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Title:
COMPONENT WITH INTERNAL COMPRESSIVE STRESS, METHOD FOR PRODUCING SAID COMPONENT AND DEVICE FOR GENERATING INTERNAL COMPRESSIVE STRESS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/068666
Kind Code:
A1
Abstract:
The inventive method discloses the local, adapted and controlled introduction of internal compressive stress in convex and concave regions, such as the root region of turbine blades, by means of at least two pressure generators (25, 25', 25'').

Inventors:
David, Walter (Weissdornbogen 12, Mülheim, 45481, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/014300
Publication Date:
July 28, 2005
Filing Date:
December 15, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
David, Walter (Weissdornbogen 12, Mülheim, 45481, DE)
International Classes:
B24C1/10; C21D7/04; C21D7/06; C21D7/08; C21D10/00; F01D5/28; F01D5/30; (IPC1-7): C21D7/06; C21D7/04; C21D7/08; C21D10/00; F01D5/28
Foreign References:
EP1174217A1
US4428213A
US5492447A
US4937421A
DE4015205C1
US6622570B1
EP0230165A1
US6267558B1
Other References:
LAMPMAN S.R., REIDENBACH F.: "ASM HANDBOOK, VOL.5, SURFACE ENGINEERING" 1994, ASM INTERNATIONAL , USA , XP002327369 Seiten 126-135
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Bauteil (1, 13,120, 130,342, 354) mit einer Oberfläche (5), die zumindest zwei Oberflächenbereiche (4,6) aufweist, wobei in zumindest einem Oberflächenbereich (4,6) lokal unterschiedliche und von null verschiedene Druckeigen spannungen (CE) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbereiche (4,6) aus zumindest einem konkav gekrümmten Bereich (7,11) und zumindest einem konvex gekrümmten Bereich (10,12) be steht, die insbesondere aneinander angrenzen, dass der konkav gekrümmte Bereich (7,11) höhere Druck eigenspannungen (E) aufweist als der konvex gekrümmte Bereich (10,12), dass der konkav gekrümmte Bereich (7,11) im Minimum (7') einen Krümmungsradius (R) aufweist und dass der konkav gekrümmte Bereich (7,11) zumindest eine Breite (81) des drei bis fünffachen des Krümmungsradius (R) aufweist.
2. Bauteil (1, 13,120, 130,342, 354) mit einer Oberfläche (5), die zumindest zwei Oberflächenbereiche (4,6) aufweist, wobei in zumindest einem Oberflächenbereich (4,6) lokal unterschiedliche und von null verschiedene Druckeigen spannungen (CE) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbereiche (4,6) aus zumindest einem konkav gekrümmten Bereich (7,11) und zumindest einem konvex gekrümmten Bereich (10,12) be steht, die insbesondere aneinander angrenzen, dass der konkav gekrümmte Bereich (7,11) höhere Druck eigenspannungen (6E) aufweist als der konvex gekrümmte Bereich (10,12) und dass die Höhe der Druckeigenspannung (axe) in dem konkav gekrümmten Bereich (7,11) mindestens 30%, insbesondere 50% der Streckgrenze (Rp), insbesondere der Streckgrenze (Rp 0, 2), des Materials des Bauteils (1, 13,120, 130,342, 354) beträgt.
3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Druckeigenspannung (#E) in dem konkav ge krümmten Bereich (7,11) mindestens 30%, insbesondere 50% der Streckgrenze (Rp), insbesondere der Streckgrenze (Rp 0, 2), des Materials des Bauteils (1, 13,120, 130,342, 354) beträgt.
4. Bauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannung (#E) mindestens 60% der Streck grenze (Rp), insbesondere der Streckgrenze (Rp 0, 2), des Materials des Bauteils (1, 13,120, 130,342, 354) beträgt.
5. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannung (axe) im konkav gekrümmten Be reich (7,11) um mindestens 50%, insbesondere um 75% höher als im konvex gekrümmten Be reich (10,12) mit den niedrigeren Druckeigenspannung (6E) ist.
6. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) eine Turbinenschaufel (120,130, 342,354) ist, die in einem Befestigungsbereich (16) oder Schaufelfuß (43) einen gekrümmten Oberflächenbereich (4), insbesondere in Form eines Tannenbaums oder Schwalben schwanzes, aufweist, und dass der gekrümmte, insbesondere der gesamte Oberflä chenbereich (4) Druckeigenspannungen (EYE) aufweist.
7. Bauteil nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich (7,10) eine laterale Vertei lung der Höhe der Druckeigenspannungen (os) mit zumin dest einem Maximum (70,73) und/oder einem Plateau (74) aufweist, und dass das Maximum (70) des konkav gekrümmten Bereichs (7) höher ist als das Maximum (73) oder das Plateau (74) des konvex gekrümmten Bereichs (10).
8. Bauteil nach Anspruch 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1, 13,120, 130,342, 354) zumindest teil weise einen Bereich (7,10) mit gekrümmter Oberfläche (7,10) aufweist, und insbesondere die gesamten mehrfach gekrümmten Berei che (7,10) Druckeigenspannungen (Cg) aufweisen.
9. Bauteil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) ein Bauteil einer Dampf (300,303) oder Gasturbine (100) ist, insbesondere eine Turbinenschaufel (120,130, 342,354).
10. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1, 13, 120,130, 342,354), insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest teilweise auf einem Oberflächenbereich (4,6) des Bauteils (1, 13,120, 130,342, 354) lokal unterschiedliche und von null verschiedene Druckei genspannungen (axe) durch zumindest einen Druckerzeuger (25) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Druckerzeuger (25, 25', 25'', 25''', 25''''), insbesondere drei oder fünf, verwendet werden, und dass insbesondere zumindest zwei Druckerzeuger (25, 25', 25'', 25''', 25'''') gleichzeitig betrieben werden, um in dem Bauteil (1, 13,120, 130,342, 354) Druckei genspannungen (axe) zu erzeugen und/oder eine Glättung zu erreichen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein gekrümmter, insbesondere mehrfach gekrümmter Oberflächenbereich (4, 6), mit dem Verfahren behandelt wird, die insbesondere zumindest einen konkav gekrümmten Be reich (7,11) und einen konvex gekrümmten Bereich (10, 12) aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannungen (axe) durch zumindest einen zum Rollieren geeigneten Druckerzeuger (25) erzeugt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannungen (EYE) durch Kugelbestrahlung mittels zumindest zweier Kugelstrahldüsen als Drucker zeuger (25) erzeugt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannungen (es) durch Laserbestrahlung mittels zumindest zweier Laser als Druckerzeuger (25) erzeugt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelstrahldüsen (25, 25', 25'', 25''', 25'''') im zeitlichen Abstand nacheinander betrieben werden.
16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass für die zumindest zwei Kugelstrahldüsen (25, 25', 25'', 25''', 25'''') verschiedene, einstellbare Parameter ver wendet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 13 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter für die Kugelstrahldüse (25, 25', 25'', 25''', $25'''') der Strahldruck, die Größe (55,58) des Strahlmittels (28), das Material des Strahlmittels (28), der Auftreffwinkel (a) oder die Strahlform ausgewählt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 13,16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kugelstrahldüsen (25,25', 25's, 25''', 25'''') verschiedene Parameter, insbesondere verschiedene Strahldrücke und Kugeldurch messer (55,58) benutzt werden, wobei zumindest eine Kugelstrahldüse (25,25', 25'', 25fi'", 25'''') Druckeigenspannungen (#E) erzeugt und die anderen Kugelstrahldüsen (25', 25'', 25'fi', 25'''') eine Glättung erzielen.
19. Verfahren nach Anspruch 13 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kugelstrahldüse (25, 25'', 25''', 25'''') einen hohen Strahldruck erzeugt, und dass zumindest eine zweite oder weitere Kugelstrahldüsen (25', 25'', 25''', 25'''') einen geringeren Strahldruck als die zumindest eine Kugelstrahldüse (25) erzeugen.
20. Verfahren nach Anspruch 13,15 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Kugelbe strahlung mit hohem Strahldruck erfolgt, und dass in einem zweiten Schritt eine Kugelbestrahlung mit niedrigerem Strahldruck als im ersten Verfahrens schritt erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 13,15 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Kugelbestrahlung mit geringem Strahldruck erfolgt, und dass in einem zweiten Schritt eine Kugelbestrahlung mit höherem Strahldruck als im ersten Verfahrensschritt erfolgt.
22. Verfahren nach Anspruch 13 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Kugelbe strahlung des zumindest einen konkav gekrümmten Bereichs (7,11) erfolgt, und dass in einem zweiten Verfahrenschritt eine Kugelbe strahlung des zumindest einen konvex gekrümmten Bereichs (10,12) erfolgt.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Kugelbestrahlung des zumindest einen konvex gekrümmten Bereichs (10,12) erfolgt, und dass in einem zweiten Verfahrensschritt eine Kugelbestrahlung des zumindest einen konkav gekrümmten Bereichs (7,11) erfolgt.
24. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dass verschiedene Parameter für die Kugelstrahldüsen (25, 25', 25'', 25''', 25'''') eingestellt werden, und dass dann ein konkav (7,11) und ein konvex (10,12) ge krümmter Bereich des Bauteils (1, 120,130, 342,354) zusammen durch einmaliges oder mehrmaliges Überfahren der Bereiche (7,10) bestrahlt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeuger (25 bis 25'''') oder das Bauteil (1, 120,130, 342,354) beim Rollieren, bei der Kugelbe strahlung oder bei der Laserbestrahlung kontrolliert ge führt werden.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die kontrollierte Führung durch einen Laser (31,34) er folgt.
27. Verfahren nach Anspruch 17,20 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kugelbestrahlung mit geringerem Strahldruck und/oder Kugeln (28) größeren Durchmesser (58) die Be reiche (46), die zuvor mit hohem Strahldruck bestrahlt wurden, geglättet werden.
28. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kugelstrahl (29) einer Kugelstrahldüse (25, 25', 25'', 25''', 25'''') Kugeln (28) verschiedener Durch messer (55,58) enthält.
29. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Kugelstrahlen (29) der Kugelstrahldüsen (25, 25', 25'', 25''', 25'''') Kugeln (28) aus verschieden harten Mate rialien enthält.
30. Verfahren nach Anspruch 17,28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (28) aus Keramik und/oder Metall bestehen.
31. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren ein Bauteil (1) einer Dampf (300, 303,25) oder Gasturbine (100), insbesondere eine Turbinenschaufel (13,120, 130,342, 354) oder ein Hitzeschildelement (155) bestrahlt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auftreffwinkel (a) zwischen der Strahlrichtung zu mindest einer Kugelstrahldüse (25, 25', 25'', 25''', 25'''') und der gekrümmten Oberfläche (4) des Bauteils (1, 120,130, 342,354) eingestellt wird, der (a) kleiner als 90° ist, insbesondere zwischen 80° und 85° liegt.
33. Verfahren nach Anspruch 14 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Kugelbestrahlung eines Bereichs (7,10) mit einem bestimmten Strahldruck erfolgt, und dass in einem zweiten Verfahrenschritt derselbe Bereich (7,10) mit einem geringeren Strahldruck bestrahlt wird, um das Maximum der Druckeigenspannung ganz oder nahe an die Oberfläche (5) des Bauteils (1) zu verschieben.
34. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung und Kontrolle des Bauteils (1, 120,130, 342,354) oder der Druckerzeuger (25, 25', 25'', 25''', 25'''') durch eine CNCMaschine erfolgt.
35. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Turbinenschaufel (13,120, 130, 342,354) durchgeführt wird, die in einem Befestigungsbereich (16) eine gekrümmte Oberfläche (4), insbesondere eine tannenbaumähnliche oder schwalbenschwanzähnliche Struktur aufweist.
36. Vorrichtung (2) zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einem Bauteil (1, 13,120, 130, 342,354), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 35, die zumindest einen Druckerzeuger (25, 25', 25'', 25''', 25'''') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zumindest zwei Druckerzeuger (25, 25', 25'', 25''', 25''''), insbesondere Kugelstrahldüsen (25,25', 25'', 25''', 25''''), aufweist, deren Parameter unterschiedlich eingestellt sind, wobei insbesondere zumindest ein Druckerzeuger (25', 25'', 25''', 25je"') eine Oberfläche glättet und insbesondere zumindest ein weiterer Druckerzeuger (25, 25', 25'', 25''', 25'''') Druckeigenspannungen (EYE) erzeugt.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) drei Druckerzeuger (25, 25', 25'') aufweist.
38. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter einer Kugelstrahldüse (25, 25', 25'', 25''', 25'''') das Material der Kugeln (28) und/oder die Größe (55,58) der Kugeln (28) und/oder ein Strahldruck und/oder ein Winkel zwischen Druckerzeuger (25,25', 25'', 25''', 25'''') und der zu bestrahlenden Oberfläche (4) ein stellbar ist.
39. Vorrichtung nach Anspruch 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine Verschiebeeinrichtung, insbesondere eine CNCMaschine aufweist, mittels derer das Bauteil (1, 13,120, 130,342, 354) und/oder der zumindest eine Druckerzeuger (25, 25', 25'', 25''', 25'''') gegeneinander verfahren werden kann.
Description:
Bauteil mit Druckeigenspannungen, Verfahren zur Herstellung und Vorrichtung zur Erzeugung von Druckeigenspannungen Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit Druckeigenspannungen gemäß des Oberbegriffs des Anspruch 1 oder 2 und ein Verfah- ren zur Herstellung eines Bauteils mit Druckeigenspannungen gemäß Anspruch 10 sowie eine Vorrichtung für die Erzeugung von Druckeigenspannungen gemäß Anspruch 36.

In mechanisch hoch beanspruchten Bauteilen werden oft Druck- eigenspannungen eingebracht, damit die Bauteile erhöhte Span- nungen ertragen können. Teilweise wird dies bei den tannen- baumähnlich ausgeformten Füßen von Schaufeln von Turbinen (Dampfturbinen, Gasturbinen) durchgeführt.

Druckeigenspannungen können durch Rollieren eingebracht wer- den.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung von Druckeigenspannun- gen stellt das Kugeldruckstrahlen dar.

Die US-PS 5,911, 780 zeigt eine solche Methode zur Erzeugung von Druckeigenspannungen.

Die US-PS 5,492, 447 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen von Druckeigenspannungen in Rotorkomponenten mittels eines Lasers.

Ein ähnliches Verfahren ist in der EP 731 184 B1 offenbart.

Die WO 01/15866 AI zeigt ein Verfahren zur Oberflächenbehand- lung eines Bauteils, bei dem zumindest ein Strahlparameter bei einem abrasiven Strahlungsverfahren an die Konturlinie des Bauteils angepasst wird.

Die DE 197 42 137 AI zeigt eine Walzvorrichtung zur Erzeugung von Druckeigenspannungen.

Die US 4,428, 213 offenbart ein Bauteil, bei dem ein erster Bereich und anschließend das gesamte Bauteil mit einer gerin- geren Intensität kugelgestrahlt werden.

Die EP 0 230 165 A1 und die EP 1 125 695 A2 offenbaren einen Roboter, der ein Werkzeug gegenüber einem zu bearbeitenden Bauteil führt.

Die US 4,937, 421 offenbart eine Laserbestrahlungsmethode und eine dazugehörige Vorrichtung, wobei der Laserstrahl eines Lasers in zwei Strahlen aufgeteilt wird, um so eine größere Bestrahlungsfläche auf den zu bearbeitenden Bauteil zu erzeu- gen, damit eine schnellere Bearbeitungszeit erzielt wird.

Diese zwei Laserstrahlen werden gemeinsam geführt und weisen bezüglich Auftreffwinkel, Intensität die gleichen Parameter auf und werden in einer Halterung gemeinsam geführt.

Bauteile nach dem Stand der Technik zeigen für die gewünsch- ten Anforderungen an die lokal unterschiedlichen Betriebs- spannungen keine ausreichende Festigkeit für außergewöhnliche Betriebszustände.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu über- winden.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil gemäß des Anspruchs 1 oder 2, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 sowie durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in einem Bauteil gemäß Anspruch 36.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet.

Die in den Unteransprüchen aufgelisteten Maßnahmen können in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden.

Es zeigen Figur 1, 2 ein Bauteil, das eine gekrümmte Oberfläche aufweist, Figur 3 eine schematische Anordnung einer Vorrichtung, mit der das erfin- dungsgemäße Verfahren durchzufüh- ren ist, Figur 4,18, 19 den lateralen Verlauf (schema- tisch) der Druckeigenspannungen, Figuren 5 bis 13,20, 21 verschiedene Verfahrensabläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 15 eine Turbinenschaufel, Figur 14 einen Druckspannungsverlauf aufge- tragen über der Tiefe eines Bau- teils Figur 16 eine Gasturbine, Figur 17 eine Dampfturbine.

Das Bauteil Figur 1 zeigt ein Bauteil 1 mit einer Oberfläche 5.

Das Bauteil 1 kann ein Bauteil einer Dampfturbine (Fig. 17) oder einer Gasturbine sein, wie z. B. eine Flugzeugturbine oder eine Turbine zur Stromerzeugung 100 (Fig. 16).

Solche Bauteile sind beispielsweise Turbinenschaufeln 120, 130,342, 354, eine Brennkammerauskleidung oder andere Gehäuseteile.

Die Oberfläche 5 des Bauteils 1, 120,130, 342,354 setzt sich beispielsweise aus mehreren, hier zwei Oberflä- chenbereichen 4,6 zusammen.

Ein Oberflächenbereich 6 (beispielsweise Schaufelblattbereich 40, Fig. 15) ist beispielsweise eben oder nur einfach ge-

krümmt ausgeführt, wohingegen der Oberflächenbereich 4 mehr- fach gekrümmt ist.

In der Oberfläche 5 und seinen Oberflächenbereichen 4 und/oder 6 sind unterschiedliche und von Null verschiedene Druckeigenspannungen E vorhanden.

Das Bauteil 1, 120,130, 342,354 weist einen konkav ge- krümmten Bereich 7 des Oberflächenbereichs 4 auf, der beispielsweise während des Einsatzes des Bauteils 1, 120, 130,342, 354 höheren mechanischen Spannungen ausgesetzt ist als ein anderer, konvex gekrümmter Bereich 10 des Oberflächenbereichs 4.

Der Oberflächenbereich 4 des Bauteils 1, 120,130, 342,354 weist zumindest teilweise konkav 7 (ein Tal 11) und konvex 10 gekrümmte Bereiche (Bergkuppe 12) auf, so dass es lokale Maxima 10'und lokale Minima 7'gibt. Ein konvex gekrümmter Bereich 10,12 schließt sich beispielsweise an den konkav gekrümmten Bereich 7,11 an.

In dem konkav gekrümmten Bereich 7,11 liegt beispielsweise eine äußere höhere mechanische Spannung an als in dem konvex gekrümmten Bereich 10,12, wenn das Bauteil 1, 120,130, 342, 354 eingebaut ist.

In dem Oberflächenbereich 4 können durch Oberflächenbehand- lungsverfahren Druckeigenspannungen Oa eingebracht werden.

Dies geschieht mittels passender Druckerzeuger 25 (Fig. 3), beispielsweise durch Rollieren, Kugelstrahlen oder Laser- strahlen.

Figur 2 zeigt beispielhaft als eingebautes Bauteil 1 einen Teilbereich einer Turbinenschaufel 13 (Fig. 15), nämlich einen Schaufelfuß 43 (Fig. 15) in seinem Befestigungsbereich 16 (Fig. 15) mit seiner tannenbaumähnlichen oder schwalben- schwanzartigen Struktur als mehrfach gekrümmter Oberflächen- bereich 4.

Der Schaufelfuß 43 ist beispielsweise in einer entsprechend ausgeformten Scheibe 22 angeordnet und wird dort gehalten.

Die Scheibe 22 ist wiederum auf einer Welle 103 einer Gastur- bine 100 (Fig. 16) oder Dampfturbine (Fig. 17) angeordnet.

Insbesondere in dem konkav gekrümmten Bereich 7,11 treten hohe mechanische Belastungen auf.

Daher besteht der Bedarf, das Bauteil 1 in diesen Bereichen lokal so zu beeinflussen, dass höhere Zugspannungen ertragen werden können indem die örtlichen Zugspannungen teilweise kompensiert werden. Dies muss jedoch kontrolliert und in Ab- hängigkeit von der Geometrie gezielt mit örtlich unterschied- lichen Druckeigenspannungen Os erfolgen.

Die Turbinenschaufel 13 kann auch an der Welle 103 befestigt sein.

Figur 3 zeigt schematisch wie ein Druckerzeuger 25 und Bau- teil 1, 120,130, 342,354 gegeneinander verfahren werden.

Erfindungsgemäß werden Druckeigenspannungen AE in dem Bauteil 1, 120,130, 342,354 ausgehend von dem Oberflächenbereich 4 bis in die Tiefe des Bauteils 1, 120,130, 342,354 hinein erzeugt.

Dies kann insbesondere durch Rollieren, Laserbestrahlung oder Kugelbestrahlung erfolgen.

Beispielhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Kugelbestrahlung näher erläutert. Die grundsätzliche Vorge- hensweise, die Auswahl der Parameter ist auf die Laserbe- strahlung, das Anrollieren oder andere Verfahren zur Erzeu- gung von Druckeigenspannungen analog zu übertragen. (Ein mechanischer Impuls der Kugeln entspricht einer Leistungs- dichte eines Lasers oder einem Anpressdruck eines Rollie- rers).

Eine Kugelstrahldüse 25 als Druckerzeuger strahlt Strahlmit- tel 28 (Kugel) mit einer gewissen Geschwindigkeit aus, die einen Teilchenstrahl 29, insbesondere einen Kugelstrahl 29, bilden. Die Kugeln 28, insbesondere Stahlkugeln, treffen auf

den Oberflächenbereich 4 des Bauteils 1 auf und generieren durch ihren mechanischen Impuls einen Strahldruck auf dem Oberflächenbereich 4, so dass dort Druckeigenspannungen CE erzeugt werden.

Die Kugelstrahldüse 25 kann über Laserstrahlen 34 eines Lasers 31 so gesteuert werden, dass sie exakt im vordefinier- ten Bereich auch entlang von gekrümmten Konturen geführt wird.

Insbesondere der Abstand, der Auftreffwinkel a, d. h. der Winkel der Kugelstrahldüse 25 zu der Oberfläche 5 in dem Oberflächenbereich 4,6 kann angepasst werden. Der Auftreffwinkel a ist beispielsweise kleiner als 90° und liegt insbesondere zwischen 80° und 85°.

Ebenso kann der Strahldruck des Kugelstrahls 29 bei der Kugelstrahldüse 25 eingestellt werden.

Weitere Parameter sind die Größe des Strahlmittels 28, das Material des Strahlmittels 28 oder die Form der Düsenöffnung (Laser : Strahlform ; Anrollieren : Form des Werkzeugs).

Das Bauteil 1 ist beispielsweise fest eingespannt, wobei bei- spielsweise in einem ersten Verfahrensschritt der Laser 31 mit seinen Laserstrahlen 34 den Oberflächenbereich 4 des Bau- teils 1 CNC gesteuert abtastet. Dabei wird entweder das Bau- teil 1 auf einer CNC-Maschine montiert und gegenüber dem Laser 31 verfahren oder umgekehrt.

Durch das Abfahren des Oberflächenbereichs 4 des Bauteils 1 wird die exakte Geometrie des Bauteils 1 erfasst. Durch Vor- gabe von bestimmten Bereichen (beispielsweise die konkav ge- krümmten Bereiche 7) werden Bereiche festgelegt, die mit der Kugelstrahldüse 25 behandelt werden. Ebenso kann nach dem Erfassen des Oberflächenbereichs 4 beispielsweise automatisch eine Berechnung erfolgen, die festlegt, welche Bereiche besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und dann dementsprechend die Ausdehnung und Höhe der Druckeigen- spannungen es festlegt werden, die mittels Kugelstrahlen 29 erzeugt werden sollen.

Durch die Höhe der Druckeinspannungen aE, die erzeugt werden soll, werden auch die Parameter der Kugelstrahldüse 25 bezo- gen auf die zu bestrahlenden konkaven oder konvexen Bereiche 7,10 festgelegt.

Es handelt sich dabei also um eine Methode, bei der der Ober- flächenbereich 4 in einem Prozess lokal gezielt mit unter- schiedlichen Parametern behandelt wird, so dass nach Durch- führung des Verfahrens auf der gesamten Oberfläche lokal vor- definierte, jedoch unterschiedliche Druckeigenspannungen aE vorliegen.

Der gesamte Oberflächenbereich 4, auf der Druckeigenspannun- gen CE vorhanden sind, entspricht beispielsweise der Oberflä- che eines tannenbaumähnlichen Schaufelfußes 43 der Turbinen- schaufel 13,120, 130,342, 354.

Lokal unterschiedlich bedeutet in diesem Fall, dass Bereiche erzeugt werden, die hohe und niedrigere und von null ver- schiedene Druckeigenspannungen GE nach dem Durchführen des Verfahrens aufweisen.

So werden insbesondere in den konkav gekrümmten Bereichen 7, 11 hohe Druckeigenspannungen Os erzeugt, wohingegen in den übrigen konvex gekrümmten Bereichen 10,12 geringere Druckeigenspannungen aE erzeugt werden. Insbesondere bleibt keine gekrümmte Fläche 7,10 unbehandelt, so dass zumindest ein konvex gekrümmter Bereich 10 und ein konkav gekrümmter Bereich 7 in ihrem gesamten Oberflächenbereich Druckeigenspannungen CE aufweisen.

Die Steuerung des Kugelstrahles 29 erfolgt durch den Laser 31 und beispielsweise durch eine CNC-Maschine, die den Kugel- strahl 29 gegenüber dem Bauteil 1 bewegt, um verschiedene Be- reiche 7,10 bestrahlen zu lassen.

Figur 4 a) zeigt eine beispielhafte Verteilung der Druckei- genspannungen sE in einer x-y-Ebene.

In dem konkav gekrümmten Bereich 7,11, der die höheren Druckeigenspannungen Os aufweist, ist ein Maximum 70 in der Druckeigenspannung sE innerhalb der x-y-Ebene vorhanden.

Der konvex gekrümmte Bereich 10,12 weist ein Plateau 74 niedrigerer Druckeigenspannungen OE auf.

Jedoch ist das Maximum 70 und alle Werte des Bereichs 7,11 höher als der Wert des Plateaus 74.

Lokal unterschiedliche Druckeigenspannungen bedeutet daher, dass die Druckeigenspannungen Os in dem konkav gekrümmten Be- reich 7,11 höher sind als in dem Plateau 74 in dem konvex gekrümmten Bereich 10,12 mit den niedrigeren Druckeigenspan- nungen OE.

Figur 4 b) zeigt eine weitere beispielhafte Verteilung der Druckeigenspannungen Oe in einer x-y-Ebene.

In dem konkav gekrümmten Bereich 7,11, der die höheren Druckeigenspannungen CE aufweist, ist ein Maximum 70 in der Druckeigenspannung OE innerhalb der x-y-Ebene vorhanden.

Der konvex gekrümmte Bereich 10,12 weist ein Maximum 73 niedrigerer Druckeigenspannungen GE auf.

Jedoch ist das Maximum 70 höher als das Maximum 73.

Lokal unterschiedliche Druckeigenspannungen bedeutet daher, dass das Maximum 70 in der Druckeigenspannung FE in dem Be- reich 7,11 höher ist als das Maximum 73 in dem konvex ge- krümmten Bereich 10,12 mit den niedrigeren Druckeigenspan- nungen O'E.

Zwar weist der konkav gekrümmte Bereich 7,11, wie in Figur 4b) auch ersichtlich, stellenweise niedrigere Druckeigenspan- nungen (YE auf als der konvex gekrümmte Bereich 10,12, insbe- sondere in dem Übergangsbereich zwischen dem konkav gekrümm- ten Bereich 7,10, jedoch bedeutet das, dass nicht ein punk- tueller Vergleich von Druckeigenspannungen 6E herangezogen werden darf, um die Bereiche mit höheren Druckeigenspannungen CE und niedrigeren Druckeigenspannungen GE zu definieren, sondern die Höhe der Maxima 70,73 zu Grunde zu legen ist.

Figur 18 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil 1.

Der konkav gekrümmte Bereich 7 weist ein Minimum 7'auf, das einen bestimmten Krümmungsradius R aufweist.

Der Krümmungsradius R wird im Punkt des Minimums 7'in be- kannter Art und Weise bestimmt.

Eine Breite 81 des konkav gekrümmten Bereichs 7,11, in dem die höheren Druckeigenspannungen Os vorhanden sind, beträgt mindestens das 3-5 fache des Krümmungsradius R und ist ins- besondere mittig um das Minimum 7'angeordnet.

An den konkav gekrümmten Bereich 7,11 mit der Breite 81 schließt sich in Richtung der Längsachse 37 zumindest ein konvex gekrümmter Bereich 10,12 mit den niedrigeren Druckeigenspannungen OE an.

Die Druckeigenspannung use in dem konkav gekrümmten Bereich 7, 11 mit der höheren Druckeigenspannungen sE ist zumindest 30%, oder 50%, oder 60%, insbesondere um 75% gegenüber den Druck- eigenspannungen gE in dem konvex gekrümmten Bereich 10 mit einem niedrigeren Druckeigenspannungen GE erhöht.

Die Höhe der Druckeigenspannungen CE in dem konkav gekrümmten Bereich 7 kann auch mit einer Streckgrenze Rp des Materials des Bauteils 1, 120,130, 342, 354 korreliert werden.

Beispielsweise kann die Streckgrenze Rp 0, 2 verwendet werden, wobei beispielsweise die Druckeigenspannung FE mindestens 30%, insbesondere mindestens 50% der Streckgrenze Rp 0, 2 be- trägt.

Die Bauteil 1 bzw. der Schaufelfuß 43 der Turbinenschaufel 13,120, 130,342, 354 erstreckt sich in einer Richtung 17 beispielsweise von einem Ende 91 zu dem anderen Ende 94 (Fig.

19) senkrecht zur Längsachse 37.

Der konkav gekrümmte Bereich 7,11 ist eine gekrümmte Fläche mit der Breite 3 bis 5 mal R (=81), um eine Linie 85, die die Minima 7'in Richtung 17 miteinander verbindet. In Richtung

17 erstreckt sich der konkav gekrümmte Bereich 7,11 über die Breite des Bauteils 1, 120,130, also von dem Ende 91 zu dem Ende 94. Die Breite 81 ist die Länge des gekrümmten Kontur- verlaufs um das Minimum 7'.

Verfahren nach dem Stand der Technik Wird nach dem Stand der Technik nur eine einzige Kugel- strahldüse 25 verwendet, so können zuerst nur hohe Druckei- genspannungen (YE und dann niedrige Druckeigenspannungen Os erzeugt werden oder umgekehrt.

Figur 5 zeigt einen Teilbereich der Oberfläche 5 eines Bau- teils 1, 13,120, 130,342, 354.

In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt eine Kugelstrahlung eines konkav gekrümmten Bereichs 46 mit hohem Strahldruck.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden andere, benach- barte Bereich 49 behandelt, bei denen eine Kugelbestrahlung mit geringerem Strahldruck erfolgt (Fig. 6).

Das Verfahren kann angewendet werden bei neu hergestellten Bauteilen 1, 120,130, 342,354 sowie bei wieder aufge- arbeiteten Bauteilen 1, 120,130, 342,354.

Wiederaufarbeitung bedeutet, dass Bauteile 1 nach ihrem Ein- satz gegebenenfalls von Schichten befreit werden oder auf Risse untersucht werden, wobei die gegebenenfalls repariert werden. Druckeigenspannungen Cg werden dann wieder neu er- zeugt.

Figur 7 zeigt eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik, mit der das Verfahren durchzuführen ist.

Bei dieser Vorrichtung wird nur eine Kugelstrahldüse 25 ver- wendet.

In einem ersten Schritt wird im Bereich 46 (konkav gekrümmter Bereich) ein hoher Strahldruck eingebracht.

Durch Bewegung (siehe Pfeil) der Kugelstrahldüse 25 oder des Bauteils 1, beispielsweise durch Variation des Auftreffwin- kels, wird dann ein Kugelstrahl 29 auf die Bereiche 49 (kon- kav gekrümmter Bereich) gelenkt, in denen geringere Strahl- drücke erzeugt werden sollen.

Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Kugeln 28, die im Bereich 46 verwendet wurden, geringere Geschwindigkeiten und damit geringere mechanische Impulse erfahren oder dass die Kugelstrahldüse 25 Kugeln 28 kleineren Durchmessers 58 in die Bereiche 49 abstrahlt.

Wenn die Kugeln 28 einen kleinen Durchmesser aufweisen, so können verschiedene Strahldrücke erzeugt werden, indem bei- spielsweise die Materialien der Kugeln verschieden hart sind.

So kann für hartes Material beispielsweise keramisches Mate- rial und als weiches Material metallisches Material verwendet werden.

Große Kugeln 55 erzeugen bei gleicher Geschwindigkeit gegen- über kleineren Kugeln 58 einen größeren Strahldruck.

Ebenso ist es möglich, kleine keramische Kugeln und große metallische Kugeln zu verwenden.

Weitere Kombinationsmöglichkeiten von verschiedenen Materia- lien, Durchmessern und Form der Kugeln sind denkbar, bei- spielsweise um eine abrasive Wirkung oder Verminderung der Rauhigkeit bzw. Glättung zu erzielen.

Erfindungsgemäßes Verfahren Wenn erfindungsgemäß mehrere Kugelstrahldüsen 25, 25', 25'', 25vIt, 25''''verwendet werden, so können diese a) einzeln oder gepaart zeitlich nacheinander oder b) gleichzeitig betrieben werden.

Wenn die Kugelstrahldüsen 25, 25', 25'', 25''', 25'''' gleichzeitig betrieben werden, so können die Kugelstrahldüsen 25, 25', 25'', 25''', 25''''örtlich auf gleicher Höhe sein (Fig. 9) oder gegeneinander versetzt sein, d. h. eine oder mehrere Kugelstrahldüsen sind vorlaufend und die andere oder anderen nachlaufend (Fig. 10,11).

Figur 8 zeigt eine Vorrichtung 2 mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen ist.

Bei dieser Vorrichtung 2 werden beispielsweise mehrere, zumindest zwei, hier drei Kugelstrahldüsen 25, 25', 25''ver- wendet.

So kann z. B. zuerst die Kugelstrahldüse 25 verwendet werden, um den Bereich 46 (konkav gekrümmter Bereich) mit hohem Strahldruck zu beaufschlagen.

In einem zweiten Schritt werden nur die anderen Kugelstrahl- düsen 25', 25''benutzt, um die Bereiche 49 (konkav gekrümm- ter Bereich) mit geringeren Strahldrücken zu beaufschlagen (beispielsweise zur Glättung).

Ebenso können die in Figur 8 gezeigten beispielhaft gezeigten drei Kugelstrahldüsen 25, 25', 25''gleichzeitig betrieben werden (zur Druckeigenspannungserzeugung und Glättung).

Dabei können eine oder zwei Kugelstrahldüsen 25', 25'', die beispielsweise geringere Strahldrücke erzeugen, ebenfalls in

den Bereich 46 (bestrahlen also einen Bereich 52, Fig. 6) hineinstrahlen (Fig. 10,11).

Dabei erzeugt eine Kugelstrahldüse 25 einen hohen Strahldruck und bestrahlt den konkav gekrümmten Bereich 46 und die zweite oder weitere Kugelstrahldüse 25', 25''erzeugt einen geringe- ren Strahldruck als die Kugelstrahldüse 25 auf und bestrahlen zumindest den konvex gekrümmten Bereich 49.

Ebenso kann die Kugelstrahldüse 25 Kugeln 28 kleineren Durch- messers 58 aufweisen, um hohe Intensitäten und hohe Druckei- genspannungen zu erzeugen, und die Kugelstrahldüsen 25', 25"strahlen mit Kugeln 28 größeren Durchmessers 55, die in den Bereichen 49 geringe Intensitäten und geringere Druckei- genspannungen erzeugen und gleichzeitig in den Bereich 46 hinein, um diesen zu glätten (Fig. 20).

Die Auswahl der Parameter kann den jeweiligen Anforderungen an Höhe der Druckeigenspannungen und Glättung angepasst wer- den.

Ebenso kann eine einzige Kugelstrahldüse 25 Kugeln verschie- nen Durchmessers 55,58 aufweisen und einen bestimmten Be- reich, hier die Bereiche 46,49 gleichzeitig bestrahlen (Fig.

21).

Unabhängig davon, ob die Kugelstrahldüsen 25, 25', 25'' gleichzeitig oder zeitlich nacheinander betrieben werden, können für jede Kugelstrahldüse 25, 25', 25''verschiedene Parameter eingestellt werden.

Als Parameter für die Kugelstrahldüse 25, 25', 25''kann der Strahldruck, die Größe des Strahlmittels 28, das Material des Strahlmittels 28 oder der Auftreffwinkel a ausgewählt wer- den.

Insbesondere weisen die Kugelstrahldüse 25 und die Kugel- strahldüsen 25', 25''verschiedene Parameter, insbesondere verschiedene Strahldrücke, auf.

Die Kugelstrahldüsen 25, 25', 25''können nebeneinander, d. h. wie in Figur 9 angedeutet, auf einer Höhe vorhanden oder hin- tereinander angeordnet sein (Fig. 10,11).

Die verschiedenen Parameter für die Kugelstrahldüsen 25,25', 25''werden vorgegeben und die Bereiche 46,49 werden bei- spielsweise in einem Arbeitsgang überfahren. Das sieht bei- spielsweise so aus, dass die Kugelstrahldüsen 25, 25', 25'' beispielsweise eine feste Position haben und das Bauteil 1 auf einer beweglichen Unterlage (CNC-Maschine) montiert ist und unter den Kugelstrahldüsen 25, 25', 25''bewegt wird. Das Bauteil 1 kann auch hin und her bewegt werden, so dass die Bereiche 46,49 mehrfach bestrahlt werden. Durch diese Vorge- hensweise müssen die Bereiche 7,10, in denen unterschiedli- che Druckeigenspannungen erzeugt werden sollen, nicht nach- einander mit Kugelstrahlen beaufschlagt werden. Dies führt zu einem erheblichen Zeitvorteil.

Der Bereich auf der Oberfläche 5 des Bauteils 1, der von einer Kugelstrahldüsen 25,25', 25'bestrahlt, kann rund oder oval sein, wobei die einzelnen Bereiche aneinander angrenzen.

Figur 9 zeigt eine Aufsicht auf die Bereiche 46 und 49 und die dazu beispielhaft verwendete Anordnung der Kugelstrahl- düsen 25,25'und 25''.

Die Kugelstrahldüsen 25, 25', 25''sind hier auf gleicher Höhe angeordnet.

Die Kugelstrahldüsen 25, 25', 25''werden in einer Verfahr- richtung 26 über die Bereiche 46 und 49 verfahren. Dies kann in einem Arbeitsschritt erfolgen, in dem alle drei Düsen 25, 25'und 25''gleichzeitig betrieben werden, wobei dem Bereich 46 eine höhere Druckeigenspannung CE durch die Kugelstrahl- düse 25 und niedrige Druckeigenspannungen GE in den angren- zenden Bereichen 49 erzeugt werden.

Die Kugelstrahldüse 25 und die Kugelstrahldüsen 25'und 25'' können auch zeitlich gesehen nacheinander betrieben werden.

So kann in einem ersten Verfahrensschritt nur die Kugel- strahldüse 25 betrieben werden, die dann in den Bereich 46 hohe Druckeigenspannungen GE erzeugt. In einem zweiten oder weiteren Verfahrensschritten wird nicht mehr die Kugelstrahl- düse 25 betrieben, sondern die Kugelstrahldüsen 25'und 25'', die in den an den Bereich 46 angrenzende Bereiche 49 niedri- gere Druckeigenspannungen (YE erzeugen. Die Düsen 25', 25'' können auch gegenüber der Düse versetzt sein (Fig. 11).

Dabei sind die Kugelstrahldüsen beispielsweise auf einen Trä- ger gemeinsam montiert und werden gemeinsam verfahren, auch wenn sie 25,25', 25"nicht zusammen in Betrieb sind, also kugelstrahlen.

Figur 10 zeigt eine weitere Möglichkeit Druckeigenspannungen CE in den Bereichen 46 und 49 zu erzeugen.

Die Öffnungen der Kugelstrahldüsen 25'und 25''sind hier beispielsweise länglich ausgebildet oder ergeben eine längli- che Auftrefffläche auf dem Bauteil 1, 120,130, 342,354 und überdecken beispielsweise sowohl den Bereich 49 und den an- grenzenden Bereich 46. Dieses ist beispielsweise dann ge- wollt, wenn dadurch eine Glättung des Bereichs 46 erfolgen soll. Die Kugelstrahldüsen 25'und 25''sind daher in Ver- fahrrichtung örtlich gesehen gegenüber der Kugelstrahldüse 25 versetzt. Die Kugelstrahldüse 25 ist beispielsweise vorlau- fend und die Kugelstrahldüsen 25'und 25''nachlaufend. Auch hier können die Kugelstrahldüsen 25,25'und 25''zeitlich gesehen zusammen oder nacheinander betrieben werden.

So kann die Düse 25 zur Erzeugung von Druckeigenspannungen Os und die Düsen 25', 25''zur Glättung verwendet werden.

Dabei sind die Kugelstrahldüsen beispielsweise auf einen Trä- ger gemeinsam montiert und werden gemeinsam verfahren, auch

wenn sie 25,25', 25"nicht zusammen in Betrieb sind, also kugelstrahlen.

Figur 11 zeigt eine weitere Anordnung von Kugelstrahldüsen.

Hier werden fünf Kugelstrahldüsen 25,25', 25'', 25'''und 25''''verwendet.

Die Parameter für die einzelnen Kugelstrahldüsen 25 und 25', 25''sowie 25'''und 25''''können jeweils unterschiedlich sein und den gewünschten Anforderungen angepasst sein.

So können beispielsweise die Düsen 25, 25', 25''zur Erzeu- gung von Druckeigenspannungen use un beispielsweise die Düsen 25''', 25'"zur Glättung verwendet werden.

Die Kugelstrahldüse 25 deckt den Bereich 46 ab, wohingegen die Kugelstrahldüsen 25', 25''nur die jeweils angrenzenden Bereiche 49 abdecken.

Die örtlich gesehen nachfolgenden Kugelstrahldüsen 25''', 25''''dienen zur Glättung und decken hier beispielsweise so- wohl den Bereich 46 als auch den Bereich 49 ab.

Dabei sind die Kugelstrahldüsen beispielsweise auf einen Trä- ger gemeinsam montiert und werden gemeinsam verfahren, auch wenn sie 25,25', 25"nicht zusammen in Betrieb sind, also kugelstrahlen.

Figur 12 zeigt als Bauteil 1 eine Turbinenschaufel 13 mit ihrem im Befestigungsbereich 16 tannenbaumähnlich ausgebilde- ten Schaufelfuß 43.

Der Schaufelfuß 43 weist konkav gekrümmte Bereiche 7 auf, in denen hohe Druckeigenspannungen (YE vorhanden sein sollen und weist konvex gekrümmte Bereiche 10 auf, in denen geringere Druckeigenspannungen CE als im konvex gekrümmten Bereich 7 vorhanden sein sollen.

Der Schaufelfuß 43 weist beispielsweise drei Wellentäler bzw.

Rillen 11', 11'', 11'''auf, wobei die drei Kugelstrahldüsen 25, 25', 25''beispielsweise bezüglich ihrer Parameter fest gegenüber der ersten Rille 11'eingestellt sind.

Die Turbinenschaufel 13 oder das Bauteil 1 wird entlang einer Richtung 17 gegenüber den Kugelstrahldüsen 25,25'und 25'' verschoben, so dass die gesamte Rille 11'bestrahlt wird.

Dieser Vorgang kann für die weiteren Rillen 11''und 11''' wiederholt werden, oder es sind entsprechend für die Rillen 11''und 11'''weitere Kugelstrahldüsen vorhanden, die eine gleichzeitige Bearbeitung aller Rillen ermöglichen.

Figur 13 zeigt schematisch, dass die Kanten der Rillen 11', 11'', 11'''ebenfalls bestrahlt werden, um Druckeigenspannungen CE zu erzeugen.

Außerdem ist zu erkennen, dass das Bauteil 1 in sich gekrümmt ist.

Figur 14 zeigt den prinzipiellen Verlauf der Druckeigenspan- nung CE in einem Bauteil 1, wie er sich durch einen Bestrah- lungsvorgang ergibt In dem Diagramm ist die Druckeigenspannung Oa über der Tiefe d eines Bauteils 1 aufzutragen. Das Maximum 67 der Druckei- genspannung CE liegt nicht an der Oberfläche 4 des Bauteils 1, d. h. bei d = 0, sondern im Inneren des Bauteils 1 (d > 0).

Den Verlauf der Druckeigenspannung Os zeigt die gestrichelt gezeichnete Kurve 61.

Gewünscht ist jedoch, dass ein maximaler Wert der Druckeigen- spannung cE an der Oberfläche 5 des Bauteils 1 vorhanden ist.

Diesen gewünschten Verlauf der Druckeigenspannung CE zeigt die durchgezogene Linie der Kurve 64.

Der gewünschte Verlauf 64 kann beispielsweise wie folgt er- reicht werden.

In einem ersten Arbeitsgang wird ein konkav gekrümmter Be- reich 7,10 mit hohem Strahldruck bestrahlt.

In einem zweiten Arbeitsgang wird derselbe Bereich 7,10 mit geringerer Intensität bestrahlt, so dass sich das Maximum an die Oberfläche 5 des Bauteils 1 verschiebt. Dies kann jedoch wie oben beschrieben auch in einem Arbeitsgang erfolgen.

So wird erreicht, dass das Maximum der Druckeigenspannung CE an der Oberfläche 5 oder nahe der Oberfläche 5 vorhanden ist und trotzdem eine hohe Eindringtiefe der Druckeigenspannung GE in den Bauteil 1 vorhanden ist.

Figur 15 zeigt ein Bauteil 13, das mittels des erfindungsge- mäßen Verfahrens behandelt werden kann.

Figur 15 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Turbinen- schaufel 13 beispielsweise für eine Dampfturbine, die sich entlang einer Längsachse 37 erstreckt.

Bei herkömmlichen Turbinenschaufeln 13 werden in allen Berei- chen 40,19, 43 der Laufschaufel 1 massive metallische Werk- stoffe verwendet.

Die Turbinenschaufel 13 kann hierbei durch ein Gussverfahren, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.

Die Turbinenschaufel 13 weist entlang der Längsachse aufein- ander folgend einen Befestigungsbereich 16, eine daran an- grenzende Schaufelplattform 19 sowie einen Schaufelblattbe- reich 40 auf. Im Befestigungsbereich 16 ist ein Schaufelfuß 43 gebildet, der zur Befestigung der Turbinenschaufel 13 an der Scheibe 22 einer nicht dargestellten Strömungsmaschine dient. Der Schaufelfuß 43 ist als Hammerkopf ausgestaltet.

Andere Ausgestaltungen, beispielsweise als Tannenbaum- (Fig.

2) oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.

Der Tannenbaumfuß 43 weist sowohl zumindest in einem konkav gekrümmten Bereich 7 und dem sich anschließenden konvex ge- krümmten Bereich 10 von null verschiedene Druckeigenspannun-

gen auf, so dass Druckeigenspannungen großflächig auf der Oberfläche des Schaufelfußes, insbesondere überall, vorhanden sind.

Die Figur 16 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.

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 aus zwei Schaufelringen 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 am Stator 143 befestigt, wo- hingegen 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 Luft 135 angesaugt und ver- dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be- reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge- führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brenn- kammer 110 verbrannt.

Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heiß- gaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Lauf- schaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschau- feln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn ange- koppelte 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, werden diese mittels eines Kühlmittels gekühlt.

Ebenso können die Substrate eine gerichtete Struktur aufwei- sen, d. h. sie einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).

Als Material werden Eisen-, Nickel-oder Kobaltbasierte Su- perlegierungen verwendet.

Ebenso können die Schaufeln 120,130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX ; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X steht für Yttrium (Y) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden) und Wärme durch eine Wärmedämmschicht aufweisen. Die Wärmedämmschicht besteht beispielsweise Zr02, Y204-Zr02, d. h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid 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 gegenüberliegendem Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103

zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.

In Figur 17 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 312 und einem dieses umschließende Außengehäuse 315 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 der Mittel- druck-Teilturbine 303 durch zwei weitere Wellendichtungen 345 abgedichtet. Zwischen einem Hochdruck-Dampfeinströmbereich 348 und einem Dampfaustrittsbereich 351 weist die Turbinen- welle 309 in der Hochdruck-Teilturbine 300 die Hochdruck- Laufbeschaufelung 354,357 auf. Diese Hochdruck-Laufbeschau- felung 354,357 stellt mit den zugehörigen, nicht näher dar- gestellten Laufschaufeln einen ersten Beschaufelungsbereich 360 dar. Die Mitteldruck-Teilturbine 303 weist einen zentra- len Dampfeinströmbereich 333 auf. Dem Dampfeinströmbereich 333 zugeordnet weist die Turbinenwelle 309 eine radialsymmet- rische Wellenabschirmung 363, eine Abdeckplatte, einerseits zur Teilung des Dampfstromes in die beiden Fluten der Mittel-

druck-Teilturbine 303 sowie zur Verhinderung eines direkten Kontaktes des heißen Dampfes mit der Turbinenwelle 309 auf.

Die Turbinenwelle 309 weist in der Mitteldruck-Teilturbine 303 einen zweiten Beschaufelungsbereich 366 mit den Mittel- druck-Laufschaufeln 354,342 auf. Der durch den zweiten Be- schaufelungsbereich 366 strömende heiße Dampf strömt aus der Mitteldruck-Teilturbine 303 aus einem Abströmstutzen 369 zu einer strömungstechnisch nachgeschalteten, nicht dargestell- ten Niederdruck-Teilturbine.

Die Turbinenwelle 309 ist beispielsweise aus zwei Teilturbi- nenwellen 309a und 309b zusammengesetzt, die im Bereich des Lagers 318 fest miteinander verbunden sind.