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Title:
METHOD FOR PRODUCING A CHANNEL STRUCTURE AND COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/024759
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a channel structure (200) for a turbomachine, comprising the additive production of webs (2) from a first material on a main body (1), wherein the webs (2) are constructed on the main body (1) at a construction angle (α); the deposition of a second material on the webs (2) in such a way that a shadow region (4) between the webs (2) and the base body (1) that is defined by the webs (2), in each case remains free of the second material (3), and a heat treatment of a structure defined by the coated webs (2) such that the channel structure (200) is formed on the base body (1).

Inventors:
BURBAUM, Bernd (Jenaer Str. 23, Falkensee, 14612, DE)
Application Number:
EP2017/069496
Publication Date:
February 08, 2018
Filing Date:
August 02, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B22F3/00; B22F3/105; B22F5/10; B22F7/00; C23C4/06; C23C4/11; C23C4/18; F01D5/18; B22F5/04
Domestic Patent References:
WO2007026045A12007-03-08
WO2015130519A12015-09-03
Foreign References:
US6617003B12003-09-09
US5624231A1997-04-29
EP0992653A12000-04-12
EP2853323A22015-04-01
EP2391744B12014-10-01
EP2756909A12014-07-23
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur (200) für eine Strömungsmaschine, umfassend die folgenden Schritte:

- a) additives Herstellen von Stegen (2) aus einem ersten Material auf einem Grundkörper (1), wobei die Stege (2) unter einem Aufbauwinkel ( ) auf dem Grundkörper (1) aufgebaut werden,

- b) Abscheiden eines zweiten Materials (3) auf den Stegen

(2) , derart dass ein durch die Stege (2) definierter Schattenbereich (4) zwischen den Stegen (2) und dem Grundkörper (1) jeweils frei von dem zweiten Material

(3) bleibt, und

- c) Wärmebehandlung einer durch die beschichteten Stege (2) definierten Struktur, so dass die Kanalstruktur (200) auf dem Grundkörper (1) gebildet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Grundkörper (1) ein vorgefertigtes Bauteil und/oder ein Halbzeug für die

Strömungsmaschine ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1050 °C durch- geführt wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Material (2) ein metallisches Material, insbesondere eine Superlegierung, umfasst, und das zweite Material (3) ein Material für eine Wärmedämmschicht, insbesondere ein keramisches Material ist.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Material (3) durch thermische Spritzen abgeschieden wird.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Material (2) ein Hochtemperatur- oder Aktivlot ist .

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Material (2) durch Laserauftragschweißen hergestellt wird.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aufbauwinkel ( ) ein erster Winkel ist und zwischen 30° und 60° relativ zu einer Oberfläche (OF) des Grundkörpers beträgt .

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das zweite Material unter einem zweiten, von dem ersten Winkel ( ) verschiedenen Winkel ( ß ) abgeschieden wird.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Abscheiden des zweiten Materials (3) weitere Stege (2) auf den bereits beschichteten Stegen (2) abgeschieden werden, um die Kanalstruktur (200) zu bilden und wobei die weiteren Stege (2) , beispielsweise unter einem weiteren Aufbauwinkel ( 1) additiv aufgebaut werden, welcher relativ zu einem Aufbauwinkel ( ) der bereits beschichteten Stege (2) gespiegelt ist.

11. Komponente (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, umfassend eine Kanalstruktur (200) , welche mittels des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprü- che hergestellt oder herstellbar ist, wobei die Kanalstruktur (200) zur Kühlung der Komponente (10) im Betrieb ausgebildet ist und eine Geometrie der Kanalstruktur (200) entsprechend einer erwarteten Temperaturbelastung an der Oberfläche (5) des Grundkörpers (1) angepasst ist.

12. Komponente (10) gemäß Anspruch 11, wobei die Stege (2) derart nebeneinander hergestellt angeordnet sind, dass eine Oberfläche (5) der Grundstruktur frei von dem zweiten Materi al (3) ist.

13. Komponente (10) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Ka nalstruktur (200) mehrere Kanalstrukturschichten (100) aufweist, die übereinander angeordnet sind.

14. Komponente (10) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, welche eine im Heißgaspfad einer Gasturbine angewendete Komponente, beispielsweise eine Turbinenschaufel ist, und wobei die Kanalstruktur (200) eine Kühlstruktur zur Kühlung der Komponente (10) ist.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur und Komponente Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur für eine Strömungsmaschine oder für ein für den Betrieb einer Strömungsmaschine eingesetztes Bauteil. Das Verfahren kann ein Verfahren zum Versehen eines Grundkörpers mit einer Kanalstruktur oder Kühlstruktur sein.

Das Bauteil bzw. die Komponente ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strömungsmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine, vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Superlegierung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasier- ten Superlegierung. Die Superlegierung kann ausscheidungsgehärtet oder ausscheidungshärtbar sein.

Vorzugsweise findet das Bauteil Anwendung in einem Heißgaspfad oder Heißgasbereich einer Strömungsmaschine, wie einer Gasturbine.

Besonders bevorzugt ist das Bauteil eine Schaufel einer Gasturbine oder ein entsprechender Schaufelkern beziehungsweise ein Halbzeug für die Turbinenschaufel .

Bei dem Verfahren handelt es sich vorzugsweise zumindest teilweise um ein additives Herstellungsverfahren und/oder um ein kombiniertes Verfahren aus additiven und konventionellen Technologien, beispielsweise thermischen Spritzverfahren.

Ein thermisches Spritzverfahren ist beispielsweise bekannt aus EP 2 391 744 Bl .

Generative oder additive Herstellungsverfahren umfassen bei- spielsweise Strahlschmelz- und/oder Strahlschweißverfahren. Zu den Strahlschmelz -Verfahren gehören insbesondere das selektive Laserschmelzen (SLM) oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Zu den genannten Strahlschweißverfahren gehören beispielsweise das Elektronenstrahlschweißen oder das Laserauftragschweißen (LMD: englisch für Laser Metal Deposition) , insbesondere das Laserpulverauftragschweißen. Ein Verfahren zum Auftragschweißen ist beispielsweise bekannt aus EP 2 756 909 AI.

Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufactu- ring") haben sich als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbaustrukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung insbesondere durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Ferti- gungsschritt eines Bauteils direkt auf Basis von Konstruktionsdaten und/oder einer entsprechenden CAD-Datei erfolgen kann .

Weiterhin ist die additive Fertigung besonders vorteilhaft für die Entwicklung oder Herstellung von Prototypen, welche beispielsweise aus Kostengründen mittels konventioneller sub- traktiver oder spanender Verfahren oder Gusstechnologie nicht oder nicht effizient hergestellt werden können. Ein Problem, welches bei der Fertigung von mit Heißgasen beaufschlagten Turbinenteilen auftritt, ist die Schwierigkeit, die entsprechenden Komponenten, insbesondere Turbinenschaufeln, entsprechend temperatur- und/oder oxidationsbe- ständig auszubilden. Ein Grundmaterial der Schaufeln ist üb- licherweise aus einer durch die γ- und/oder γ' -Phase des entsprechenden Materials gehärteten Superlegierungen, welche die entsprechende Heißrissbeständigkeit und/oder Kriechbeständigkeit für das mechanische und thermisch hochbelastete Teil aufweist .

Um die entsprechende Komponente weiterhin zumindest in der Oberfläche vor Erosion oder Zerstörung zu schützen, sind häufig Wärmedämm- und/oder Oxidationsschutzschichten nötig. Die genannten Wärmedämmschichten (TBC: englisch für „thermal barrier coating") enthalten meistens Keramiken, welche insbesondere temperaturbeständig sind, und beispielsweise den Schaufelkern im Betrieb der Komponente vor allzu hohen ther- mischen Belastungen schützen.

Um metallische und keramische Werkstoffe zu verbinden, werden häufig Aktivlote oder Hochtemperaturlote verwendet, welche typischerweise bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1050 °C verarbeitet werden. Durch die Verwendung von Aktivloten ist ein direktes Löten von Keramik ohne zusätzliche Metallisierung möglich. Bei den genannten Loten handelt es sich üblicherweise um metallische Lote, die aufgrund ihrer Legierungszusammensetzung in der Lage sind, keramische Werkstoffe zu benetzen und damit beispielsweise an einen metallischen Werkstoff anzubinden. Während des Prozesses bildet sich an der Oberfläche der Keramik meistens eine dünne, durchgehende Reaktionsschicht aus, die die notwendige Haftung und/oder Benützung ermöglicht. Das Hochtemperaturlöten erfolgt in der Regel unter Argon und/oder im Vakuum.

Durch ökonomische oder klimatische Aspekt und Rohstoffknapp- heit besteht aus technologischer Sicht nahezu ständig ein Bedarf, die Energieeffizienz von Verbrennung- oder Strömungsma- schinen im Allgemeinen zu verbessern.

Zur Effizienzsteigerung ist es bekanntlich erforderlich, die Verbrennungstemperaturen zu erhöhen und folglich eine Kühlung der im Falle von Gasturbinen thermisch hochbelasteten Kompo- nenten zu verbessern.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, welches die genannten Probleme löst bzw. den genannten Erfordernissen Rechnung trägt. Insbesondere wird ein neuartiges und/oder verbessertes Verfahren zur Herstellung und/oder zur Instandhaltung von thermisch hochbelasteten Maschinenteilen angegeben. Insbesondere betrifft das erfindungsgemäße Verfahren die Ausgestaltung einer Wärmedämm- bzw. -Schutzschicht mit einer inhärenten Kanalstruktur, so dass ein entsprechend beschichtetes Bauteil im Betrieb besonders hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, ohne die Lebensdauer der Komponente entscheidend zu beeinträchtigen oder Schäden zu verursachen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, oder ein im Heißgaspfad derselben angewendetes Bauteil.

Das Verfahren umfasst das additive Herstellen von Stegen aus einem ersten Material, Beispielsweise mittels Auftragschweißen, auf einem Grundkörper, wobei die Stege unter einem Aufbauwinkel auf dem Grundkörper aufgebaut werden.

Der Aufbauwinkel bezeichnet vorzugsweise einen Winkel, welcher relativ zu einer Oberfläche des Grundkörpers gemessen wird. Vorzugsweise bezeichnet der genannte Winkel denjenigen Winkel, welcher eine Haupterstreckungsrichtung der genannten Stege mit der Oberfläche des Grundkörpers oder einem entsprechenden Oberflächenvektor einschließt.

Der Aufbauwinkel beträgt vorzugsweise mehr als 0 und weniger als 90°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 60°, insbeson- dere 45° .

Das additive Herstellen erfolgt vorzugsweise durch Laserauftragschweißen . Durch die schräge oder gewinkelte Orientierung bzw. den Materialauftrag für die Stege wird vorzugsweise ein Raum zwischen der Oberfläche der Grundstruktur und den Stegen gebildet, welcher zur Führung eines Kühlfluids im Betrieb der Komponente, insbesondere zur Kühlung, genutzt werden kann.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Abscheiden eines zweiten Materials auf den Stegen, derart, dass ein durch die Stege definierter, insbesondere geometrischer Schattenbereich zwischen den Stegen und dem Grundkörper oder seiner Oberfläche jeweils frei von dem zweiten Material bleibt. Bei dem Schattenbereich handelt es sich vorzugsweise um einen Abscheidungsschatten .

Das Verfahren umfasst weiterhin eine Wärmebehandlung der durch die beschichteten Stege definierten Struktur, so dass die Kanalstruktur auf dem Grundkörper gebildet wird. Mit anderen Worten wird durch die Wärmebehandlung eine effektive Anbindung des ersten Materials an das zweite Material (oder umgekehrt) erzielt. Durch die Fertigstellung oder Bildung der Kanalstruktur kann beispielsweise das Bauteil her- oder fer- tiggestellt sein oder werden.

In einer Ausgestaltung ist das zweite Material ein von dem ersten Material verschiedenes Material. Vorzugsweise ist das zweite Material ein Material für eine Wärmedämm, oder Wärme- Schutzschicht für die Komponente.

In einer Ausgestaltung ist das zweite Material das gleiche Material wie das erste Material . Das erste Material kann weiterhin das gleiche Material sein, aus welchem schon der Grundkörper hergestellt ist.

Durch das Abscheiden des zweiten Materials auf den Stegen kann vorteilhafterweise eine durchgängige oder kontinuierli - che Kanalstruktur auf dem Grundkörper generiert werden. Insbesondere bilden die genannten Schattenbereiche die entsprechenden Hohlräume für die Kanalstruktur, insbesondere Kühlstruktur. Dadurch wird ermöglicht, ein Kühlmedium im Betrieb der Komponente, unter besonders hoher thermischer Belastung von beispielsweise 1500 °C oder mehr, durch den Grundkörper oder ein diesen aufweisendes Bauteil zu führen, um diesen effektiv mit einem Kühlmedium zu kühlen.

Durch das vorgestellte Konzept kann die Komponente, insbesondere während des Betriebs, derart effizient gekühlt werden, dass die Komponente noch höheren als bisher aus dem Stand der Technik bekannten, üblichen Temperaturen ausgesetzt werden kann.

Weiterhin erlaubt die durch die vorliegende Erfindung erhaltene Kanalstruktur durch eine gitterartige oder hohle Struktur, den Ausgleich von thermischen, mechanischen bzw. thermo- mechanischen Spannungen, welche im Betrieb des Bauteils oder der Komponente auftreten können. Vorteilhafterweise kann also auf etwaige Haftvermittlungs- oder Pufferschichten verzichtet werden, welche üblicherweise eine Spannungsrelaxation bewirken .

In einer Ausgestaltung ist der Grundkörper ein vorgefertigtes Bauteil und/oder ein Halbzeug für die Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine. Beispielsweise kann der Grundkörper gemäß dieser Ausgestaltung ein Schaufelkern einer Turbinen- schaufei bzw. ein beschichteter Grundkörper der Turbinenschaufel sein.

In einer Ausgestaltung wird die Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1050 °C durchgeführt. Entsprechend dieser Ausgestaltung kann die Wärmebehandlung einen Hochtem- peraturlötprozess umfassen oder bilden. Durch die Wärmebehandlung wird insbesondere eine stabile Verbindung oder An- bindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material erreicht .

In einer Ausgestaltung ist das erste Material ein Hochtemperaturlot und/oder ein Aktivlot. In einer Ausgestaltung umfasst das erste Material einen metallischen Werkstoff, insbesondere eine Superlegierung, wie eine ausscheidungsgehärtete nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das erste Mate- rial vorzugsweise artgleich zu dem Material des Grundkörpers. Dies ist erforderlich um einerseits Kontaminationen des

Grundkörpers zu vermeiden und weiterhin die Stege mit einer mit dem Grundkörper vergleichbaren Temperaturbeständigkeit auszustatten .

In einer Ausgestaltung ist das zweite Material ein Material für eine Wärmedämm- oder Wärmeschutzschicht für den Grundkörper . In einer Ausgestaltung ist oder umfasst das zweite Material ein keramisches Material. Bei dem zweiten Material kann es sich weiterhin um ein Verbundmaterial, beispielsweise um einen keramischen Faserverbundwerkstoff, handeln. In einer Ausgestaltung ist das zweite Material ein Material für eine Oxidationsschutzschicht für den Grundkörper.

In einer Ausgestaltung wird das zweite Material durch thermisches Spritzen abgeschieden. Gemäß dieser Ausgestaltung kann das zweite Material entsprechend zweckmäßig kompakt und dicht und mit einer ausreichenden Strukturgüte versehen werden.

In einer Ausgestaltung wird das erste Material durch Laserauftragschweißen, insbesondere Laserpulverauftragschweißen, hergestellt oder aufgebaut. Diese Ausgestaltung bietet den

Vorteil, diese bewährte Beschichtungstechnologie, welche beispielsweise in der Instandhaltung von Turbinenschaufeln gängig ist, für das vorliegende erfindungsgemäße neuartige Verfahren zu nutzen.

In einer Ausgestaltung ist der Aufbauwinkel ein erster Winkel und beträgt zwischen 30° und 60 0 relativ zu einer Oberfläche des Grundkörpers. Gemäß dieser Ausgestaltung kann mit Vorteil einerseits eine hohe mechanische Stabilität der Kanalstruktur ermöglicht werden und gleichzeitig ein möglichst hoher Volumenstrom von Kühlfluid während der Kühlung der Komponente im Betrieb erzielt werden.

In einer Ausgestaltung wird das zweite Material unter einem zweiten Winkel abgeschieden. Der zweite Winkel ist vorzugsweise ein von dem ersten Winkel verschiedener Winkel, beispielsweise ein relativ zu einer Oberflächennormalen der Oberfläche der Grundstruktur - entgegengesetzt angestellter oder gespiegelter Winkel. Diese Ausgestaltung erlaubt mit Vorteil eine für einen Kühleffekt zweckmäßige und/oder stabile Geometrie der Kanalstruktur, ohne dass das zweite Material beispielsweise in den genannten Schattenbereichen abgeschie- den wird.

In einer Ausgestaltung beträgt der zweite Winkel zwischen 90° und 150° relativ zu der Oberfläche des Grundkörpers. In einer Ausgestaltung werden nach dem Abscheiden des zweiten Materials weitere Stege auf den bereits beschichteten Stegen abgeschieden, um die Kanalstruktur zu bilden. Gemäß dieser Ausgestaltung kann vorteilhafterweise eine mehrschichtige Kanalstruktur ausgebildet werden.

In einer Ausgestaltung werden die weiteren Stege, beispielsweise unter einem weiteren Aufbauwinkel additiv aufgebaut, welcher relativ zu dem Aufbauwinkel der bereits beschichteten Stege gespiegelt ist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Ka- nalstruktur mit einer Vielzahl von Kanalstrukturschichten versehen werden und entsprechend eine effiziente Kühlung für die Komponente bzw. an der Oberfläche der Grundstruktur erreicht werden. In einer Ausgestaltung werden das additive Herstellen und das Abscheiden vor der Wärmebehandlung im Rahmen des beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Kanalstrukturschichten wiederholt. Durch die vielschichtige Ausgestal- tung der Kanalstruktur kann insbesondere die Kühleffizienz für die Komponente vorteilhafterweise verbessert werden.

In einer Ausgestaltung ist die Oberfläche des Grundkörpers, zumindest weitgehend eben.

In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils umfassend die Kanalstruktur .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung betrifft eine Komponente bzw. ein Bauteil wie oben beschrieben, welche mittels des beschriebenen Verfahrens hergestellt oder herstellbar ist.

In einer Ausgestaltung ist die Kanalstruktur zur Kühlung der Komponente im Betrieb ausgebildet, wobei eine Geometrie der Kanalstruktur entsprechend einer erwarteten oder gemessenen Temperaturbelastung an der Oberfläche des Grundkörpers ange- passt ist.

In einer Ausgestaltung sind die Stege derart nebeneinander hergestellt und/oder angeordnet, dass eine Oberfläche der Grundstruktur, auf welcher die Stege hergestellt werden, frei von dem zweiten Material ist bzw. bleibt.

In einer Ausgestaltung ist die Komponente eine im Heißgaspfad einer Gasturbine angewendete Komponente. In einer Ausgestaltung weist die Kanalstruktur mehrere Kanalstrukturschichten auf, die (schichtweise) übereinander angeordnet sind.

In einer Ausgestaltung ist die Komponente eine Turbinenschau- fei bzw. ein entsprechender Schaufelkern, wobei die Kanalstruktur eine Kühlstruktur zur Kühlung der Komponente ist. Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren beziehen, können ferner die Komponente betreffen und umgekehrt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Bauteils 10.

Figur 2 deutet anhand einer schematischen Schnittansicht einen Verfahrensschritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens an.

Figur 3 deutet analog zur Darstellung der Figur 2 einen

weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens an.

Figur 4 deutet einen weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens an.

Figur 5 deutet in einem schematischen Flussdiagramm Verfahrensschritte des beschriebenen Verfahrens an.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein .

Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Bauteils 10. Bei dem Bauteil kann es sich um eine Komponente für eine Strömungsmaschine handeln. Das Bauteil 10 ist beispielhaft als Turbinenschaufel oder Segment einer Turbinenschaufel dargestellt. Das Bauteil 10 weist demgemäß einen Schaufelfuß 11 auf. Bei dem Schaufelfuß 11 kann das Bauteil zweckmäßigerweise zum Betrieb in eine Strömungsmaschine montiert werden. Konventionelle Turbinenschaufeln weisen üblicherweise eine Wärmedämm- oder Wärmeschutzschicht auf (in Figur 1 nicht explizit gekennzeichnet) und oder eine Oxidationsschutzschicht .

Als Materialien für Wärmedämm- und/oder Oxidationsschutz - Schicht werden häufig keramische Materialien und/oder Verbundwerkstoffe eingesetzt.

Die Figuren 2 bis 4 deuten vereinfacht Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Kanal - struktur bzw. Hohlstruktur (vergleiche Bezugszeichen 100 und 200 in den Figuren 3 und 4) an. Vorzugsweise umfasst die Kanalstruktur 200 eine Mehrzahl von Kühlkanälen (vergleiche Bezugszeichen 4) zur Kühlung der Komponente 10. Die genannten Kühlkanäle können beispielsweise nebeneinander und/oder über- einander angeordnet sein und verlaufen vorzugsweise parallel zu einer Oberfläche eines Grundkörpers.

Figur 5 zeigt die wesentlichen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte anhand eines schematischen Flussdiagramms.

Figur 2 zeigt insbesondere einen Grundkörper 1. Der Grundkörper bezeichnet vorzugsweise ein Halbzeug, oder einen Grundkörper für das Bauteil, insbesondere einen Grundkörper für die Turbinenschaufel . Es kann sich dabei um ein vorgefertig- tes Teil für die Turbinenschaufel, beispielsweise um einen unbeschichteten Schaufelkern handeln (vergleiche a) in Figur 5) .

Der Grundkörper 1 weist eine Oberfläche 5 auf. Die Oberfläche 5 ist vorzugsweise zumindest weitgehend eben. Dies trifft vorliegend üblicherweise sowohl für eine Saugseite als auch für eine Druckseite einer Turbinenschaufel zu. An der Oberfläche 5 wird der Grundkörper 1 gemäß des vorliegenden Ver- fahrens vorzugsweise mit Stegen 2 versehen, beispielsweise mittels eines additiven Herstellungsverfahrens. Insbesondere werden auf der Oberfläche 5 vorzugsweise mittels Auftragschweißen, insbesondere Laserauftragschweißen, Stege 2 oder ähnliche filigrane Strukturen additiv aufgebaut. Das Material der genannten Stege kann mit einem ersten Material bezeichnet 2 sein. Dieses erste Material ist vorzugsweise artgleich oder ähnlich zu dem Material des Grundkörpers 1. Der Grundkörper 1 besteht entsprechend seiner Betriebsanforderungen vorzugsweise aus einer gehärteten nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung .

Bei dem Material der Stege 2 handelt es sich vorzugsweise um metallische Stege, so dass ein Stoffschluss zwischen dem

Grundkörper und den Stegen erzielt werden kann. Demgemäß kann es sich bei dem ersten Material 2 um ein Hochtemperaturlot und/oder ein Aktivlot handeln. Vorzugsweise wird das erste Material derart gewählt, dass eine Kontamination des Materi- als des Grundkörpers 1 verhindert oder eingeschränkt wird.

Die Stege 2 werden erfindungsgemäß unter einem Aufbauwinkel auf der Oberfläche 5 aufgebaut und/oder abgeschieden. Der Aufbauwinkel bezeichnet vorliegend einen Winkel relativ zu der Oberfläche bzw. zu einer Oberflächenormalen ON der Oberfläche 5 des Grundkörpers 1. Der Aufbauwinkel ist insbesondere größer als 0° und kleiner als 90° relativ zu der Oberfläche 5. Damit wird gewährleistet, dass die Stege 2 ei- nen Raum bzw. Schattenbereich 4 zwischen der Grundstruktur 1 und eben den Stegen 2 definieren, welcher zum Führen eines Fluides, insbesondere eines Kühlfluides ausgebildet ist und entsprechend zur Kühlung der Komponente oder des Bauteils 10 bzw. seiner Grundstruktur 1 genutzt werden kann.

Der Winkel kann beispielsweise zwischen 30° und 60° betragen, besonders bevorzugt 45°. Für den Aufbau der Stege 2 wird vorzugsweise ein Beschich- tungswerkzeug, besonders bevorzugt ein Schweißwerkzeug 15 herangezogen, insbesondere ein Fertigungskopf zum Laserauftragschweißen und/oder eine Pulverdüse für einen Materialauf- trag. Das Schweißwerkzeug wird dabei für die Beschichtung vorzugsweise relativ zu der Oberfläche 5 oder dem Grundkörper 1 konstant unter dem gleichen Winkel geführt .

Eine Dicke der Stege ist vorzugweise derart bemessen, dass die Stege 2 formstabil und belastbar an der Grundstruktur 1 ( Stoffschlüssig) verbunden werden können. Eine Haupterstre- ckungsrichtung der Stege ist insbesondere unter dem Aufbauwinkel (vergleiche Figur 3) relativ zu der Oberfläche 5 ausgerichtet .

Vorzugsweise werden alle Stege (wie in der Darstellung der Figur 2) unter dem gleichen Winkel auf dem Grundkörper 1 aufgebaut. Weiterhin werden die Stege derart nebeneinander aufgebaut, dass die Projektion der Stege 2 auf die Oberfläche 5 vorzugsweise die ganze Oberfläche 5 abdeckt. Mit anderen Worten können die Stege in Aufsicht auf die Oberfläche 5 betrachtet, diese komplett abschatten. Mit dem Bezugszeichen 4 sind insbesondere Schattenbereiche genannt, welche jeweils durch einen Steg 2 zwischen diesem Steg und der Grundstruktur 1 definiert werden.

Die Abmessung der Stege entlang ihrer Haupterstreckungsrich- tung kann wenige Millimeter betragen oder aber entsprechend der gewünschten Kühlwirkung und unter Berücksichtigung eines entsprechenden Volumenstroms des Kühlfluid angepasst werden.

Figur 3 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein zweites Material auf den Stegen 2 abgeschieden wird, vorzugsweise mittels eines ther- mischen Spritzverfahrens (vergleiche b) in Figur 5) . Alternativ kann das zweite Material beispielsweise mittels eines Plasma-Spritzverfahrens und/oder mittels elektronenstrahlba- sierter physikalischer Gasphasenabscheidung abgeschieden werden .

Bei dem zweiten Material kann es sich um ein keramisches Ma- terial oder einen keramischen Faserverbundwerkstoff handeln. Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Material um das für die Wärmedämm- oder Schutzschicht bzw. die Oxidations- schutzschicht gewählte Material. Eine Bearbeitungs- oder Abscheideeinrichtung ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 20 angedeutet. Insbesondere wird das zweite Material über das genannte Bearbeitungswerkzeug 20 auf den Stegen abgeschieden, und zwar unter einem zweiten Winkel ß . Der zweite Winkel ß kann von dem Aufbauwinkel verschie- den sein oder aber ebenfalls 30 bis 60° relativ zu einer

Oberfläche 5 oder eines entsprechenden Oberflächensektors der Oberfläche 5 betragen. Gemäß der Darstellung der Figur 3, d.h. analog zu dem Aufbauwinkel gemessen, beträgt der zweite Winkel ß vorzugsweise zwischen 120° und 150°. Der zweite Winkel ß kann jedoch auch 90° Oberfläche 5 oder entsprechend 0° (parallel) zu einer Oberflächennormalen ON der Oberfläche 5 betragen. Gemäß dieser Ausgestaltung würde ebenfalls ein Schattenbereich 4 unterhalb der Stege entstehen, welche zur Kühlung des Bauteils genutzt werden kann.

Durch die enge Anordnung der Stege 2 wird vorzugsweise weiterhin kein zweites Material 3 auf der Oberfläche 5 des

Grundkörpers 1 abgeschieden. Alternativ kann auch eine Ab- scheidung von zweitem Material 3 auf der Oberfläche 5 vorge- sehen sein, beispielweise an Bereichen, welche im Betrieb des Bauteils 10 nicht notwendigerweise gekühlt werden müssen.

Durch das Abscheiden des zweiten Materials 3 ist - wie anhand von Figur 3 ersichtlich - eine erste Kanalstrukturschicht 100 entstanden oder zumindest deren Struktur aufgebaut worden.

Durch die Vereinfachung der Darstellung, sind - in den

Querschnittsansichten der Figuren 2 bis 4 die Schattenbereich 4 als auch die Materialbereiche des zweiten Materials oberhalb der Stege 2 dreieckig dargestellt. In der Realität kann eine entsprechende Struktur (Kanalstruktur) , wie für den Fachmann ersichtlich, deutlich abweichen, jedoch qualitativ dem entsprechen, was vorliegend in den Figuren beschrieben ist .

Figur 4 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt. Insbesondere ist im Gegensatz zur Darstellung der Figur 3 angedeutet, dass - nach dem Abscheiden des zweiten

Materials 3 erfindungsgemäß vorzugsweise eine weitere Kanal - Strukturschicht 100 in analoger oder ähnlicher Weise abgeschieden wird. Im Unterschied zur ersten - direkt auf der Oberfläche 5 aufgebauten Kanalstrukturschicht - werden die weiteren Stege 2 für die weitere Kanalstrukturschicht 100 vorzugsweise unter dem Winkel a' relativ zu der Oberflächen 5 des Grundkörpers 1 additiv aufgebaut.

Der weitere Aufbauwinkel a' entspricht zumindest betragsmäßig vorzugsweise dem Aufbauwinkel . Alternativ kann der Winkel a' ein von dem Winkel verschiedener Winkel sein.

Für eine effiziente Kühlung des Bauteils 10 ist es jedoch zweckmäßig, die genannten Winkel betragsmäßig gleich zu be- messen. Dadurch kann insbesondere auch ein Material für die Kanalstruktur, welches von den Stegen getragen wird und der eigentlichen Struktur 100 seine Stabilität verleiht, zweckmäßig gekühlt werden bzw. ein möglichst effizienter Wärmeübergang im Betrieb der Komponente erzielt werden.

Vorausgesetzt, man misst den weiteren Aufbauwinkel in analoger Weise zu dem Aufbauwinkel und dem zweiten Winkel ß , dann betrüge der weitere Aufbauwinkel a' beispielsweise ebenfalls entsprechend zwischen 30° und 60°.

Vorzugsweise werden die Aufbauwinkel jeweils derart gemessen, dass sie die Haupterstreckungsrichtung der jeweiligen Stege relativ zu einem nächsten Oberflächenvektor der Oberfläche 5 bezeichnen .

In Figur 4 sind insbesondere zwei übereinander angeordnete Kühlkanäle bzw. Kanalstrukturschichten 100 gezeigt, welche die erfindungsgemäße Kanalstruktur 200 bilden. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass beliebig viele dieser Doppelschichten - je nach erwünschtem Kühleffekt - übereinander angeordnet werden können, je nachdem wie es zur Kühlung der Komponente zweckmäßig ist.

Aus Stabilitätsgründen sind vorzugsweise nur wenige dieser Kanalstrukturschichten 100 oder der in Figur 4 gezeigten Doppelschichten vorgesehen.

Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls die beschriebene Kanalstruktur 200 beliebig variiert werden kann. Beispielsweise können in einzelnen Kanal - strukturschichten 100 einzelne Bereiche durchgehend mit dem 1. und/oder dem 2. Material gefüllt sein, sodass einzelne Bereiche frei von Hohlräumen oder Kanälen sind. Dies kann insbesondere zweckmäßig sein, um die Stabilität an einzelnen Stellen der Kanalstruktur zu erhöhen. Auch können beispielsweise sowohl parallel zu der Oberfläche 5 als auch entlang einer entsprechenden normalen Richtung (vergleiche ON) Durchbrüche, beispielsweise von einer Kanalstrukturschicht 100 zur darüber liegenden Kanalstrukturschicht 100 vorgesehen sein um eine Strömung eines Kühlfluids individuell für die Komponente zu gestalten. Dabei kann ein labyrinthartiges Kühl- bzw. Ka- nalsystem durch die vorgestellten Mittel auf jedem beliebigen Grundkörper von mit Heißgasen beaufschlagten Turbinenteilen ausgebildet werden.

Das vorliegende Verfahren umfasst weiterhin eine Wärmebehand- lung der entsprechend durch die beschichteten Stege 2 und den Grundkörper 1 definierten oder entstandenen Struktur. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass die Kanalstruktur 200 nicht nur aufgebaut, sondern fertig hergestellt und zweckmäßig an der Oberfläche 5 des Grundkörpers 1 angebunden wird. Die genannte Wärmebehandlung (vergleiche c) in Figur 5) wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 800°C und 1050 °C durchgeführt. Die Wärmebehandlung kann eine zum Hochtemperaturlöten zweckmäßige Wärmebehandlung sein. Insbesondere wird durch die Wärmebehandlung beziehungsweise den beschriebenen Hochtemperaturlöt-Prozess die Anbin- dung der Stege 2 (Aktivlot) an das für die Wärmedämmschicht herangezogene zweite Material erzielt und/oder verbessert.

Als Alternative oder zusätzlich zu der vorliegenden Beschreibung kann das zweite Material eine MCrAlY-Schicht oder eine entsprechende Legierung als Oxidationsschutz für die Komponente bezeichnen. In diesem Kontext steht das „NT beispiels- weise für eines der Elemente Kobalt oder Nickel. Derartige

Legierungen sind als Beschichtungsmaterialien verbreitet, um die Schaufeln von Turbinenschaufel, insbesondere derjenigen ersten und zweiten Stufe bzw. andere heißgasbeaufSchlagte Teile vor Oxidation und oder Korrosion zu schützen. Zudem können MCrAlY-Schichten als Haftvermittler zum Fügen einer Wärmedämmschicht, beispielsweise an einen Grundkörper einer Turbinenschaufel eingesetzt werden.

Auch kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, als zweites Mate- rial sowohl eine Wärmedämmschicht als auch eine Oxidations- schutzschicht vorzusehen.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.