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Patent Searching and Data


Title:
CASTING METHOD AND CAST COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/053838
Kind Code:
A2
Abstract:
Thick-walled parts made by means of a casting method often exhibit, in those thick zones, the worst mechanical properties since the solidification speed in said zones is reduced relative to the thin-walled zone and frequently induces the worst mechanical properties. The inventive method consists in incorporating control elements (7) in a melting charge (4), said elements increasing locally the solidification speed of the melting charge (4).

Inventors:
JANSSEN STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2005/055766
Publication Date:
May 26, 2006
Filing Date:
November 04, 2005
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
JANSSEN STEFAN (DE)
International Classes:
B22D11/112; B22D19/00; B22D27/04
Foreign References:
US5314000A1994-05-24
US3726331A1973-04-10
Other References:
See also references of EP 1812186A2
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Gussverfahren, bei dem um zumindest ein nicht aufgeschmolzenes Kontroll element (7) die Schmelze (4) oder in die Schmelze (4) zu¬ mindest ein noch nicht aufgeschmolzenes Kontrollelement (7) eingebracht wird, das der Schmelze (4) bei der Abkühlung zusätzlich Wärme (Q) entzieht, wobei das Material zumindest eines Kontrollelements (7) integraler Bestandteil des durch das Gussverfahren er¬ zeugten Bauteils wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollelement (7) in einem Bereich der Schmelze (4) eingebracht ist oder wird, das einem dickwandigen Bereich (16) eines aus der Schmelze (4) herzustellendem Bauteil (13) entspricht.
2. Gussverfahren, bei dem um zumindest ein nicht aufgeschmolzenes Kontroll¬ element (7) die Schmelze (4) oder in die Schmelze (4) zu¬ mindest ein noch nicht aufgeschmolzenes Kontrollelement (7) eingebracht wird, das der Schmelze (4) bei der Abkühlung zusätzlich Wärme (Q) entzieht, wobei das Material zumindest eines Kontrollelements (7) integraler Bestandteil des durch das Gussverfahren er¬ zeugten Bauteils wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollelement (7) dort in die Schmelze (4) eingebracht wird, wo nach Erstarrung der Schmelze (4) in dem aus der Schmelze (4) herzustellenden Bauteil (13) bei einer nach folgenden Bearbeitung des Bauteils (13) Material abgetra¬ gen werden wird.
3. Gussverfahren, bei dem um zumindest ein nicht aufgeschmolzenes Kontroll¬ element (7) die Schmelze (4) oder in die Schmelze (4) zu¬ mindest ein noch nicht aufgeschmolzenes Kontrollelement (7) eingebracht wird, das der Schmelze (4) bei der Abkühlung zusätzlich Wärme (Q) entzieht, wobei das Material zumindest eines Kontrollelements (7) integraler Bestandteil des durch das Gussverfahren er zeugten Bauteils wird, dadurch gekennzeichnet, dass solange die Schmelze (4) noch flüssig ist und/oder während der Erstarrung der Schmelze (4) das Kontrollelement (7) höchstens teilweise aufschmilzt.
4. Gussverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass solange die Schmelze (4) noch flüssig ist und/oder während der Erstarrung der Schmelze (4) das Kontrollelement (7) zumindest teilweise aufschmilzt.
5. Gussverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollelement (7) nicht aufschmilzt.
6. Gussverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass solange die Schmelze (4) noch flüssig ist und/oder während der Erstarrung der Schmelze (4) das Kontrollelement (7) ganz aufschmilzt.
7. Gussverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass solange die Schmelze (4) noch flüssig ist und/oder während der Erstarrung der Schmelze (4) das Kontrollelement (7) höchstens teilweise aufschmilzt.
8. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (4) in eine Gussform (10) eingebracht wird, und dass das Material des Kontrollelements (7) von dem der Gussform (10) verschieden ist.
9. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollelement (7) metallisch ist.
10. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollelement (7) in einem Bereich der Schmelze (4) eingebracht ist oder wird, das einem dickwandigen Bereich (16) eines aus der Schmelze (4) herzustellendem Bauteil (13) entspricht.
11. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollelement (7) insbesondere dort in die Schmelze (4) eingebracht wird, wo nach Erstarrung der Schmelze (4) in dem aus der Schmelze (4) herzustellenden Bauteil (13) bei einer nach¬ folgenden Bearbeitung des Bauteils (13) Material abgetra¬ gen werden soll.
12. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollelemente (7) gleich groß sind.
13. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollelemente (7) verschieden groß sind.
14. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmelze eine Graugussschmelze (4), insbesondere mit Kugelgrafit, verwendet wird.
15. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sphärolithische Graphitausbildung in der erstarrten Schmelze erzielt wird.
16. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmelze eine Schmelze (4) einer nickel, kobalt oder eisenbasierten Superlegierung oder eine Stahlschmelze verwendet wird.
17. Gussverfahren nach Anspruch 1 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Gussverfahren ein Bauteil (13) einer Dampf oder Gasturbine (100) hergestellt wird, insbesondere ein Gehäusebauteil.
18. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kontrollelement (7) aktiv gekühlt wird.
19. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Gussverfahren kein Material umspritzt wird, also kein Spritzverfahren darstellt.
20. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kontrollelement (7) ein massiver, fester und kristalliner Körper ist.
21. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollelement (7) eine längliche Form, insbesondere eine längliche symmetrische Form, insbesondere mit zylindrischer Ausgestaltung, aufweist.
22. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kontrollelements (7) zumindest artgleich mit dem Material der Schmelze (4) ist.
23. Gegossenes Bauteil (13), das aus erstarrter, gegossener Schmelze (4) und zumindest einem nicht gegossenen Kontrollelement (7) besteht.
24. Bauteil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (13) dickwandige Bereiche (16) und ins¬ besondere auch dünnwandige Bereiche aufweist, und dass das zumindest eine Kontrollelement (7) in dem dick¬ wandigen Bereichen (16) vorhanden ist.
25. Bauteil nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (13) ein Graugussteil ist.
Description:
Gussverfahren und gegossenes Bauteil

Die Erfindung betrifft ein Gussverfahren gemäß dem Anspruch 1 und ein gegossenes Bauteil gemäß Anspruch 23.

Durch moderne Modellierungs- und Simulationswerkzeuge zur Gusserstarrung können komplexe Gussprozesse heute gut be¬ herrscht werden. Eine bessere und gezielte Einstellung von Gefügen und Eigenschaften ist damit möglich. Es lassen sich für kritische Bauteilbereiche im Gießprozess bessere mechani¬ sche Eigenschaften mit einer höheren Reproduzierbarkeit ein¬ stellen. Bei dickwandigen Bereichen von Gussbauteilen, beispielsweise in Flanschbereichen von Gehäusen für Gasturbinen oder Dampf¬ turbinen, ist die gusstechnische Einstellung des beispiels¬ weise geforderten homogenen globulitischen Gefüges bei der Graphitausprägung schwierig. Dies liegt an der schlechten Ab¬ führung der Wärme und Erstarrungsenergie. Dadurch kommt es in diesen hoch belasteten Bauteilbereichen mit zunehmender Wand¬ stärke zu einem Abfall der mechanischen Werte.

Die US-PS 5,314,000 offenbart ein Verfahren zur Kontrollie¬ rung der Korngröße während eines Gussverfahrens.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, oben genanntes Problem zu überwinden.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gussverfahren gemäß An¬ spruch 1 und ein gegossenes Bauteil gemäß Anspruch 20.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise mit- einander kombiniert werden können.

Es zeigen

Figur 1 eine Gussform mit Schmelze und Kontrollelementen,

Figur 2 das Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 3 ein Bauteil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfah¬ ren hergestellt wird,

Figur 4 eine Turbinenschaufel,

Figur 5 eine Brennkammer,

Figur 6 eine Gasturbine, Figur 7 eine Dampfturbine.

In Figur 1 ist eine Vorrichtung 1 aus einer Gussform 10 mit einer Schmelze 4 und zumindest einem, hier beispielsweise zwei Kontrollelementen 7 dargestellt.

In die Gussform 10 wird die Schmelze 4 eingebracht. Entweder vor, während oder nach dem Einbringen der Schmelze 4 in die Gussform 10 werden zumindest ein, mehrere, hier bei¬ spielsweise zwei Kontrollelemente 7 eingebracht. Die Kontrollelemente 7 bestehen insbesondere aus dem identischen Material wie die Schmelze 4.

Ebenso kann das Material der Kontrollelemente 7 artgleich zu dem Material der Schmelze 4 sein, d.h. das Kontrollelement 7 weist alle Elemente der Schmelze 4 mit Abweichungen für die einzelnen Elemente auf, insbesondere von +/- 20% und insbesondere +/- 10% für die einzelnen Elemente (Zumindest artgleich bedeutet artgleich oder identisch) . Vorzugsweise enthält das Kontrollelement 7 die chemischen Legierungselemente der Schmelze 4. Ebenso können bei den oben genannten Beispielen Elmente der Schmelze 4 mit geringen Gewichtsanteilen (<5wt, insbesondere <lwt%) nicht in dem Material der Kontrollelemente 7 vorhanden sein. Vorzugsweise besteht das Kontrollelement 7 aus den chemischen Legierungselementen der Schmelze 4.

Die Schmelztemperatur der Kontrollelemente 7 kann daher kleiner, gleich oder größer als die Schmelztemperatur des Materials der Schmelze 4 sein.

Die Kontrollelemente 7 können also metallisch, keramisch oder aus Glas sein.

Die Temperatur der Kontrollelemente 7 kann vorher eingestellt werden, bevor sie mit der Schmelze 4 in Berührung kommen. Dies kann durch Erwärmung oder Kühlung je nach Bedarf erfol- gen.

Ebenfalls können die Kontrollelemente 7 aktiv gekühlt werden, in dem ein Kühlmittel beispielsweise durch die Kontrollele¬ mente 7 geleitet wird oder an einem Ende mit zumindest einem Kontrollelement 7 in Berührung gebracht wird, so dass eine aufgezwungene Kühlung erfolgt.

Die Kontrollelemente 7 sind anfangs noch nicht aufgeschmol¬ zen. Insbesondere können, müssen aber nicht, die Kontrollele¬ mente 7, nachdem sie mit der Schmelze 4 in Kontakt gekommen sind, während der flüssigen Phase der Schmelze 4 (Phase in der die Schmelze vorliegt) oder während der Erstarrung der Schmelze 4 zumindest teilweise oder ganz aufschmelzen. Vorzugsweise schmelzen die Kontrollelemente 7 höchstens teilweise auf, d.h. ein Teil des Kontrollelements 7 schmilzt nicht auf.

Die Kontrollelemente 7 sind nicht aus dem Material wie die Gussform 10, sondern dienen zur zusätzlichen Abführung von Wärme aus der Schmelze. Die Kontrollelemente 7 sind also auch keine Gusskerne. Ihr Material bildet nach der Erstarrung einen integralen Bestand¬ teil des gegossenen Bauteils 13.

Die Kontrollelemente 7 sind insbesondere ein fester kristal¬ liner Körper und nicht wie bei einer Gussform bei einem Guss¬ verfahren aus einzelnen Körnern aufgebaut (Sandform) , die beispielsweise durch einen Binder miteinander verbunden sind. Das Kontrollelement 7 ist beispielsweise ein gesinterter Kör¬ per aus vielen Körnern.

Das erfindungsgemäße Gussverfahren stellt auch kein Spritz¬ verfahren dar, bei dem ein Material mit einem aufgeschmolze¬ nen oder weichen Material umspritzt wird.

Die Kontrollelemente 7 können gleich oder verschieden groß sein.

Die Kontrollelemente 7 weisen eine längliche Form auf und sind insbesondere symmetrisch, insbesondere zylindrisch aus¬ gebildet.

Ein Bauteil 13, das durch das Gussverfahren hergestellt wird, kann beispielsweise ein Bauteil einer Dampf- 300, 303 oder Gasturbine 100 für ein Flugzeug oder für die Energieerzeugung darstellen, wobei es dann insbesondere ein Gehäusebauteil darstellt.

Dabei werden hochwertige Stähle bzw. nickel-, kobalt- oder eisenbasierte Superlegierungen verwendet.

Figur 2a, b zeigen schematisch die Wirkungsweise des erfin¬ dungsgemäßen Gussverfahren.

In Figur 2a ist ein bspw. quaderförmiges Wandelement eines Bauteils in einem Gussverfahren nach dem Stand der Technik dargestellt. Die zeitliche Abfuhr von Wärmeenergie dQ/dt ist hier mit Q dargestellt. Insbesondere bei dickwandigen Bauteilen mit einer großen Breite b dauert es sehr lange, bis die Schmelze 4 abgekühlt ist, d.h. Q = O ist.

In Figur 2b ist das entsprechende Wandelement7 bei einem erfindungsgemäßen Gussverfahren dargestellt, bei dem in der Schmelze 4 beispielsweise ein Kontrollelement 7 vorhanden ist.

Durch eine im Vergleich zur Schmelztemperatur niedrigere Tem¬ peratur des Kontrollelements 7 nimmt das Kontrollelement 7

Wärme auf oder wenn das Kontrollelement 7 sogar aufschmilzt, entzieht es der Schmelze 4 noch Schmelzenergie. Dadurch wird deren Abkühlungsrate erhöht, d.h. Q ist deutlich erhöht.

Dadurch wird verhindert, dass es in dickeren Bereichen und dicken Bauteilen zu einer langsameren Erstarrung kommt, die oft zur Graphitentartung oder Porositäten und Lunkern führt. Durch die Einführung von Kontrollelementen 7 in die Schmelze 4 wird beispielsweise eine homogene sphärolithische Graphit¬ ausprägung, insbesondere bei Graugussteilen erreicht. Die Breite b, d.h. die Ausdehnung der Schmelze 4, ist quasi in zwei kleinere Breiten bi, b2 (bi + bi = b) aufgeteilt und zeigt innerhalb der Breiten bi, b2, die dünn sind, das ge¬ wünschte Abkühlverhalten dünnwandiger (bi, b2) Wände.

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes gegossenes Bauteil 13.

Das Bauteil 13 ist aus einer Schmelze 4 entstanden und weist die Kontrollelemente 7, die von der erstarrten Schmelze 4 um- geben sind, auf. Die Kontrollelemente 7 sind hier bspw. in einem dickwandigen Bereich 16 des Bauteils 13 eingebracht. Solche dickwandigen Bereiche 16 stellen beispielsweise die Flansche eines Gehäuseteils dar. Dick bedeutet in diesem Zu¬ sammenhang eine Wandstärke von mindestens 200mm. Bevorzugt werden die Kontrollelemente 7 dort eingebracht, wo später Löcher 19 in den Flansch 16 eingebracht werden, also Material abgetragen wird. So wird das Risiko der Einbringung von Fehlern in das Bauteil infolge von Anbindungsfehlem oder unzureichender Aufschmelzung der Kontrollelemente 7 redu- ziert, da diese Bereiche bei der späteren Bauteilbearbeitung ohnehin abgetragen werden.

Die Kontrollelemente 7 sind kein Teil der Gussform 10 und sind beispielsweise metallisch, können aber auch keramisch oder glasartig sein.

Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.

Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampf¬ turbine oder ein Kompressor sein.

Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf- einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 auf.

Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufel¬ spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge- stellt) .

Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 der bei¬ spielsweise dickwandige Bereiche 16 aufweist, gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .

Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausge¬ staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal¬ benschwanzfuß sind möglich. Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau- felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab¬ strömkante 412 auf.

Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Berei¬ chen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas- sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever-

fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus ge¬ fertigt sein.

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer- den als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastun¬ gen ausgesetzt sind.

Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken er¬ folgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprach¬ gebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be¬ steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Er¬ starrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen¬ digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil¬ den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Rich¬ tung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korn- grenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen

Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen

(directionally solidified structures) .

Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP

0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenba- rung.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Haf¬ nium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die Teil dieser Offenbarung sein sollen.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrC>2, Y2Ü3-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttrium¬ oxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschich- ten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Ein- satz des Bauteils 120, 130.

Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeu- tet) auf.

Die Figur 5 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ring- brennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um die Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden.

Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringför¬ mige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebspa¬ rametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- liehen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme¬ dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.

Jedes Hitzeschildelement 155 ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht ausgestattet oder aus hochtemperaturbeständigem Material gefertigt. Dies können massive keramische Steine oder Legierungen mit MCrAlX und/oder keramischen Beschichtungen sein.

Die Materialien der Brennkammerwand und deren Beschichtungen können ähnlich der Turbinenschaufeln sein.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein.

Ebenso können die Hitzeschildelemente dickwandige Bereiche 16 aufweisen und daher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her¬ gestellt werden.

Die Figur 6 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.

Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations¬ achse 102 drehgelagerten Rotor 103 auf, der auch als Turbi- nenläufer bezeichnet wird.

Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige

Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer 106, mit mehre¬ ren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109 mit beispielsweise dickwandigen Berei¬ chen 16. Die Ringbrennkammer 106 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Tur¬ bine 108.

Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel- ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums

113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.

Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 (mit beispielsweise dickwandigen Bereichen 16) eines Stators

143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe

125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor

103 angebracht sind.

An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 (mit beispielsweise dickwan¬ digen Bereichen 16) Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 ver¬ brannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Lauf¬ schaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unter¬ liegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen

Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 106 auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten thermisch be- lastet.

Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) .

Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen¬ schaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenbarung.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe

Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumin¬ dest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die Teil dieser Offenbarung sein sollen.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrÜ2, Y2Ü3-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Ytt¬ riumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge-

stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.

In Figur 7 ist beispielhaft eine Dampfturbine 300, 303 mit einer sich entlang einer Rotationsachse 306 erstreckenden Turbinenwelle 309 dargestellt. Die Dampfturbine weist eine Hochdruck-Teilturbine 300 und eine Mitteldruck-Teilturbine 303 mit jeweils einem Innenge¬ häuse 21 (mit beispielsweise dickwandigen Bereichen 16) und einem dieses umschließende Außengehäuse 315 (mit beispiels¬ weise dickwandigen Bereichen 16) auf. Die Hochdruck-Teilturbine 300 ist beispielsweise in Topfbau¬ art ausgeführt.

Die Mitteldruck-Teilturbine 303 ist zweiflutig ausgeführt. Es ist ebenfalls möglich, dass die Mitteldruck-Teilturbine 303 einflutig ausgeführt ist. Entlang der Rotationsachse 306 ist zwischen der Hochdruck- Teilturbine 300 und der Mitteldruck-Teilturbine 303 ein Lager 318 angeordnet, wobei die Turbinenwelle 309 in dem Lager 318 einen Lagerbereich 321 aufweist. Die Turbinenwelle 309 ist auf einem weiteren Lager 324 neben der Hochdruck-Teilturbine 300 aufgelagert. Im Bereich dieses Lagers 324 weist die Hoch¬ druck-Teilturbine 300 eine Wellendichtung 345 auf. Die Turbi¬ nenwelle 309 ist gegenüber dem Außengehäuse 315 mit bei¬ spielsweise dickwandigen Bereichen 16 der Mitteldruck-Teil¬ turbine 303 durch zwei weitere Wellendichtungen 345 abgedich- tet. Zwischen einem Hochdruck-Dampfeinströmbereich 348 und einem Dampfaustrittsbereich 351 weist die Turbinenwelle 309 in der Hochdruck-Teilturbine 300 die Hochdruck-Laufbeschaufe¬ lung 354, 357 auf. Diese Hochdruck-Laufbeschaufelung 354, 357 stellt mit den zugehörigen, nicht näher dargestellten Lauf- schaufeln einen ersten Beschaufelungsbereich 360 dar. Die

Mitteldruck-Teilturbine 303 weist einen zentralen Dampfein¬ strömbereich 333 auf. Dem Dampfeinströmbereich 333 zugeordnet

weist die Turbinenwelle 309 eine radialsymmetrische Wellenab¬ schirmung 363, eine Abdeckplatte, einerseits zur Teilung des DampfStromes in die beiden Fluten der Mitteldruck-Teilturbine 303 sowie zur Verhinderung eines direkten Kontaktes des hei- ßen Dampfes mit der Turbinenwelle 309 auf. Die Turbinenwelle 309 weist in der Mitteldruck-Teilturbine 303 einen zweiten Beschaufelungsbereich 366 mit den Mitteldruck-Laufschaufeln 354, 342 auf. Der durch den zweiten Beschaufelungsbereich 366 strömende heiße Dampf strömt aus der Mitteldruck-Teilturbine 303 aus einem Abströmstutzen 369 zu einer strömungstechnisch nachgeschalteten, nicht dargestellten Niederdruck-Teiltur¬ bine.