauteils mittels Reibschweißverfahren verwendet werden mögen.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mögen erste Verbindungselemente und zweite Verbindungselemente zueinander gerichtete Kontaktflächen aufweisen, wobei die Kontaktflächen von ersten Verbindungselementen und zweiten Verbindungselementen im

Wesentlichen komplementär ausgebildet sind, insbesondere zur

Realisierung einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung im Betrieb.

Eine komplementäre Ausgestaltung von Kontaktflächen ermöglicht dabei eine bevorzugte Kraftübertragung zwischen benachbarten Komponenten zumindest im Betrieb. Die Kontaktflächen mögen dabei auch geeignet unstetig ausgestaltet sein, zum Beispiel Einbuchtungen und komplementäre Formen aufweisen, die miteinander in Eingriff gebracht werden und dadurch eine kraftschlüssige bzw. formschlüssige Verbindung ausbilden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mögen die Kontaktflächen in einem Nicht-Betriebszustand der

Turbomaschine beabstandet angeordnet sein.

Die Kontaktflächen mögen in einem Nicht-Betriebszustand geringfügig beabstandet angeordnet sein, somit einen sogenannten Kaltspalt aufweisen, und damit (noch) nicht kraftschlüssig bzw. formschlüssig in Verbindung stehen. In einem Betriebszustand wiederum, also beim Betrieb der Turbomaschine, mag der Spalt zwischen den Kontaktflächen zu null reduziert werden, und dadurch die kraftschlüssige bzw. formschlüssige Verbindung realisieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mag die Mehrzahl der ersten und zweiten Komponenten mittels der Verbindungselemente zumindest im Betrieb einen in Umfangsrichtung geschlossenen Kraftschluss und/oder Formschluss ausbilden, separat von

Befestigungspunkten der Komponenten auf dem Sockelelement. Der Begriff„Separat“ mag in diesem Zusammenhang als die Ausbildung eines weiteren, alternativen Kraftschlusses bzw. Formschlusses zur Befestigung der Komponenten auf dem Sockelelement verstanden werden.

In anderen Worten mag somit die Gesamtheit der Verbindungselemente der auf einem Sockelelement bzw. Ring angebrachten Komponenten beispielsweise ein in sich geschlossenes Deckband ergeben, und hierdurch den Kraftschluss bzw. Formschluss realisieren. Beispielsweise wird dies erzielt durch das Auffüllen von Lücken zwischen Verbindungselementen erster Komponenten mit den geeignet ausgestalteten Verbindungselementen zweiter Komponenten, so dass die Verbindungselemente benachbarter Komponenten miteinander in Kontakt stehen und für eine Kraftübertragung eingerichtet sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform mag die Befestigung der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente ausgebildet sein als eine Befestigung mittels Reibschweißens.

Reibschweißen mag im Zusammenhang mit dem gewünschten bzw. beabsichtigten Einsatzbereich der offenbarungsgemäßen Bauteile eine bevorzugt einfache Verbindung von erster Komponente, zweiter

Komponente und Sockelelement darstellen. Im Rahmen des Reibschweißprozesses bewegt sich die zu schweißende Komponente aufgrund des Shortening-Effektes auf das Fußelement zu bzw. auf das Sockelelement zu und verschmilzt mit diesem.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mögen die erste Komponente und/oder die zweite Komponente ausgebildet sein als eine Laufschaufel. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mögen die erste Komponente und/oder die zweite Komponente ausgebildet sein mit einer Länge in Richtung der Längserstreckung von kleiner 250mm, insbesondere kleiner 100mm, weiter insbesondere kleiner 10mm. Derartige Längen der Komponenten mögen insbesondere geeignet sein, eine Komponente bereitzustellen für den Einsatz in einem Niederdruckkompressorbereich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mag das Bauteil als ein Bauteil ausgebildet sein, eingesetzt in einem Drehzahlbereich kleiner 40.000 Umdrehungen pro Minute (UpM), insbesondere kleiner 15.000 UpM, weiter insbesondere kleiner 10.000 UpM.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mag das Bauteil als ein Bauteil ausgebildet sein eingesetzt in einem Temperaturbereich kleiner 1.400°C, insbesondere kleiner 1.100°C, weiter insbesondere kleiner 750°C.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mögen zunächst eine Mehrzahl von ersten Komponenten auf dem Sockelelement befestigt werden und nachfolgend eine Mehrzahl von zweiten Komponenten.

Insbesondere bei Verwendung eines Rings als Sockelelement lassen sich somit zunächst eine Mehrzahl von bzw. die Gesamtheit der anzubringenden ersten Komponenten in Umfangsrichtung auf der Oberfläche des Rings befestigen, wobei diese derart beabstandet zueinander sind, jeweils eine weitere Komponente zwischen zwei aufgebrachten Komponenten aufzunehmen. In anderen Worten mögen somit zunächst erste Komponente 1 , 3, 5 etc. befestigt werden und nachfolgend die Lücken zwischen den ersten Komponenten mit zweiten Komponenten 2, 4, 6 etc. aufgefüllt werden. Beim Befestigen einer zweiten

Komponente zwischen zwei ersten Komponenten mögen am Ende des Reibschweißprozesses die Kontaktflächen des Verbindungselementes bzw. der Verbindungselemente der zweiten Komponente zu den Kontaktflächen bzw. Verbindungselementen der beiden ersten Komponenten in Verbindung gebracht werden. In anderen Worten weisen somit erste Komponenten und zweite Komponenten exemplarisch eine alternierende Abfolge auf dem Ring auf.

Im Nachfolgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Offenbarung;

Fig. 2A eine erste Ausführungsform eines Bauteils für ein Gasturbinentriebwerk gemäß der vorliegenden Offenbarung;

Fig. 2B,C weitere Ausgestaltungen eines Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung;

Fig. 3A-C Detaildarstellungen der Verbindung zweier Komponenten gemäß der vorliegenden Offenbarung;

Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung eines Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung; und

Fig. 5 eine exemplarische Ausgestaltung des Verfahrens zur Fierstellung eines Bauteils für eine Turbomaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung. Figur 1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Flauptdrehachse 9 dar.

Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Fan 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11 , der den Kernluftstrom A aufnimmt. Das Kerntriebwerk 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine

Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Der Fan 23 ist über eine Welle 26 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben. Im Betrieb wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Der Hochdruckverdichter 15 wird durch eine Verbindungswelle von der Hochdruckturbine 17 angetrieben. Der Fan 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit.

Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht den Fan 23 umfassen) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die den Fan 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die„Niederdruckturbine“ und der„Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die„Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann der Fan 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.

Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in Figur

I gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern

I I vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich Fig. 1 auf ein Turbofantriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Fanstufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.

Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale

Richtung (in der Richtung von unten nach oben in Figur 1 ) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in Figur 1 ) umfasst. Die axiale (X-Richtung), die radiale (Y-Richtung) und die Umfangsrichtung (Z- Richtung) verlaufen senkrecht zueinander.

Weiter Bezug nehmend auf Fig. 2A wird eine erste Ausführungsform eines Bauteils für ein Gasturbinentriebwerk gemäß der vorliegenden Offenbarung wie oben dargestellt. Fig. 2A zeigt ein Bauteil 30, bestehend aus exemplarisch zwei

Komponenten 32a, b, welche auf einem Sockelelement 38 angeordnet sind. Das Sockelelement 38 ist nur abschnittsweise dargestellt und stellt für das gesamte Bauteil 30 eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung 36 vollständig geschlossene Scheibe 44 dar. Komponenten 32a, b weisen eine Längserstreckung 34a, b auf, die radial nach außen ausgehend vom Sockelelement 38 zeigt. Die Komponenten 32a, b können exemplarisch Laufschaufeln eines Bauteils einer Triebwerksturbine sein. Die Komponenten 32a, b sind auf ihrer innen liegenden Seite, somit auf einer ersten radialen Position an das Sockelelement 38 angebunden.

Exemplarisch kann diese Anbindung im Rahmen der vorliegenden Offenbarung durch eine Reibschweißverbindung 46 ausgebildet sein, wodurch jede der Komponenten 32a, b eigenständig mit dem

Sockelelement 38 bzw. einer Scheibe 44 verbindbar ist. Auf der radial äußeren Position r ₂ weist das Bauteil 30 bzw. die Komponenten 32a, b Verbindungselemente 40a, b, auf, ausgebildet als Teilabschnitte eines Deckbandes, welche die Komponenten 32a, b auf der radialen Position r ₂ aneinander anbinden. Das Deckband 40a, b ist in Fig. 2A lediglich schematisch dargestellt und bildet im fertigen Bauteil 30 in Umfangsrichtung 36 einen geschlossen Kraft- bzw. Formschluss aus. Für die Montage einer Komponente 32a, b auf dem Sockelelement 38 im Rahmen eines Reibschweißvorganges wird während des Reibschweißvorganges eine Komponente 32a, b in Richtung des

Sockelelementes 38 bewegt, was durch den Pfeil 48 als sogenanntes Shortening angezeigt ist.

Die Darstellung in Fig. 2A ist nur qualitativ, da insbesondere im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vergleichsweise lange Komponenten 32a, b eingesetzt werden können, so dass insbesondere die radiale Position h und r ₂ gegenüber der Darstellung der Fig. 2A weiter auseinanderliegen mögen. Verbindungselemente 40a, b stehen mittels Kontaktpunkt 41 bzw.

Kontaktfläche 41 miteinander in Kontakt. Die Oberflächen der Verbindungselemente 40a, b im Kontaktpunkt sind dabei komplementär ausgebildet, so dass ein bestmöglicher Kontakt bzw. Übergang zwischen zwei Verbindungselementen 40a, b realisiert wird.

Weiter Bezug nehmend auf Fig. 2B,C werden weitere Ausgestaltungen eines Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.

Die Fig. 2B,C zeigen im Weiteren verschiedene Montageausgestaltungen von Komponenten, beispielsweise ausgestaltet als Laufschaufeln auf einer Scheibe für eine Triebwerksturbine.

In Fig. 2B sind Komponenten 32a, b auf einem eigenständigen Sockelelement 38a, b angebracht. Dies kann über eine Reibschweißverbindung erfolgen, oder aber auch durch weitere, herkömmliche Verbindungsverfahren realisiert sein. Exemplarisch werden die Komponenten 32a, b nebeneinander angeordnet und im Weiteren unter Verwendung einer Reibschweißverbindung 46 auf der Scheibe 44 angebracht. So kann beispielsweise zuerst eine Reibschweißverbindung 46 für Komponente 32a ausgebildet werden und dann Komponente 32b mittels Reibschweißverbindung zwischen Sockelelement 38b und Scheibe 44 angebracht werden.

In Fig. 2C ist die Montage eines sogenannten Laufschaufelpaares auf Scheibe 44 dargestellt. So werden zunächst die Komponenten 32a, b gemäß dem beschriebenen Verfahren der Fig. 2A auf einem gemeinsamen Sockelelement 38 angebracht. Es lassen sich somit eine Mehrzahl an Laufschaufelpaaren bereitstellen, welche in einem nachfolgenden Schritt, beispielsweise unter Verwendung einer Reibschweißverbindung 46, auf der Scheibe 44 angebracht werden können. Alternativ zur Reibschweißverbindung 46 sind jedoch auch herkömmliche weitere Verbindungsverfahren denkbar. Weiter Bezug nehmend auf Fig. 3A bis C werden Detaildarstellungen der Verbindung zweier Komponenten gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Fig. 3A bis C zeigen dabei mögliche Ausgestaltungen von Kontaktflächen 41 benachbarter Verbindungselemente 40a, b und somit der benachbarten, in Fig. 3A bis C nicht näher dargestellten Komponenten 32a, b.

In den Fig. 3A,B ist jeweils die Umfangsrichtung 36 sowie die Längserstreckungsrichtungen 34a, b der Komponenten 32a, b angezeigt, wobei von Komponenten 32a, b lediglich Verbindungselemente 40a, b abgebildet sind. Verbindungselement 40a ist schematisch auf radialer Position r ₂ angeordnet, kann somit als eine bereits auf dem Sockelelement 38 befestigte Komponente angesehen werden. Komponente 32b ist zunächst dargestellt auf einer radialen Position r ₂ ·, welche um den Betrag des Shortenings 48 radial nach außen versetzt ist. Nach Durchführung des Reibschweißschrittes nähert sich Verbindungselement 40b der radialen Position r ₂ an bzw. nimmt diese ebenfalls wie Verbindungselement 40a ein. Die Dicke d des Verbindungselementes 40b kann dabei größer oder kleiner als der Betrag des Shortenings 48 sein. Im Falle, dass die Dicke d des Verbindungselementes 40b größer ist als der Betrag des Shortenings 48, können die Verbindungselemente 40a, b bereits vor Durchführung des Reibschweißprozesses zumindest teilweise in Kontakt stehen. Hierdurch mag sich eine bevorzugte Montage realisieren lassen, da die sich teilweise überlappenden bzw. in Verbindung stehenden Verbindungselemente 40a, b bereits vor Durchführung des Reibschweißschrittes eine gewisse Stabilität durch Kraftübertragung bereitstellen mögen. Nach Durchführung des Reibschweißverbindungsschrittes von

Komponente 32b sind die Verbindungselemente 40a, b im Wesentlichen auf gleicher radialer Position r ₂ angeordnet. Fig. 3B zeigt eine anders geartete Ausgestaltung der Kontaktflächen 41 benachbarter Komponenten. In Fig. 3B dargestellt ist eine exemplarisch 45° angeschrägte Kontaktfläche, wobei die zueinander ausgerichteten Kontaktflächen weiterhin komplementär ausgebildet sind. Ein unstetiger Übergang 42, z.B. ein Knick bzw. Sprung in der Kontaktfläche 41 unterstützt eine formschlüssige Anbindung von benachbarten Verbindungselementen 40a, b. Eine wie in Fig. 3B dargestellte angeschrägte Ausgestaltung der Kontaktfläche stellt eine einfache Positionierung von benachbarten Komponenten 32a, b zur Durchführung eines Reibschweißschrittes bereit. Durch den radialen Versatz r ₂ · vor Durchführung des Reibschweißschrittes zusammen mit der angeschrägten Kontaktfläche lässt sich eine Positionierung zueinander mit maximalem Freiheitsgrad realisieren, wobei durch die angeschrägte Kontaktfläche bei der Durchführung des Reibschweißschrittes eine im Wesentlichen automatische Endpositionierung der hinzuzufügenden Komponente auftritt. Dieser Effekt lässt sich insbesondere in Fig. 3C erkennen.

In Fig. 3C abgebildet sind exemplarisch vier Komponenten 32a, b nach ihrer Befestigung, wobei diese alternierend, somit eine erste Komponente abwechselnd einer zweiten Komponente, angeordnet sind. Von den Komponenten 32a, b sind wiederum nur die Verbindungselemente 40a, b dargestellt, während die restlichen Elemente der Komponenten 32a, b lediglich angedeutet sind. Die Verbindungselemente 40ab stehen über Kontaktflächen 41 miteinander in Kontakt. In Fig. 3C ist insbesondere die angeschrägte Ausgestaltung der Kontaktflächen abgebildet. Wenn nun zunächst eine erste Mehrzahl von ersten Komponenten 32a auf dem Sockelelement 38 befestigt wird, weisen diese Komponenten zueinander eine Beabstandung bzw. Lücke zur Einbringung der zweiten Komponenten 32b auf. Gemäß des in Fig. 3B dargestellten Effektes im Rahmen des Shortenings sind Komponenten 32b, eingebracht in die Lücke zwischen den ersten Komponenten 32a, vor Durchführung des Reibschweißschrittes zunächst auf einer radialen Position r ₂ · angeordnet. Bei Durchführung des Reibschweißschrittes, unter Ausnutzung des Shortenings 48, füllen die zweiten Komponenten 32b sukzessive die Lücke zwischen den ersten Komponenten 32a durch Verringern der radialen Position von r ₂ - auf r ₂ und bilden somit nacheinander den in Umfangsrichtung vollständig geschlossenen Kraftschluss bzw. Formschluss aus, insbesondere wenn sämtliche zweiten Komponenten 32b auf dem Sockelelement befestigt sind. In diesem Fall bildet sich dann ein aus Einzelelementen aufgebautes, jedoch nun in sich geschlossenes Deckband aus, welches den in Umfangsrichtung geschlossenen Kraftschluss bzw. Formschluss bereitstellt. Wie in Fig. 3C zu erkennen, verspannen sich die eingebrachten Komponenten 32b mit den ersten Komponenten 32a und bilden hierdurch das aus Einzelelementen aufgebaute Deckband aus.

Weiter Bezug nehmend auf Fig. 4 wird eine weitere Ausgestaltung eines Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung von zwei Komponenten 32a, b befestigt auf dem Sockelelement 38 bzw. der Scheibe 44 mit Verbindungselementen 40a, b, die nicht auf der radialen Endposition r ₂ , sondern alternativ oder zusätzlich auf der radialen Position r _z zwischen benachbarten Komponenten 32a, b angeordnet sind. Die zuvor getätigten Ausführungen bezüglich der Kontaktflächen 41 der zueinander angeordneten Verbindungselemente 40a, b gelten unverändert. Insbesondere bei Ausgestaltung der Kontaktflächen 41 gemäß der Fig. 3B,C mögen eine Vielzahl von Verbindungselementen 40a, b zwischen den radialen Positionen und r ₂ bereitgestellt werden. Benachbarte Komponenten mögen dabei Verbindungselemente auf unterschiedlichen radialen Positionen aufweisen. In anderen Worten können Verbindungselemente zu den in Fig. 4 nicht dargestellten benachbarten Komponenten auf gleicher radialer Position r _z oder unterschiedlicher radialer Position r _z1 , r _z2 ausbilden.

Durch eine derart flexible und weitgehend freie Anordenbarkeit von Verbindungselementen lässt sich das Schwingungsverhalten des Gesamtsystems des Bauteils 30 im Hinblick auf eine Reduzierung der Schwingungen optimieren.

Weiter Bezug nehmend auf Fig. 5 wird eine exemplarische Ausgestaltung eines Verfahrens 50 zum Betrieb eines Bauteils in einer Turbomaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.

Das Verfahren 50 zum Betrieb einer Turbomaschine, insbesondere für ein Flugzeugtriebwerk, weist ein Bauteil der Turbomaschine auf, hergestellt durch die Schritte Bereitstellen 52 zumindest einer ersten Komponente 32a mit einem ersten Verbindungselement 40a, Bereitstellen 54 zumindest einer zweiten Komponente 32b mit einem zweiten Verbindungselement 40b, Bereitstellen 56 eines Sockelelementes 38, Befestigen 58 von zumindest einer der zumindest einen ersten Komponente 32a auf dem Sockelelement 38, Befestigen 60 einer der zumindest einen zweiten Komponente 32b auf dem Sockelelement 38, wobei die eine zweite Komponente 32b neben der einen ersten Komponente 32b oder zwischen zwei ersten Komponenten 32a angeordnet befestigt wird. Während des Betriebs 61 der Turbomaschine stehen die jeweiligen Verbindungselemente 40a, b der ersten Komponente 32a und der zweiten Komponente 32b in einem jeweiligen Betriebszustand 61 der Turbomaschine kraftschlüssig und/oder formschlüssig in Verbindung.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und

Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese. Abschließend wird darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „aufweisend“ oder„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und dass „ein" oder „eine“ keinen Plural ausschließt. Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben werden, können kombiniert werden. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung aufzufassen.

BEZUGSZEICHENLISTE

9 Hauptdrehachse

10 Triebwerk

11 Kern

12 Lufteinlass

14 Niederdruckverdichter

15 Hochdruckverdichter

16 Verbrennungseinrichtung

17 Hochdruckturbine

18 Bypassschubdüse

19 Niederdruckturbine

20 Kernschubdüse

21 Triebwerksgondel

22 Bypasskanal

23 Fan

A Kernluftstrom

B Bypassluftstrom

26 Verbindungswelle

30 Bauteil

32a, b erste, zweite Komponente

34a, b Längserstreckung

36 Umfangsrichtung

38, 38a, b Sockelelement

40a, b Verbindungselement/Deckband

d Dicke Verbindungselement

r radiale Position

41 Kontaktpunkt/Kontaktfläche

42 unstetiger Übergang/Sprung/Knick

44 Scheibe

46 Reibschweißverbindung

48 Shortening

50 Verfahren zum Betrieb einer Turbomaschine

52 Bereitstellen einer ersten Komponente

54 Bereitstellen einer zweiten Komponente

56 Bereitstellen eines Sockelelementes

58 Befestigen der ersten Komponente auf dem Sockelelement 60 Befestigen der zweiten Komponente auf dem Sockelelement Betreiben der Turbomaschine, Betriebszustand der Turbomaschine

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils