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WO2016078851A1 - Hohlschaufelkörper, einsteckrippe und hohlschaufel - Google Patents

Hohlschaufelkörper, einsteckrippe und hohlschaufel Download PDF

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Publication number
WO2016078851A1
WO2016078851A1 PCT/EP2015/074153 EP2015074153W WO2016078851A1 WO 2016078851 A1 WO2016078851 A1 WO 2016078851A1 EP 2015074153 W EP2015074153 W EP 2015074153W WO 2016078851 A1 WO2016078851 A1 WO 2016078851A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
rib
hollow blade
hollow
plug
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/074153
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Björn Buchholz
Ralph Gossilin
Daniela Koch
Thorsten Mattheis
Radan RADULOVIC
Marco Schüler
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP15787919.8A priority Critical patent/EP3194727A1/de
Priority to CN201580063416.0A priority patent/CN107002496A/zh
Priority to US15/526,052 priority patent/US20170314400A1/en
Publication of WO2016078851A1 publication Critical patent/WO2016078851A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position

Definitions

  • the invention relates to a hollow blade for a flow ⁇ machine.
  • a turbomachine has a flow channel that is bounded radially inward by a shaft and radially outward by a housing.
  • the turbomachine has running show ⁇ blades which are fixed to the shaft and rotate during operation of the turbomachine with the shaft, and vanes, which are fixed to the housing and are fixed.
  • the blades are exposed to a high temperature, which can lead to a shortening of the life of the blades.
  • the high temperature can lead to deformation of the blades.
  • the object of the invention is to provide a hollow blade for a turbomachine which has a high strength and with which a low temperature of the hollow blade can be achieved during operation of the turbomachine.
  • the hollow blade body according to the invention for a hollow blade has a blade wall with a pressure side, which has on its inner side at least a first blade connecting element, and a suction side, which has on its inner side at least one second blade connecting element opposite the first blade connecting element , the first blade connecting element having at least ei ⁇ nem first rib connecting element, which is arranged at a first longitudinal end of a Einsteckrippe), and the second blade connecting element with at least one second Rip ⁇ pentagenselement which is disposed on a the first longitudinal end from ⁇ facing second longitudinal end of the Einsteckrippe, so engaged in such a manner is that it can be loaded on train, so as to cause a stiffening of the hollow blade.
  • the Einsteckrippe invention for a hollow blade comprises at least a first fin connecting element to at least a first longitudinal end of the Einsteckrippe angeord ⁇ net, and a second fin connecting element which faces away from a said first longitudinal end of the second longitudinal end of the Einsteckrippe is arranged, wherein the first Rippenverbin ⁇ dung element with at least one ⁇ arranged on the inside of a pressure side of a blade wall of a hollow blade body first blade connecting element and the second fin connecting element with at least one disposed on the inner ⁇ side of a suction side of the blade wall the second blade connecting element, which is arranged to the first blade connecting element opposite in such a way in a ⁇ handle can be brought that the Einsteckrippe is fixed to the hollow show ⁇ fel emotions and causes such a stiffening of the hollow blade that buckling is reduced.
  • the Einsteckrippe is hooked to the blade hollow body.
  • the plug-in rib By stiffening the hollow blade with the plug-in rib, a high strength of the blade can advantageously be achieved even with a small thickness of the blade wall. Since ⁇ through and because can achieve low temperatures for the hollow blade in operation due to the small thickness, the hollow blade has a long life. Furthermore, the plug-in rib can be produced from a material which is less costly than the hollow blade body, so that the hollow blade is advantageously inexpensive. By providing the plug-in rib, the inside surface of the hollow blade is increased, whereby a larger amount of heat can be dissipated with a cooling fluid flowing in the hollow blade, as would be the case without the provision of the plug-in rib.
  • the hollow blade body and the Einsteckrippe who ⁇ finished in separate manufacturing process whereby a more complex geometry of the Einsteckrippe is possible as it would be the case if the Einsteckrippe would be cast together with the hollow blade body in a single process step.
  • At least one of the elements Schaufelverbin ⁇ dung at least onetient- in the blade wall has brought Schaufelwandnut.
  • At least one of the show ⁇ felitatis institute preferably has at least one of the blade wall projecting blade protrusion on. The blade wall groove and the blade projection allow the Insert rib for example by simply pushing into the hollow blade body.
  • first and the second blade connecting element each have a projecting from the blade wall ⁇ the blade projection which defines a groove with the blade wall, wherein one of the two grooves is open to the front edge of the hollow blade body and the other of the at ⁇ the grooves to the trailing edge of the hollow blade body is open, so that the rib connection elements can be brought into engagement with the blade ⁇ connecting elements by a rotational movement of the Einsteckrippe.
  • the Einsteckrippe preferably has an axis of rotation and the first and second ribs ⁇ connecting element preferably has a respective Rippenvor- jump, wherein projecting in a rotational movement of Einsteckrippe about the rotational axis in a rotational direction of the rib projections in their rotational direction from the Einsteckrippe so that with the rotary movement the rib projections with grooves of the
  • Shovel connecting elements are engageable engageable. By turning the Einsteckrippe can be brought into engagement with the hollow blade body even if the distance from the pressure side to the suction side along the blade height varies and thus pushing the Einsteckrip ⁇ pe can not be done.
  • the hollow blade body preferably has a to the suction side from the pressure side to the extending blade ribs, so that is arranged in the region of the front edge of the hollow blade body leading edge channel and is arranged in the region of the trailing edge of trailing edge passage is formed inside the hollow blade body, said Schaufelverbin ⁇ -making elements in the leading edge passage are arranged.
  • the turbomachine drive can take place buckling of the front edge of the hollow blade.
  • To provide the insertion rib in the leading edge channel leads to a stiffening of the leading edge and thus advantageously prevents the denting of the leading edge.
  • the Einsteckrippe has at least two fixedly interconnected transverse webs, which are arranged in the direction of the leading edge to the trailing edge of the hollow blade ⁇ next to each other, wherein at each of the longitudinal ends of the transverse webs at least one of the rib connecting elements is arranged ⁇ .
  • the at least two transverse webs are provided with two ribs connecting elements, the preferred Einsteckrippe at least four ribs connecting ⁇ elements felucuns instituten with at least four corresponding Schau- verhakend are engaged. As a result, a particularly strong stiffening of the hollow blade can be accomplished.
  • the insertion rib is preferably produced by a casting method, by bending a sheet, by selective laser sintering and / or selective laser melting.
  • se ⁇ -selective laser sintering and the selective laser melting advantageously low manufacturing tolerances and a complicated geometry can be achieved.
  • the bending of a sheet is advantageously a simple production method.
  • the vane connection elements in engagement with the rib connection elements form an angle connection, a dovetail connection, a toothing and / or an omega connection.
  • the compounds mentioned are advantageously hook-like solid compounds that do not dissolve in the operation of the turbomachine.
  • the hollow blade preferably comprises a multi ⁇ number of holes exhibiting baffle plate that is arranged inside the hollow blade, that via the holes the surface of the Einsteckrippe with a cooling fluid
  • FIG. 1 shows a hollow blade with a first insertion rib
  • 2 shows a hollow blade with a second plug-in rib
  • FIG. 3 shows a hollow blade with a third plug-in rib
  • FIG. 4 shows a detail of FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a detail of a hollow blade with a fourth ⁇ A male rib
  • Figure 6 is a detail of a hollow blade with a fifth ⁇ A male rib
  • FIG. 8 shows a detail of a hollow blade with a seventh Ein ⁇ steckrippe.
  • 1 has a hollow ⁇ scoop to a hollow blade body and a Einsteckrippe.
  • the hollow blade body has a blade wall 6 with egg ⁇ ner outer side 8 and an inner side 9.
  • the inside 9 defines an internal cavity of the hollow blade body.
  • the hollow show ⁇ felisson further comprises a location upstream direction in the working fluid front edge 2 and a location in the working fluid Stromabrich- tung trailing edge.
  • the hollow blade body has a pressure side and a suction 4 ⁇ page. 5
  • the hollow blade body has a blade rib 7, which extends from the pressure side 4 to the suction side 5, so that the cavity of the hollow blade 1 is divided into a front edge channel 10 arranged in the region of the front edge 2 and a trailing edge channel 11 arranged in the region of the trailing edge 3.
  • the hollow blade 1 from FIG. 1 has a first insertion rib 12 in its front edge channel 10 and the hollow blade 1 from FIG. 2 has a second insertion rib 13 in its front edge channel 10.
  • the hollow blade body in Figures 1 and 2 on the pressure side 4 two Schaufelitatis ⁇ elements and on the suction side 5 two Schaufelitatisele- elements in the form of introduced into the blade wall 6 Schau ⁇ felnuten 24 on.
  • the blade grooves 24 extend in the direction of the blade height, so that the first plug-in rib 12 and the second plug-in rib 13 can be introduced into the hollow blade body by pushing in the direction of the blade height.
  • the first Einsteckrippe 12 and the second Einsteckrippe 13 have two fixedly interconnected transverse webs, which are arranged in the direction of the front edge 2 to the trailing edge 3 of the hollow Schaufei 1 side by side, wherein at each of the longitudinal ends of the transverse webs at least one of the rib connection elements is arranged.
  • the rib connection elements each have a projection which projects from the respective transverse web.
  • the rib fasteners engage one of the blade wall grooves 24 and are loaded in tension as the blade walls move away from each other due to thermal effects. Due to this design hinder on train resilient Einsteckrippen a buckling of the blade walls.
  • the first transverse web of Figure 1 is formed by a ers ⁇ th Endquersteg 20, is integrally ⁇ arranged at one end of one of the engaged to the suction side 5 ribs connecting elements and at the other end, a first longitudinal web is fixedly mounted 21, by a second End transverse web 20, at one end of one of which is arranged in engagement with the pressure side 4 fin connecting elements and at the other end a second longitudinal web 21 firmly attached is, and of a central transverse web 19, at the longitudinal ends of the first and second longitudinal web 21 are fixedly mounted.
  • the second transverse web 24 of Figure 2 is formed by a drit ⁇ th Endquersteg 20, at one end of the other is disposed in engagement with the suction side 5 Rippeneducationsele ⁇ elements and is fixedly mounted at the other longitudinal end of the ers ⁇ te longitudinal transverse web, from a fourth end ⁇ quersteg 20, at one end of the other of the standing in engagement with the pressure side 4 rib connection elements is arranged and at the other end of the second longitudinal ⁇ transverse web 21 is fixedly mounted, and of the central transverse web 19th
  • the two cross-members according to Figure 2 are formed by a first crosspiece 22 and a second crosspiece 22.
  • the second Einsteckrippe 13 further comprises a longitudinal web 23, ⁇ sen longitudinal ends secured to the first transverse web 22 and the second transverse web are connected 22nd
  • each of the two leading edge channels 10 is divided by the respective Einsteckrippe 12, 13 in four sub-channels.
  • baffle plate 34 is introduced, each with a plurality of holes, so that all inner surfaces of the hollow blades 1 by a cooling fluid, which is located in the interior of the annular baffles 34, are perpendicular to flow ⁇ bar.
  • the hollow blade body according to FIG. 3 has, as blade connecting elements, a first blade projection 26a attached to the suction side 5 and a second blade projection 26b attached to the pressure side 4.
  • the first blade projection 26a is limited with the suction-side blade wall 6, a first groove 36 and second blade protrusion 26b be ⁇ borders with the pressure-side blade wall 6, a second groove 37.
  • the first groove 36 is open toward the front edge 2 and the second groove 37 to the trailing edge 3 open.
  • the Hohlschau ⁇ fel 1 according to Figure 3 has a third Einsteckrippe 14, which has a transverse web 25 and as rib connection elements of a NEN first rib projection 38 and a second rib projection 39 has.
  • the first rib projection 38 protrudes from the third plug-in rib 14 toward the rear edge 3, and the second rib protrusion 39 projects from the third plug-in rib 14 toward the front edge 2. Since ⁇ is achieved by that the second rib projection 39 is by a rotary motion of the third Einsteckrippe 14 about a rotational axis 35 in a direction of rotation 40 of the first rib protrusion 38 with the first groove 36 and simultaneously with the second groove 37 is engageable.
  • FIG. 4 shows in an enlargement the first blade projection 26a and the first rib projection 38 from FIG. 3.
  • the first blade projection 26a forms an angular connection together with the first rib projection 38.
  • the first blade projection 26 a has the shape of a right angle
  • the third Einsteckrippe 14 surrounds.
  • 5 shows a hollow blade 1 with a fourth ⁇ Einsteckrippe 15, the handle in a ⁇ with a third of the blade wall 6 projecting blade protrusion 27 stands.
  • the fourth Einsteckrippe 15 bil ⁇ det with the third blade protrusion 27 is also an angular joint.
  • FIG. 6 shows a hollow blade 1 with a fifth Einsteckrippe 16.
  • the hollow show ⁇ felenia a fourth blade protrusion 28, and a ribbed connecting member 16 has the fifth Einsteckrippe a dovetail groove, which schanz compound together form a dovetail.
  • the fourth blade projection 28 has a dovetail which engages in the dovetail-shaped groove of the fifth plug-in rib 16.
  • the fifth plug-in rib 16 has a dovetail which engages in a groove of the hollow blade body.
  • FIG. 7 shows a hollow blade 1 with a sixth input male rib 17.
  • the blade connecting element, the hollow ⁇ blade body a fifth blade protrusion 29 which has the form of a rectangular angle, and 9 opposite surface teeth are arranged on its inside.
  • the sixth plug-in rib 17 has a projection on which teeth are likewise arranged.
  • the teeth of the sixth Einsteckrippe 17 and the teeth of the blade fifth projection 29 engage each other and bil ⁇ characterized a toothing.
  • the teeth of the sixth plug-in rib 17 and the fifth blade protuberance 29 are shaped such that when engaging a Relativbe ⁇ movement of the sixth plug-in rib 17 and the fifth blade projection 29 in a direction from the pressure side 4 to the suction side 5 is not possible.
  • a Real ⁇ tivoplasty in the direction from the front edge 2 to the trailing edge 3 is provided so that the teeth are engageable.
  • a gap be formed between the six ⁇ may be ⁇ th Einsteckrippe 17 and the blade wall. 6
  • the hollow blade 1 shows a seventh male ⁇ rib 18.
  • the hollow show ⁇ felisson a sixth blade protrusion 30 and a ribbed connecting member 18, the seventh Einsteckrippe a groove, which together form an omega compound.
  • the sixth blade projection 30 has the shape of a right angle, at the freestanding end of a thickening is formed. The thickening engages in the groove of the seventh insertion rib 18. It is also conceivable that the seventh Einsteckrippe 18 at its end a thickening ⁇ has, which engages in a groove of the hollow blade body.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hohlschaufelkörper für eine Hohlschaufel (1), mit einer Schaufelwand (6) mit einer Druckseite (4), die an ihrer Innenseite (9) mindestens ein erstes Schaufelverbindungselement aufweist, und einer Saugseite (5), die an ihrer Innenseite (9) mindestens ein dem ersten Schaufelverbindungselement gegenüberliegendes zweites Schaufelverbindungselement aufweist, wobei das erste Schaufelverbindungselement mit mindestens einem ersten Rippenverbindungselement, das an einem ersten Längsende einer Einsteckrippe (12 bis 18) angeordnet ist, und das zweite Schaufelverbindungselement mit mindestens einem zweiten Rippenverbindungselement, das an einem dem ersten Längsende abgewandten zweiten Längsende der Einsteckrippe (12 bis 18) angeordnet ist, derart in Eingriff bringbar ist, dass die Einsteckrippe (12 bis 18) an dem Hohlschaufelkörper festgelegt ist und eine Versteifung der Hohlschaufel (1) bewirkt.

Description

Beschreibung
Hohlschaufelkörper, Einsteckrippe und Hohlschaufel
Die Erfindung betrifft eine Hohlschaufel für eine Strömungs¬ maschine .
Eine Strömungsmaschine weist einen Strömungskanal auf, der radial innen von einer Welle und radial außen von einem Gehäuse begrenzt ist. Die Strömungsmaschine weist Laufschau¬ feln, die an der Welle befestigt sind und im Betrieb der Strömungsmaschine mit der Welle rotieren, und Leitschaufeln auf, die an dem Gehäuse befestigt sind und fest stehen. Ins- besondere in der Turbinensektion einer Gasturbine sind die Schaufeln einer hohen Temperatur ausgesetzt, die zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Schaufeln führen kann. Beispielsweise kann die hohe Temperatur zu einer Verformung der Schaufeln führen.
Um die Temperatur der Schaufeln gering zu halten wird herkömmlich Wärme aus den Schaufeln abgeführt, in dem die Schau¬ feln in ihrem Inneren einen Hohlraum aufweisen, der von Kühlluft durchströmt wird. Wird die Wandstärke der Schaufeln zu breit gewählt, so führt dies nachteilig zu einer hohen Tempe¬ ratur der Schaufeln. Wird hingegen die Wandstärke zu schmal gewählt, so führt dies nachteilig zu einer nicht ausreichen¬ den Festigkeit der Schaufeln. Zur Kühlung der Turbinenschaufeln werden häufig Bleche in deren Innenraum eingesetzt. Die Bleche sind mit Löchern verse¬ hen und dienen mithin als Prallkühlbleche, um die Schaufel¬ wände hinreichend und effizient kühlen zu können. Hierzu of¬ fenbaren die Schriften US 4,063,851 AI, EP 0 032 646 AI und EP 2 573 325 AI unterschiedlichste Konstruktionen, wobei bei jeder der darin gezeigten Lösung die Prallkühlbleche nur eine Kühlungsfunktion übernehmen. Andere Funktionen besitzen sie nicht . Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hohlschaufel für eine Strömungsmaschine zu schaffen, die eine hohe Festigkeit hat und mit der sich im Betrieb der Strömungsmaschine eine nied- rige Temperatur der Hohlschaufel erreichbar ist.
Der erfindungsgemäße Hohlschaufelkörper für eine Hohlschaufel weist eine Schaufelwand mit einer Druckseite, die an ihrer Innenseite mindestens ein erstes Schaufelverbindungselement aufweist, und einer Saugseite auf, die an ihrer Innenseite mindestens ein dem ersten Schaufelverbindungselement gegen¬ überliegendes zweites Schaufelverbindungselement aufweist, wobei das erste Schaufelverbindungselement mit mindestens ei¬ nem ersten Rippenverbindungselement, das an einem ersten Längsende einer Einsteckrippe) angeordnet ist, und das zweite Schaufelverbindungselement mit mindestens einem zweiten Rip¬ penverbindungselement, das an einem dem ersten Längsende ab¬ gewandten zweiten Längsende der Einsteckrippe angeordnet ist, derart in Eingriff derart festgelegt ist, dass sie auf Zug belastbar ist, um so eine Versteifung der Hohlschaufel bewirken zu können.
Die erfindungsgemäße Einsteckrippe für eine Hohlschaufel weist mindestens ein erstes Rippenverbindungselement, das an mindestens einem ersten Längsende der Einsteckrippe angeord¬ net ist, und ein zweites Rippenverbindungselement auf, das an einem dem ersten Längsende abgewandten zweiten Längsende der Einsteckrippe angeordnet ist, wobei das erste Rippenverbin¬ dungselement mit mindestens einem an der Innenseite einer Druckseite einer Schaufelwand eines Hohlschaufelkörpers ange¬ ordneten ersten Schaufelverbindungselement und das zweite Rippenverbindungselement mit mindestens einem an der Innen¬ seite einer Saugseite der Schaufelwand angeordneten zweiten Schaufelverbindungselement, das dem ersten Schaufelverbin- dungselement gegenüberliegend angeordnet ist, derart in Ein¬ griff bringbar ist, dass die Einsteckrippe an dem Hohlschau¬ felkörper festgelegt ist und eine derartige Versteifung der Hohlschaufel bewirkt, dass ein Verbeulen reduziert wird. Vor- zugsweise ist die Einsteckrippe mit dem Schaufelhohlkörper verhakt .
Die erfindungsgemäße Hohlschaufel für eine Strömungsmaschine, weist den Hohlschaufelkörper und die Einsteckrippe auf, wobei das erste Schaufelverbindungselement mit dem ersten Rippen¬ verbindungselement und das zweite Schaufelverbindungselement mit dem zweiten Rippenverbindungselement derart in Eingriff stehen, dass die Einsteckrippe an dem Hohlschaufelkörper festgelegt ist und eine auf Zug belastbare Versteifung der Hohlschaufel bewirkt.
Durch die Versteifung der Hohlschaufel mit der Einsteckrippe kann vorteilhaft eine hohe Festigkeit der Schaufel auch bei einer geringen Dicke der Schaufelwand erreicht werden. Da¬ durch und weil sich im Betrieb aufgrund der geringen Dicke niedrige Temperaturen für die Hohlschaufel erreichen lassen, hat die Hohlschaufel eine lange Lebensdauer. Weiterhin kann die Einsteckrippe aus einem anderen und kostengünstigeren Ma- terial als der Hohlschaufelkörper hergestellt sein, so dass die die Hohlschaufel vorteilhaft kostengünstig ist. Durch das Vorsehen der Einsteckrippe wird die innen liegende Oberfläche der Hohlschaufel vergrößert, wodurch eine größere Menge an Wärme mit einem in der Hohlschaufel strömenden Kühlfluid abführbar ist, als es ohne das Vorsehen der Einsteckrippe der Fall wäre. Der Hohlschaufelkörper und die Einsteckrippe wer¬ den in getrennten Herstellungsverfahren fertiggestellt, wodurch eine komplexere Geometrie der Einsteckrippe möglich ist als es der Fall wäre, wenn die Einsteckrippe zusammen mit dem Hohlschaufelkörper in einem einzigen Verfahrensschritt gegossen würde .
Es ist bevorzugt, dass mindestens eins der Schaufelverbin¬ dungselemente mindestens eine in die Schaufelwand einge- brachte Schaufelwandnut aufweist. Mindestens eins der Schau¬ felverbindungselemente weist bevorzugt mindestens einen von der Schaufelwand vorstehenden Schaufelvorsprung auf. Bei der Schaufelwandnut und dem Schaufelvorsprung lässt sich die Ein- steckrippe beispielsweise durch ein einfaches Schieben in den Hohlschaufelkörper einbringen.
Es ist bevorzugt, dass das erste und das zweite Schaufelver- bindungselement jeweils einen von der Schaufelwand vorstehen¬ den Schaufelvorsprung aufweisen, der mit der Schaufelwand eine Nut begrenzt, wobei eine der beiden Nuten zur Vorderkante des Hohlschaufelkörpers hin offen ist und die andere der bei¬ den Nuten zur Hinterkante des Hohlschaufelkörpers hin offen ist, so dass durch eine Drehbewegung der Einsteckrippe die Rippenverbindungselemente in Eingriff mit den Schaufel¬ verbindungselementen bringbar sind. Die Einsteckrippe weist bevorzugt eine Drehachse sowie das erste und zweite Rippen¬ verbindungselement weist bevorzugt jeweils einen Rippenvor- sprung auf, wobei bei einer Drehbewegung der Einsteckrippe um die Drehachse in einer Drehrichtung die Rippenvorsprünge in ihrer Drehrichtung von der Einsteckrippe vorstehen, so dass mit der Drehbewegung die Rippenvorsprünge mit Nuten der
Schaufelverbindungselemente verhakend in Eingriff bringbar sind. Durch das Drehen kann die Einsteckrippe selbst dann in den Eingriff mit dem Hohlschaufelkörper gebracht werden, wenn der Abstand von der Druckseite zu der Saugseite entlang der Schaufelhöhe variiert und somit ein Schieben der Einsteckrip¬ pe nicht erfolgen kann.
Der Hohlschaufelkörper weist bevorzugt eine sich von der Druckseite zur Saugseite erstreckende Schaufelrippe auf, so dass im Inneren des Hohlschaufelkörpers ein im Bereich der Vorderkante des Hohlschaufelkörpers angeordneter Vorderkan- tenkanal und ein im Bereich der Hinterkante angeordneter Hinterkantenkanal gebildet ist, wobei die Schaufelverbin¬ dungselemente im Vorderkantenkanal angeordnet sind. Im Be¬ trieb der Strömungsmaschine kann eine Verbeulung der Vorderkante der Hohlschaufel erfolgen. Die Einsteckrippe im Vorder- kantenkanal vorzusehen führt zu einer Versteifung der Vorderkante und unterbindet somit vorteilhaft die Verbeulung der Vorderkante . Es ist bevorzugt, dass die Einsteckrippe mindestens zwei fest miteinander verbundene Querstege aufweist, die in Richtung von der Vorderkante zur Hinterkante der Hohlschaufel neben¬ einander angeordnet sind, wobei an jedem der Längsenden der Querstege mindestens eins der Rippenverbindungselemente ange¬ ordnet ist. Indem die mindestens zwei Querstege mit jeweils zwei Rippenverbindungselementen vorgesehen sind, weist die bevorzugte Einsteckrippe mindestens vier Rippenverbindungs¬ elemente auf, die mit mindestens vier entsprechenden Schau- felverbindungselementen verhakend in Eingriff stehen. Dadurch ist eine besonders starke Versteifung der Hohlschaufel bewerkstelligbar .
Die Einsteckrippe ist bevorzugt durch ein Gießverfahren, durch Biegen eines Blechs, durch selektives Lasersintern und/oder selektives Laserschmelzen hergestellt. Bei dem se¬ lektiven Lasersintern und dem selektiven Laserschmelzen sind vorteilhaft geringe Fertigungstoleranzen und eine aufwändige Geometrie erzielbar. Bei dem Biegen eines Blechs handelt es sich vorteilhaft um ein einfaches Herstellungsverfahren.
Es ist bevorzugt, dass die in Eingriff mit den Rippenverbindungselementen stehenden Schaufelverbindungselemente eine Winkelverbindung, eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Ver- zahnung und/oder eine Omegaverbindung bilden. Bei den genannten Verbindungen handelt es sich vorteilhaft um hakenartige feste Verbindungen, die sich im Betrieb der Strömungsmaschine nicht lösen. Die Hohlschaufel weist bevorzugt ein eine Mehr¬ zahl an Löchern aufweisendes Prallblech auf, das derart im Inneren der Hohlschaufel angeordnet ist, dass via die Löcher die Oberfläche der Einsteckrippe mit einem Kühlfluid
anströmbar ist. Dadurch ist eine große Oberfläche der Hohl¬ schaufel durch eine Prallkühlung kühlbar. Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine Hohlschaufel mit einer ersten Einsteckrippe, FIG 2 eine Hohlschaufel mit einer zweiten Einsteckrippe, FIG 3 eine Hohlschaufel mit einer dritten Einsteckrippe,
FIG 4 ein Detail der Figur 3,
FIG 5 ein Detail einer Hohlschaufel mit einer vierten Ein¬ steckrippe,
FIG 6 ein Detail einer Hohlschaufel mit einer fünften Ein¬ steckrippe,
FIG 7 ein Detail einer Hohlschaufel mit einer sechsten Ein- steckrippe und
FIG 8 ein Detail einer Hohlschaufel mit einer siebten Ein¬ steckrippe . Wie es aus Figuren 1 bis 3 ersichtlich ist, weist eine Hohl¬ schaufel 1 einen Hohlschaufelkörper und eine Einsteckrippe auf. Der Hohlschaufelkörper weist eine Schaufelwand 6 mit ei¬ ner Außenseite 8 und einer Innenseite 9 auf. Die Innenseite 9 begrenzt einen innen liegenden Hohlraum des Hohlschaufel- körpers . Im Betrieb einer Strömungsmaschine, in der die Hohl¬ schaufel 1 eingebaut ist, wird die Außenseite 8 von einem Ar- beitsfluid der Strömungsmaschine angeströmt. Der Hohlschau¬ felkörper weist weiterhin eine in Stromaufrichtung des Ar- beitsfluids gelegene Vorderkante 2 und eine in Stromabrich- tung des Arbeitsfluids gelegene Hinterkante 3 auf. Zudem weist der Hohlschaufelkörper eine Druckseite 4 und eine Saug¬ seite 5 auf.
Der Hohlschaufelkörper weist eine Schaufelrippe 7 auf, die sich von der Druckseite 4 zur Saugseite 5 erstreckt, so dass der Hohlraum der Hohlschaufel 1 aufgeteilt wird in einen im Bereich der Vorderkante 2 angeordneten Vorderkantenkanal 10 und einen im Bereich der Hinterkante 3 angeordneten Hinterkantenkanal 11.
Die Hohlschaufel 1 aus Figur 1 weist in ihrem Vorderkanten- kanal 10 eine erste Einsteckrippe 12 und die Hohlschaufel 1 aus Figur 2 weist in ihrem Vorderkantenkanal 10 eine zweite Einsteckrippe 13 auf. Dazu weisen die Hohlschaufelkörper in Figuren 1 und 2 an der Druckseite 4 zwei Schaufelverbindungs¬ elemente und an der Saugseite 5 zwei Schaufelverbindungsele- mente in Form von in die Schaufelwand 6 eingebrachter Schau¬ felnuten 24 auf. Die Schaufelnuten 24 erstrecken sich in Richtung der Schaufelhöhe, so dass die erste Einsteckrippe 12 und die zweite Einsteckrippe 13 durch ein Schieben in der Richtung der Schaufelhöhe in den Hohlschaufelkörper einge- bracht werden können.
Die erste Einsteckrippe 12 und die zweite Einsteckrippe 13 weisen zwei fest miteinander verbundene Querstege auf, die in Richtung von der Vorderkante 2 zur Hinterkante 3 der Hohl- schaufei 1 nebeneinander angeordnet sind, wobei an jedem der Längsenden der Querstege mindestens eins der Rippenverbindungselemente angeordnet ist. Die Rippenverbindungselemente weisen jeweils einen Vorsprung auf, der von dem jeweiligen Quersteg vorsteht. Die Rippenverbindungselemente stehen mit jeweils einer der Schaufelwandnuten 24 in Eingriff und werden auf Zug belastet, wenn die Schaufelwände aufgrund thermischer Einflüsse sich voneinander weg bewegen möchten. Aufgrund dieser Ausgestaltung behindern auf Zug belastbare Einsteckrippen ein Verbeulen der Schaufelwände.
Der erste Quersteg gemäß Figur 1 ist gebildet von einem ers¬ ten Endquersteg 20, an dessen einem Ende eins der in Eingriff mit der Saugseite 5 stehenden Rippenverbindungselemente ange¬ ordnet ist und an dessen anderem Ende ein erster Längssteg 21 fest angebracht ist, von einem zweiten Endquersteg 20, an dessen einem Ende eins der in Eingriff mit der Druckseite 4 stehenden Rippenverbindungselemente angeordnet ist und an dessen anderem Ende ein zweiter Längssteg 21 fest angebracht ist, und von einem Mittelquersteg 19, an dessen Längsenden der erste und zweite Längssteg 21 fest angebracht sind. Der zweite Quersteg 24 gemäß Figur 2 ist gebildet von einem drit¬ ten Endquersteg 20, an dessen einem Ende das andere der in Eingriff mit der Saugseite 5 stehende Rippenverbindungsele¬ mente angeordnet ist und an dessen anderem Längsende der ers¬ te Längsquersteg fest angebracht ist, von einem vierten End¬ quersteg 20, an dessen einem Ende das andere der in Eingriff mit der Druckseite 4 stehende Rippenverbindungselemente ange- ordnet ist und an dessen anderem Ende der zweite Längs¬ quersteg 21 fest angebracht ist, und von dem Mittelquersteg 19.
Die beiden Querstege gemäß Figur 2 sind gebildet von einem ersten Quersteg 22 und einem zweiten Quersteg 22. Die zweite Einsteckrippe 13 weist weiterhin einen Längssteg 23 auf, des¬ sen Längsenden fest mit dem ersten Quersteg 22 und dem zweiten Quersteg 22 verbunden sind. Wie es aus Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, ist jeder der beiden Vorderkantenkanäle 10 durch die jeweilige Einsteckrippe 12, 13 in vier Teilkanäle unterteilt. In jeden der Teilkanäle ist jeweils ein ringför¬ miges Prallblech 34 mit jeweils einer Mehrzahl an Löchern eingebracht, so dass alle innen liegenden Oberflächen der Hohlschaufeln 1 durch ein Kühlfluid, welches sich im Inneren der ringförmigen Prallbleche 34 befindet, senkrecht anström¬ bar sind.
Der Hohlschaufelkörper gemäß Figur 3 weist als Schaufelverbindungselemente einen an der Saugseite 5 angebrachten ersten Schaufelvorsprung 26a und einen an der Druckseite 4 angebrachten zweiten Schaufelvorsprung 26b auf. Der erste Schaufelvorsprung 26a begrenzt mit der saugseitigen Schaufelwand 6 eine erste Nut 36 und der zweite Schaufelvorsprung 26b be¬ grenzt mit der druckseitigen Schaufelwand 6 eine zweite Nut 37. Die erste Nut 36 ist zur Vorderkante 2 hin offen und die zweite Nut 37 ist zur Hinterkante 3 hin offen. Die Hohlschau¬ fel 1 gemäß Figur 3 weist eine dritte Einsteckrippe 14 auf, die einen Quersteg 25 sowie als Rippenverbindungselemente ei- nen ersten Rippenvorsprung 38 und einen zweiten Rippenvorsprung 39 aufweist. Der erste Rippenvorsprung 38 steht von der dritten Einsteckrippe 14 in Richtung zu der Hinterkante 3 vor und der zweite Rippenvorsprung 39 steht von der dritten Einsteckrippe 14 in Richtung zu der Vorderkante 2 vor. Da¬ durch ist erreicht, dass durch eine Drehbewegung der dritten Einsteckrippe 14 um eine Drehachse 35 in einer Drehrichtung 40 der erste Rippenvorsprung 38 mit der ersten Nut 36 und gleichzeitig der zweite Rippenvorsprung 39 mit der zweiten Nut 37 in Eingriff bringbar ist.
Figur 4 zeigt in einer Vergrößerung den ersten Schaufelvorsprung 26a und den ersten Rippenvorsprung 38 aus Figur 3. Der erste Schaufelvorsprung 26a bildet zusammen mit dem ersten Rippenvorsprung 38 eine Winkelverbindung. Dazu hat der erste Schaufelvorsprung 26a die Form eines rechten Winkels, den die dritte Einsteckrippe 14 umgreift. Figur 5 zeigt eine Hohl¬ schaufel 1 mit einer vierten Einsteckrippe 15, die in Ein¬ griff mit einem von der Schaufelwand 6 vorstehenden dritten Schaufelvorsprung 27 steht. Die vierte Einsteckrippe 15 bil¬ det mit dem dritten Schaufelvorsprung 27 ebenfalls eine Winkelverbindung. Diese unterscheidet sich von der Winkelverbindung gemäß Figur 4 darin, dass der dritte Schaufelvorsprung 27 an dem freiliegenden Ende des rechten Winkels einen weite- ren rechten Winkel aufweist, so dass der dritte Schaufelvor¬ sprung 27 eine zur Schaufelwand 6 offene Nut aufweist, in die die vierte Einsteckrippe 15 eingreift.
Figur 6 zeigt eine Hohlschaufel 1 mit einer fünften Einsteck- rippe 16. Als Schaufelverbindungselement weist der Hohlschau¬ felkörper einen vierten Schaufelvorsprung 28 auf und als Rippenverbindungselement weist die fünfte Einsteckrippe 16 eine schwalbenschwanzförmige Nut auf, die zusammen eine Schwalben- schanzverbindung bilden. Dazu weist der vierte Schaufelvor- sprung 28 einen Schwalbenschwanz auf, der in die schwalbenschwanzförmige Nut der fünften Einsteckrippe 16 eingreift. Dabei ist es ebenso denkbar, dass die fünfte Einsteckrippe 16 einen Schwalbenschwanz aufweist, der in eine Nut des Hohlschaufelkörpers eingreift.
Figur 7 zeigt eine Hohlschaufel 1 mit einer sechsten Ein- steckrippe 17. Als Schaufelverbindungselement weist der Hohl¬ schaufelkörper einen fünften Schaufelvorsprung 29 auf, der die Form eines rechteckigen Winkels hat und an dessen der Innenseite 9 gegenüberliegenden Fläche Zähne angeordnet sind. Als Rippenverbindungselement weist die sechste Einsteckrippe 17 einen Vorsprung auf, an dem ebenfalls Zähne angeordnet sind. Die Zähne der sechsten Einsteckrippe 17 und die Zähne des fünften Schaufelvorsprungs 29 greifen ineinander und bil¬ den dadurch eine Verzahnung. Die Zähne der sechsten Einsteckrippe 17 und des fünften Schaufelvorsprungs 29 sind dabei derart geformt, dass beim in Eingriff stehen eine Relativbe¬ wegung der sechsten Einsteckrippe 17 und des fünften Schaufelvorsprungs 29 in einer Richtung von der Druckseite 4 zur Saugseite 5 nicht ermöglicht ist. Gleichzeitig ist eine Rela¬ tivbewegung in Richtung von der Vorderkante 2 zur Hinterkante 3 ermöglicht, so dass die Zähne in Eingriff bringbar sind. Indem die Relativbewegung von der Druckseite zur Saugseite unterbunden ist, ist es ermöglicht, dass zwischen der sechs¬ ten Einsteckrippe 17 und der Schaufelwand 6 ein Spalt ausge¬ bildet sein kann.
Figur 8 zeigt eine Hohlschaufel 1 mit einer siebten Einsteck¬ rippe 18. Als Schaufelverbindungselement weist der Hohlschau¬ felkörper einem sechsten Schaufelvorsprung 30 auf und als Rippenverbindungselement weist die siebte Einsteckrippe 18 eine Nut auf, die zusammen eine Omegaverbindung bilden. Dazu hat der sechste Schaufelvorsprung 30 die Form eines rechten Winkels, an dessen freistehendem Ende eine Verdickung angeformt ist. Die Verdickung greift in die Nut der siebten Einsteckrippe 18 ein. Dabei ist es ebenso denkbar, dass die siebte Einsteckrippe 18 an ihrem Ende eine Verdickung auf¬ weist, die in eine Nut des Hohlschaufelkörpers eingreift.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Hohlschaufelkörper für eine Hohlschaufel (1),
mit einer Schaufelwand (6) mit einer Druckseite (4), die an ihrer Innenseite (9) mindestens ein erstes Schaufelverbin¬ dungselement aufweist, und einer Saugseite (5) , die an ih¬ rer Innenseite (9) mindestens ein dem ersten Schaufelverbindungselement gegenüberliegendes zweites Schaufelverbin- dungselement aufweist,
wobei das erste Schaufelverbindungselement mit mindestens einem ersten Rippenverbindungselement, das an einem ersten Längsende einer Einsteckrippe (12 bis 18) angeordnet ist, und das zweite Schaufelverbindungselement mit mindestens einem zweiten Rippenverbindungselement, das an einem dem ersten Längsende abgewandten zweiten Längsende der Einsteckrippe (12 bis 18) angeordnet ist, derart in Eingriff bringbar ist, dass die Einsteckrippe (12 bis 18) an dem Hohlschaufelkörper derart festgelegt ist, dass sie auf Zug belastbar ist, um so und eine Versteifung der Hohlschaufel
(1) bewirken zu können.
2. Hohlschaufelkörper gemäß Anspruch 1,
wobei mindestens eins der Schaufelverbindungselemente min- destens eine in die Schaufelwand (6) eingebrachte Schaufel¬ wandnut (24) aufweist.
3. Hohlschaufelkörper gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei mindestens eins der Schaufelverbindungselemente min- destens einen von der Schaufelwand (6) vorstehenden Schau¬ felvorsprung (26 bis 30) aufweist.
4. Hohlschaufelkörper gemäß Anspruch 3,
wobei das erste und das zweite Schaufelverbindungselement jeweils einen von der Schaufelwand (6) vorstehenden Schau¬ felvorsprung aufweisen, der mit der Schaufelwand (6) eine Nut (36, 37) begrenzt,
wobei eine der beiden Nuten (36, 37) zur Vorderkante (2) des Hohlschaufelkörpers hin offen ist und die andere der beiden Nuten (36, 37) zur Hinterkante (3) des Hohlschaufel¬ körpers hin offen ist, so dass durch eine Drehbewegung der Einsteckrippe (12 bis 18) die Rippenverbindungselemente in Eingriff mit den Schaufelverbindungselementen bringbar sind .
5. Hohlschaufelkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hohlschaufelkörper eine sich von der Druckseite (4) zur Saugseite (5) erstreckende Schaufelrippe (7) auf¬ weist, so dass im Inneren des Hohlschaufelkörpers ein im Bereich der Vorderkante (2) des Hohlschaufelkörpers an¬ geordneter Vorderkantenkanal (10) und ein im Bereich der Hinterkante (3) angeordneter Hinterkantenkanal (11) gebil- det ist, wobei die Schaufelverbindungselemente im Vorder¬ kantenkanal (10) angeordnet sind.
6. Einsteckrippe für eine Hohlschaufel (1),
mit mindestens einem ersten Rippenverbindungselement, das an mindestens einem ersten Längsende der Einsteckrippe (12 bis 18) angeordnet ist, und einem zweiten Rippenverbindungselement, das an einem dem ersten Längsende abgewandten zweiten Längsende der Einsteckrippe (12 bis 18) angeordnet ist,
wobei das erste Rippenverbindungselement mit mindestens ei¬ nem an der Innenseite (9) einer Druckseite (4) einer Schau¬ felwand (6) eines Hohlschaufelkörpers (1) angeordneten ers¬ ten Schaufelverbindungselement und das zweite Rippenver¬ bindungselement mit mindestens einem an der Innenseite (9) einer Saugseite (4) der Schaufelwand (6) angeordneten zwei¬ ten Schaufelverbindungselement, das dem ersten Schaufelver¬ bindungselement gegenüberliegend angeordnet ist, derart in Eingriff bringbar ist, dass die Einsteckrippe (12 bis 18) an dem Hohlschaufelkörper festgelegt ist und eine Verstei- fung der Hohlschaufel (1) bewirkt.
7. Einsteckrippe gemäß Anspruch 6,
wobei die Einsteckrippe eine Drehachse sowie das erste und zweite Rippenverbindungselement jeweils einen Rippenvor- sprung (38, 39) aufweisen,
wobei bei einer Drehbewegung der Einsteckrippe (12 bis 18) um die Drehachse in einer Drehrichtung die Rippenvorsprünge (38, 39) in ihrer Drehrichtung von der Einsteckrippe (12 bis 18) vorstehen, so dass mit der Drehbewegung die Rippenvorsprünge (38, 39) mit Nuten (36, 37) der Schaufelverbin- dungselemente in Eingriff bringbar sind.
8. Einsteckrippe gemäß einem Anspruch 6 oder 7,
wobei die Einsteckrippe (12, 13) mindestens zwei fest mit¬ einander verbundene Querstege (19, 20, 22) aufweist, die in Richtung von der Vorderkante (2) zur Hinterkante (3) der
Hohlschaufel (1) nebeneinander angeordnet sind,
wobei an jedem der Längsenden der Querstege (19, 20, 22) mindestens eins der Rippenverbindungselemente angeordnet ist .
9. Einsteckrippe gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 ,
wobei die Einsteckrippe durch ein Gießverfahren, durch Biegen eines Blechs, durch selektives Lasersintern und/oder selektives Laserschmelzen hergestellt ist.
10. Hohlschaufel für eine Strömungsmaschine,
mit einem Hohlschaufelkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und einer Einsteckrippe (12 bis 18) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9,
wobei das erste Schaufelverbindungselement mit dem ersten
Rippenverbindungselement und das zweite Schaufelverbin¬ dungselement mit dem zweiten Rippenverbindungselement der¬ art in Eingriff stehen, dass die Einsteckrippe (12 bis 18) an dem Hohlschaufelkörper festgelegt ist und eine Verstei- fung der Hohlschaufel (1) bewirkt.
11. Hohlschaufel gemäß Anspruch 10,
wobei die in Eingriff mit den Rippenverbindungselementen stehenden Schaufelverbindungselemente eine Winkelverbin¬ dung, eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Verzahnung und/oder eine Omegaverbindung bilden.
12. Hohlschaufel gemäß Anspruch 10 oder 11,
wobei die Hohlschaufel (1) ein eine Mehrzahl an Löchern aufweisendes Prallblech aufweist, das derart im Inneren der Hohlschaufel (1) angeordnet ist, dass via die Löcher die
Oberfläche der Einsteckrippe (12 bis 18) mit einem Kühl- fluid anströmbar ist.
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