Zur Erhöhung des Wirkungsgrads beziehungsweise Wirkungsquer- schnitts von Gasturbinen werden die Schaufelprofile der Tur- binenlaufschaufeln möglichst verlängert, um hierdurch eine bessere Ausnutzung des vorbeiströmenden Heißgases zu errei- chen. Diese Verlängerung des SchauSelprofils ist jedoch durch mehrere Parameter begrenzt.

Durch die verlangerten Schaufelprofile und die hierdurch ver- großerte bewegte Masse wird beispielsweise ein Nabenbereich der Turbinenscheibe durch die angreifende Fliehkraft stark belastet. Dem wird durch Erhöhung der tragenden Fläche im Na- benbereich mittels axialer Verlangerung der Scheibe zu begeg- nen versucht. Diese Verlängerungsmoglichkeit ist jedoch be- grenzt. Durch vergrößerte Schaufelprofile wird nicht nur die Nabe starker belastet, sondern auch der Bereich, in dem die Turbinenschaufeln mit ihren Füßen in Halteausnehmungen des Außenumfangs der Turbinenscheibe eingesetzt sind. Eine Ver- lagerung der Schaufelprofile könnte auch radial zur Schei- bennabe erfolgen, hierdurch würden sich jedoch die Halteaus- nehmungen des Außenumfangs naherrucken, ihr Abstand wurde ge- ringer und somit wurde der Scheibenbereich zwischen ihnen stärker belastet. Diese Belastung ist jedoch nur in einem ge- ringen Maße erhöhbar, ohne eine Schädigung der Turbinenschei- be zu riskieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Turbi- nenlaufschaufel zu schaffen, die eine Verlängerung der Lauf- schaufelprofile ermöglicht, ohne oder mit einer lediglich ge- ringfugigen Erhohung lokaier Belastungen der Turbinenscheibe beziehungsweise von Laufschaufelfußen.

Die Aufgabe wird dadurch gelost, daß der Schaufelfuß eine plattformabgewandt offene Aushöhlung aufweist, die plattform- seitig blind endet und im Bereich der zunehmenden Breite des Schaufelfußes querschnittsmäßig verbreitert ist.

Der Schaufelfuß ist üblicherweise zur Sicherung der Stabil-- tat massiv ausgebildet und weist im Vergleich zu den übrigen Abmessungen der Turbinenschaufel einen gro#en Querschnitt auf. Somit ist seine Masse hoch und er hat einen gro#en An- teil an der bei Drehung der Turbinenscheibe auftretenden Fliehkraftbelastung der Turbinensche-be und der Haltevorrich- tungen fur die Schaufel. Durch die Aushöhlung erniedrigt sich die Masse des Fußes und somit die Fliehkraftbelastung be- trachtlich. Die besondere Form der Aushöhlung, nämlich eine querschnittsmäßige Verbreiterung an den Längswänden im Be- reich zunehmender Breite des Schaufelfußes, gewährleister ei- ne optimale Ausnutzung der Form des Schaufelfußes im Hinblick auf eine Erniedrigung der Masse. Dadurch, daß die Aushöhlung plattformseitig blind endet, sind zudem die Stabilitätsanfor- derungen, die insbesondere im Bereich zwischen Plattform und Schaufelprofil durch vielfältigen starken Kräfte-und Tempe- raturangriff sehr hoch sind, erfullt. Die Erfindung ermög- licht somit zugleich, die Masse der Schaufel gering zu halten und ihre Stabilität zu erhalten oder sogar zu verbessern.

Durch die Gewichtsreduzierung wird das mittlere Spannungsni- veau im Fußbereich abgesenkt und Spannungsspitzen an Halte- zähnen des Fußes und der angrenzenden Turbinenscheibe gemil- dert, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Turbinen- schaufel und insbesondere zu einer Verbesserung der Haltbar- keit des Fußes fuhrt. Somit ist es ohne Gefährdung der Stabi- litât der Turbinenschaufel und unter Beibehaltung der Form

des Fußes möglich, das Laufschaufelprofil nach außen zu ver- langern und somit den Wirkungsgrad der Turbine zu erhöhen.

Eine gute Stabilität des plattformseitigen Schaufelprofilbe- reichs ist dadurch gegeben, daß die Aushöhlung in einem Über- gangsbereich zwischen dem Schaufelfuß und unterhalb einer Plattformoberseite der Plattform endet. Oberhalb der Plat- formoberseite ist die Krafteinwirkung auf die Schaufel beson- ders hoch und die Schaufel ist schmaler als im Plattformbe- reich ausgebildet. Endet jedoch die Aushöhlung unterhalb der Plattformoberseite wird die Krafteinwirkung durch die stabile Plattform und die angrenzenden Bereiche in ausreichendem Maße abgefangen. <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <P>Zur Vermeidung von Spannungsspitzen und somit lokal übermäßig hohen Belastungen wird vorgeschlagen, daß die Aushöhlung von überwiegend abgerundeten Wänden begrenzt ist und in gewölbter Form unterhalb der Plattformoberseite endet.

Eine sehr große Massenreduktion ist dadurch gegeben, daß sich Längswände der Aushöhlung über nahezu die gesamte Länge des Schaufelfußes und Querwände über nahezu die gesamte 3reite des Schaufelfußes erstrecken, wobei die Wände der Aushöhlung eine ausreichende Stabilität bei Fliehkraftangriff gewährlei sten.

Die zum großen Teil zentral angreifenden Kräfte werden gut in massive Bereiche der Schaufel weitergeleitet ohne die Wände der Aushöhlung zu stark zu belasten, wenn die Aushöhlung im mittleren Bereich die größte Höhe aufweist und zu den Quer- und Längswänden hin abfällt.

Wenn sich die Längswände der Aushöhlung bei Annäherung an das plattformseitige Ende unter Einhaltung einer Mindestwanddicke an den Querwänden der Aushöhlung bereichsweise stetig ver- breitern, wird die Gewichtsreduktion verbessert und zugleich eine abrupte Anderung der Krummung, die zu lokalen Spannung-

maxima fuhrt, beim Übergang in einen abgerundeten Endbereich vermieden.

Die heißen Arbeitsgase belasten insbesondere denjenigen Kan- tenbereich der Schaufel, der als erster direkt angeströmt wird. Den höheren Festigkeitsanspruchen der Heißgasanstrom- seite wird dadurch Rechnung getragen, daß die Mindestwanddik- ke in der Nähe einer Heißgasanstromseite großer ist als an der Heißgasabstromseite.

Eine material-und massesparende Erhöhung der Festigkeit des Fußes ist dadurch gegeben, daß der Schaufelfuß von zwischen seinen Längswänden ausgebildeten Querstreben verstärkt ist.

Die Kräfte, die an der einen Langswand der Aushöhlung angrei- fen, werden durch die Querstreben an die andere Langswand der Aushöhlung und durch beide Wände in die Turbinenscheibe wei- tergeleitet, ohne die Stabilität der Aushöhlung zu gefährden.

Durch die weitere Reduzierung der Masse erfolgt zudem auf- grund der verringerten Fliehkraftbelastung eine weitere Ent- lastung des Fußes.

Wenn die Querstreben plattformseitig von den Wänden der Aus- höhlung und/oder von dem plattformabgewandten Ende des Schau- felfußes Abstand aufweisen, ist eine zusatzliche Gewichtser- sparung unter Beibehaltung der Stabilität gegeben.

Eine optimale Weiterleitung der Kräfte erfolgt dadurch, daß Positionen und Formen der Querstreben einem Kraftlinienver- lauf angepaßt sind, der durch an dem Schaufelprofil angrei- fende Fliehkräfte entsteht. Durch eine angepaßte Anzahl und Form der Querstreben ist es somit einerseits möglich, die Masse des Schaufelfußes stark zu reduzieren, indem die Wände der Aushöhlung aufgrund der unterstützenden Wirkung der Quer- streben dünner ausgebildet sein können, und zugleich einen homogeneren Spannungsverlauf entlang der Längsseiten der Aus- höhlung aufgrund der Abstutzung durch die Querstreben zu er- halten.

Die im mittleren Bereich besonders hohen angreifenden Kräfte werden dadurch abgefangen, daß die Querstreben der Aushöhlung im mittleren Bereich die größte Hohe aufweisen und an einen abfallenden Verlauf der Aushöhlung angepaßt in der Hohe ab- nehmen.

In den Figuren ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ge- geben. Es zeigen : Fig. l einen radialen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbinenschaufel, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Fu#bereich einer Turbi- nenschaufel nach Fig.1 entlang der Schnittlinie 11-11, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbi- nenschaufel nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie III-III, Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbi- nenschaufel nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie-V-IV und Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbi- nenschaufel nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie 71. 7-V.

Fig. 1 zeigt einen radialen Querschnitt durch einen Fuß 4 so- wie eine Plattform 2 und einen Teil eines Schaufelprofils 1 einer Turbinenschaufel. Der Fuß 4 wird in eine Halteausneh- mung 30 einer Turbinenscheibe 3 geschoben und mittels Zahnen 35 des Fußes 4 und korrespondierender Zähnen 36 der Halteaus- nehmung 30 formschlüssig gehalten, wie in Fig. 2 dargestellt.

Fuß 4, Plattform 2 und Profil 1 sind einstuckig, zusammenhan- gend geformt, vorzugsweise gegossen. Nebeneinander angeordne- te Schaufelprofile 1 bieten vorbeiströmendem Heißgas einen Widerstand und ändern dessen Geschwindigkeit und Richtung, wodurch die Turbinenscheibe 3 zu Drehungen mit sehr hoher Drehzahl um eine Scheibenachse angeregt wird. Die hierbei auftretenden Fliehkräfte müssen im wesentlichen von den Zäh- nen 35 des Schaufelfußes 4 und den Zähnen 36 der Halteausneh- mung 30 aufgefangen werden. Insbesondere bei innenungekuhlten Turbinenschaufeln sind im allgemeinen große Teile der Turbi-

nenschaufel massiv ausgebildet und besitzen somit ein hohes Gewicht, das die Fußbereiche stark belastet.

Der Fuß 4 weist eine erfindungsgemaße, gewichtsreduzierende Aushöhlung 7 auf. Diese ist gewölbeartig geformt und endet am plattformseitigen Ende 19 der Turbinenschaufel blind unter- halb der Oberseite 21 der Plattform 2. An einem plattformab- gewandten Ende 31 des Fußes 4 ist die Aushöhlung 7 offen. Der Fuß 4 weist Bereich des plattformabgewandten Endes 31 eine im wesentlichen konstante Länge 32 auf. Die Länge 32 nimmt bei Annäherung an die Plattform 2 zunächst wegen einer Anfor- mung 37 des Ubergangsbereichs 38 etwas zu, um danach bis zur Plattform 2 stetig abzunehmen. Die Aushöhlung 7 besitzt Län- gen 13 von Längswänden 12 sowie Tiefen 33.

Die Längen 13 nehmen ausgehend von dem plattformabgewandten Ende 31 nach einer gewissen Distanz bis zum plattformseitigen Ende 19 dec Fußes 4 zu, werden im Ubergangsbereich 38 in ei- ner bogenartigen Form kurzer bis zum höchsten Punk_ mit der Höhe 16 der Aushöhlung 7, wo die Aushöhlung 7 blind endet.

Dieses Ende liegt vorzugsweise im Bereich oder unterhalb der Plattformoberseite 21, um eine ausreichende Stabilität der Schaufel zu gewährleisten. Das Schaufelprofil ist im Platt- formbereich massiv und weist eventuell eine gewichtseinspa- rende Schaufelprofilaushohlung im oberen, nicht dargestellten Bereich des Schaufelprofils mit Abstand zur Plattform auf.

Hierdurch wird vermieden, die Festigkeit der Schaufel im Plattformbereich zu gefahrden. Die Aushöhlung 7 besitz keine Verbindung zu der Schaufelprofilaushohlung, da es sich um ei- ne innenungekühlte Turbinenschaufel handelt und somit kein Kühlmitteltransport durch den Fuß notwendig ist.

Die Tiefe 33 nimmt, wie in Fig. 2 gezeigt, vom plattformabge- wandten Ende 31 des Fußes 4 bis zum plattformseitigen Ende 19 hin in einem Bereich 5 zu. Dann folgt die Aushöhlung 7 einer Wendung der Turbinenschaufel im Ubergangbereich 38. Die Tiefe 33 nimmt im Ubergangsbereich 38 zunächst noch etwas zu, um

dann ab annähernd der Mitte des Ubergangsbereichs 38 bis zur Plattform 2 hin stetig abzunehmen. Hierdurch ist ein groß- möglicher Bereich innerhalb des Fußes 4 beziehungsweise des Übergangsbereichs 38 ausgehöhlt, um eine maximale Gewichtsre- duzierung zu erzielen. Es ist hierbei insbesondere berack- sichtigt, daß die Wände 8, 12 ausreichende Wanddicken 14 zur Gewährleistung der Stabilitat des Fußes 4 auch bei starken angreifenden Fliehkräften haben. Durch die gewölbte Ausb ~- dung der Aushöhlung 7 werden Spannungsspitzen vermieden,die zu einer Verringerung der Festigkeit führen.

Die Herstellung der Aushöhlung 7 kann durch einen Gie#kern mit verlorener Form erfolgen, der im Fußbereich der Schaufel vor dem Guß eingesetzt wird und über das plattformabgewanace Ende 31 des Fußes 4 hinausragt, wodurch sich eine plat-- ormabgewandt offene Aushöhlung ausbildet. Am plattformseiti- gen Ende 19 des Fußes 4 ist der Gießkern als dörr : endender Blindkern ausgebildet. Nach dem Guß wird der Kern zers~3r und aus der Aushöhlung 7 entfernt, da er sich aufgrund der zur Öffnung hin geringer werdenden Breite nicht als Ganzes entfernen läßt.

Innerhalb der Aushöhlung 7 sind Querstreben 28 angebracht, die zwischen den Längswänden 12 verlaufen. Durch die Quer- streben 28 wird die Aushöhlung 7 gegen angreifende Kräfte, die auf die Wände 8, 12 wirken, abgestützt. Im Ausfuhrungsbei- spiel handelt es sich um fünf Querstreben 28, von denen die Querstrebe 28 im mittleren Bereich 15 der Aushöhlung 7 die größte Höhe 20 aufweist und im Bereich der größten Höhe 16 der Aushöhlung 7 angeordnet ist. Die Querstreben 28 sind ab- gerundet, um Spannungsspitzen zu vermeiden. Sie sind im we- sentlichen parallel zueinander in Abständen 34 in Richtung einer Längsachse 39 der Turbinenschaufel angeordnet. Sie reh- men nahezu den gesamten Bereich zwischen den beiden gegen- uberliegenden Längswänden 12 ein. Lediglich am plattfcrmsei- tigen und plattformabgewandten Ende der Aushöhlung 7 gibt es abgerundete, querstrebenfreie Bereiche mit einem Abstand 40

zur oberen Begrenzung der Aushöhlung 7 und einem Abstand 41 zur unteren im plattformabgewandten Ende 31. Die querstreben- freien Bereiche sind im wesentlichen herstellungsbedingt, da Finger eines Gußkerns, durch die die materialfreien Bereiche zwischen den Querstreben 28 hergestellt werden, an Enden mit- einander verbunden sind, um korrekte Maße einhalten zu kon- nen. Zudem tragen sie auch noch zu einer weiteren Gewicht- seinsparung bei.

Fig. 2 zeigt einen radialen Querschnitt in einem nahezu rech- en Winkel zum ersten Längsschnitt der Fig. 1 entlang der Schnittlinie 11-11. In regelmäßigen Abständen weist der Fuß 4 ausgewolbte Zahne 35 auf, die entsprecher. d geformte Zahne 36 der Halteausnehmung 30 der Turbinenscheibe 3, in die der Fuß 4 eingesetzt ist, hintergreifen und so einen sicheren Form- schluß gegen ein Herausrutschen der Turbinenschaufel bei Fliehkraftbelastung gewährleisten. Vom plattformabgewandten Ende 31 bis zum plattformseitigen Ende 19 des Fußes 4 nimmt eine von den Zähnen 35 und dazwischenliegenden Einwolbungen gebildete gemittelte Breite 6 des Fußes 4 zu. Dieser mittle- ren Breite 6 folgt die Tiefe 33 des Querbereichs der Aushoh- lung 7 unter Einhaltung von stabilitatssichernden Mindest- wanddicken der Wande 12. Der sich an den Fuß 4 anschließende Ubergangsbereich 38 ist linsenartig gewolbt, wie im Quer- schnitt aus Fig. 4 deutlich wird. Dementsprechend ist die Aus- höhlung 7 relativ zu ihrer Ausbildung im Fuß 4 so verschoben, daß ausreichende Wanddicken 14 beidseitig der Aushohlung 7 gewährleistet sind.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Fuß 4 entlang der Schnittlinie III-III aus der Fig. 1 bzw. Fig. 2. Die Breite 6 des Querschnitts durch den Fuß ist recht groß, da der Schnitt durch einen oberen Zahn 35 des Fußes 4, das heißt im Bereich der größten Breite 6 des Fußes 4, verlauft. Die Aushöhlung 7 besteht in diesem Schnitt aus mehreren Kammern 29, wobei die Querstreben 28 Trennwänden der Kammern 29 entsprechen. Die Kammern 29 weisen von den beiden Querwänden 8 des Fußes 4

ausgehend zunachst eine sich vergrößernde Tiefe 33 auf, die ihre größte Ausdehnung an der mittleren Querstrebe 28 hat, um dann wieder mit Annaherung an die andere Querwand 8 des Fußes 4 abzunehmen. Die Begrenzungen der Kammern 29 sind zur Ver- meidung von Spannungsspitzen allseitig abgerundet ausgebil- det.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 durch den Ubergangsbereich 38.

Die Aushöhlung 7 weist in diesem Bereich lediglich fünf Kam- mern 29 beziehungsweise vier Querstreben 28 auf, da der Schnitt oberhalb der heißgasansrömseitig nächstgelegenen Querstrebe erfolgt. Somit ist auf dem Bereich der Heißgasan- stromseite 17 eine vergrößerte Kammer 29 zu sehen. Die Wand- dicke 14 der Wand 8 ist im Bereich der Heißgasanströmseite 17 großer als im gegenüberliegenden Bereich der Heißgasabstrom- seite 18. Durch diese angepaßte, leicht unsymmetrische Aus- bildung der Aushöhlung 7 können die individuell verstärkten Spannungen beziehungsweise angreifenden Kräfte unter optima- ler Einsparung des Gewichts festigkeitserhaltend abgefangen werden.

Fig. 5 zeigt demgegenüber einen Schnitt durch den schmalsten Bereich des Fußes 4 entlang der Schnittlinie V-V der Fig. 1 beziehungsweise entsprechend Fig. 2. Die Kammern 29 der Aus- höhlung 7 weisen ebenfalls wieder eine von der Querwand 8 ausgehend zunehmende Querschnittstiefe 33 auf, wobei jedoch die Querschnittsanderung nicht so groß ist, wie bei Fig. 3.

Das Maximum liegt wiederum im Bereich der mittleren Querstre- be 28.