Verfahren zur Herstellung eines Lochs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lochs gemäß Anspruch 1.

Bei vielen Bauteilen, insbesondere bei Gussteilen, müssen nachtraglich Abtragungen wie Vertiefungen oder Durchgangslocher erzeugt werden. Insbesondere bei Turbinenbauteilen, die zur Kühlung Filmkuhllocher aufweisen, werden nach der Herstellung des Bauteils Locher nachtraglich eingefugt.

Solche Turbinenbauteile weisen oft auch Schichten auf, wie z.B. eine metallische Schicht oder Zwischenschicht und/oder eine keramische äußere Schicht. Die Filmkuhllocher müssen dann durch die Schichten und das Substrat (Gussteil) hindurch erzeugt werden.

Die US-PS 6,172,331 sowie die US-PS 6,054,673 offenbaren eine Laserbohrmethode, um in Schichtsystemen Locher einzufügen, wobei ultrakurze Laserpulslangen verwendet werden. Es wird aus einem bestimmten Laserpulslangenbereich eine Laserpulslange ausgesucht und damit das Loch erzeugt.

Die DE 100 63 309 Al offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Kuhlluftoffnung mittels eines Lasers, bei dem die Laserparameter so eingestellt werden, dass Material durch Sublimieren abgetragen wird.

Die US-PS 5,939,010 offenbart zwei alternative Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Lochern. Bei dem einen Verfahren (Fig. 1, 2 der US-PS) wird zuerst vollständig ein Loch erzeugt, bevor das nächste Loch erzeugt wird. In dem zweiten Verfahren werden die Locher schrittweise erzeugt, indem zu- erst ein erster Teilbereich eines ersten Lochs, dann ein erster Teilbereich eines zweiten Lochs usw. erzeugt wird (Fig. 10 der US-PS) . Dabei können bei den zwei Verfahren unter-

schiedliche Pulslangen verwendet werden, aber immer die gleichen Pulslangen innerhalb eines Verfahrens. Die zwei Verfahren können nicht miteinander verknüpft werden. Die Querschnittsflache des abzutragenden Bereichs entspricht immer dem Querschnitt des herzustellenden Lochs.

Die US-PS 5,073,687 offenbart die Verwendung eines Lasers zur Herstellung eines Lochs in einem Bauteil, das aus einem Substrat mit beidseitiger Kupferschicht gebildet ist. Dabei wird zuerst mittels längerer Pulsdauer ein Loch durch einen Kupferfilm erzeugt und dann mittels kürzerer Pulse ein Loch in dem Substrat, bestehend aus einem Harz, wobei anschließend ein Loch durch eine Kupferschicht auf der Ruckseite mit höherer Ausgangsleistung des Lasers erzeugt wird. Die Quer- schnittsflache des abgetragenen Bereichs entspricht dem Querschnitt des herzustellenden Lochs.

Die US-PS 6,479,788 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Lochs, bei dem in einem ersten Schritt längere Pulslangen verwendet werden als in einem weiteren Schritt. Die Pulsdauer wird hier variiert, um eine möglichst gute Rechteckform im Loch herzustellen. Dabei wird auch die Querschnittsflache des Strahls bei abnehmender Pulslange vergrößert.

Ein weiteres Laserbohrverfahren ist in der EP 1 062 070 Bl offenbart .

Die Verwendung von solchen ultrakurzen Laserpulsen ist wegen deren geringen mittleren Leistungen teuer und sehr zeitinten- siv.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung dieses Problem zu überwinden .

Die Aufgabe wird gelost durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.

In den Unteranspruchen des Verfahrens sind weitere vorteilhafte Maßnahmen des Verfahrens aufgelistet.

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

Die Unterteilung eines Lochs bei der Herstellung in einen unteren Bereich und einen äußeren Diffusor sowie die Aufteilung in endkonturnahe und Endkonturherstellung des unteren Bereichs und des Diffusors ergeben eine schnellere Herstellung des Lochs in einem Bauteil.

Die Erfindung wird anhand der Figuren naher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 ein Loch in einem Substrat, Figur 2 ein Loch in einem Schichtsystem, Figur 3 eine Draufsicht auf ein herzustellendes Durchgangsloch,

Figur 4 - 9 Abtragungsschritte erfindungsgemaßer Verfahren, Figur 10 eine Apparatur, um das Verfahren durchzufuhren,

Figur 11 eine Gasturbine, Figur 12 eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschaufel und

Figur 13 eine perspektivische Ansicht einer Brennkammer .

Beschreibung des Bauteils mit Loch

Figur 1 zeigt ein Bauteil 1 mit einem Loch 7. Das Bauteil 1 besteht aus einem Substrat 4 (beispielsweise ein Gussteil oder DS- bzw. SX-Bauteil) .

Das Substrat 4 kann metallisch und/oder keramisch sein. Insbesondere bei Turbinenbauteilen, wie z.B. Turbinenlauf- 120 oder -leitschaufeln 130 (Fig. 11, 12), Hitzeschildelementen 155 (Fig. 13) sowie anderen Gehauseteilen einer Dampf- oder Gasturbine 100 (Figur 11) , aber auch einer Flugzeugturbine, besteht das Substrat 4 aus einer nickel-, kobalt- oder eisenbasierten Superlegierung . Bei Turbinenschaufeln für Flugzeuge besteht das Substrat 4 beispielsweise aus Titan oder einer Titan-Basislegierung . Das Substrat 4 weist ein Loch 7 auf, das beispielsweise ein Durchgangsloch ist. Es kann aber auch ein Sackloch sein. Das Loch 7 besteht aus einem unteren Bereich 10, der von einer Innenseite des Bauteils 1 ausgeht und der beispielsweise symmetrisch (beispielsweise kreisförmig, oval oder rechteckformig) ausgebildet ist, und einem oberen Bereich 13, der gegebenenfalls als Diffusor 13 an einer äußeren Oberflache 14 des Substrats 4 ausgebildet ist. Der Diffusor 13 stellt eine Verbreiterung des Querschnitts gegenüber dem unteren Bereich 10 des Lochs 7 dar. Das Loch 7 ist vorzugsweise ein Filmkuhlloch. Insbesondere die innen liegende Oberflache 12 des Diffusors 13, also im oberen Bereich des Lochs 7, soll glatt sein, weil Unebenheiten unerwünschte Turbulenzen, Umlenkungen erzeugen, um ein optimales Ausstromen eines Mediums, insbesondere eines Kuhl- mediums aus dem Loch 7 zu ermöglichen. An die Qualität der

Lochoberflache im unteren Bereich 10 des Lochs 7 werden deutlich geringere Anforderungen gestellt, da das Anstromverhal- ten hierdurch nur wenig beeinflusst wird.

Figur 2 zeigt ein Bauteil 1, das als Schichtsystem ausgeführt ist.

Auf dem Substrat 4 ist zumindest eine Schicht 16 vorhanden.

Dies kann beispielsweise eine metallische Legierung des Typs MCrAlX sein, wobei M für zumindest ein Element der Gruppe

Eisen, Kobalt oder Nickel steht. X steht für Yttrium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden.

Die Schicht 16 kann auch keramisch sein.

Auf der MCrAlX-Schicht kann noch eine weitere Schicht (nicht dargestellt) vorhanden sein, beispielsweise eine keramische Schicht, insbesondere eine Warmedammschicht .

Die Warmedammschicht ist beispielsweise eine vollständig oder teilstabilisierte Zirkonoxidschicht, insbesondere eine EB- PVD-Schicht oder plasmagespritzte (APS, LPPS, VPS), HVOF oder CGS (cold gas spraying) Schicht.

In dieses Schichtsystem 1 wird ebenfalls ein Loch 7 mit dem unteren Bereich 10 und dem Diffusor 13 eingebracht.

Die vorstehenden Ausfuhrungen zur Herstellung des Lochs 7 gelten für Substrate 4 mit und ohne Schicht 16 oder Schichten 16.

Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Loch 7 gemäß Figur 1 oder 2.

Das Loch 7 kann auch unter einem spitzen Winkel zur Oberflache 14 des Bauteils 1 verlaufen.

Abfolge der herzustellenden Bereiche eines Lochs

Figur 4 zeigt das Loch 7 in seiner gewünschten Endkontur von Diffusor 13 und unterem Bereich 10, wobei gestrichelt angedeutet sind die Bereiche 10', 13', die der endkonturnahen Form entsprechen.

Endkonturnah bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ausgehend von einer Oberflache der Endkontur des unteren Bereichs 10 und des Diffusors 13 noch eine bestimmte Schichtdicke, bei- spielsweise einige μm dick, noch vorhanden ist. Jedenfalls ist das Loch 7 hinter der endkonturnahen Form gegenüber der Endkontur verjungt, wobei die Schichtdicke so ausgebildet

ist, dass mit dem Bearbeitungsverfahren zur endkonturnahen Form gewahrleistet ist, dass das Loch 7 nicht über sein Endkontur verbreitert wird. Endkonturnah bedeutet auch, dass noch eine weitere Bearbeitung erfolgen muss.

Figur 5 zeigt eine erfindungsgemaße zeitliche Abfolge der herzustellenden Bereiche des Lochs 7.

In einem ersten Arbeitsschritt a) wird ein Teilbereich 13' in einer endkonturnahen Form des Diffusors 13 hergestellt. Dabei können längere Pulsdauern, insbesondere großer 500ns verwendet werden. Vorzugsweise wird der Laser 19' (Fig. 2) nicht in der XY-Ebene verfahren.

In einem weiteren Verfahrensschritt b) wird die endkonturnahe Form 10' des unteren Bereichs 10 erzeugt.

Dabei werden vorzugsweise längere Puldauern großer 500ns verwendet, wobei vorteilhafterweise der Laserstrahl oder der Elektronenstrahl nicht verfahren wird und das so genannte Laserschlagbohren hier angewendet wird. So kann der größte Teil des herzustellenden Lochs 7 sehr schnell hergestellt werden .

In einem weiteren Verfahrensschritt c) wird die Endkontur des Diffusors 13 hergestellt.

Dabei werden vorzugsweise kürzere Pulszeiten verwendet, die insbesondere kleiner 500ns, insbesondere 300ns betragen. Der Laser 19, 19' wird dabei vorzugsweise in der XY-Ebene verfah- ren.

Im letzten Arbeitsschritt d) wird die Endkontur des unteren Bereichs 10 hergestellt.

Dabei kann das Laserschlagbohren mit längeren Pulslangen, insbesondere >500ns verwendet werden oder es werden ebenfalls kürzere Pulslangen ≤500ns verwendet, wobei dann der Laser-

strahl oder der Elektronenstrahl auch wieder in der XY-Ebene verfahren wird.

Die Schritte c) und d) können auch vertauscht werden (Fig. 6) .

Die endkonturnahe Form 13' des Diffusors 13 kann auch der Geometrie des unteren Bereichs 10' in seiner endkonturnahen Form entsprechen, da der Diffusor 13 immer eine Verbreiterung des Querschnitts des unteren Bereichs darstellt.

Wenn also der untere Bereich ein Loch mit einem konstanten Durchmesser ist, so wird für die endkonturnahe Form 10' des unteren Bereichs ein Loch mit einem etwas kleineren Durchmesser erzeugt, wobei dieser Durchmesser dann auch die endkon- turnahe Form 13' des Diffusors 13 darstellt (Fig. 7) . Dabei werden längere Pulslangen verwendet, insbesondere großer 500ns, was dem so genannten Laserschlagbohren entspricht. Für die Weiterbearbeitung gibt es zwei Möglichkeiten. In einem ersten weiteren Verfahrensschritt wird die Endkontur des Diffusors 13 hergestellt und dann die Endkontur des unteren Bereichs 10 oder in einer zweiten Alternative wird zuerst die Endkontur des unteren Bereichs 10 und dann die Endkontur 13 des Diffusors hergestellt (Fig. 7).

Figur 8 zeigt weitere Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung. In einem ersten Schritt wird die endkonturnahe Form 13' des Diffusors 13 hergestellt, insbesondere mit längeren Pulslangen . In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Endkontur des

Diffusors 13 hergestellt (Verfahrensschritt b) . Dies erfolgt durch die Verwendung von kürzeren Pulslangen, wobei die Laser oder Elektronenstrahlen insbesondere in der Ebene der Oberflache, in der der Diffusor angeordnet ist, verfahren werden. In einer ersten Alternative wird der untere Bereich 10 mit längeren Pulslangen in seiner Endkontur hergestellt.

In einer weiteren Alternative (c) , d) ) kann im Verfahrensschritt c) zuerst eine Endkontur des unteren Bereichs 10 erzeugt werden, wobei dies mit längeren Pulslangen erfolgt. In einem letzten Verfahrensschritt d) wird dann die Endkontur des unteren Bereichs 10 erzeugt, wobei dies insbesondere mit kürzeren Pulslangen erfolgt.

Figur 9 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel des erfin- dungsgemaßen Verfahrens.

In einem ersten schritt a) wird die Endkontur des Diffusors 13 hergestellt, wobei insbesondere die kürzeren Pulslangen verwendet werden . In einem weiteren Verfahrensschritt b) wird die endkonturnahe Form 10' des unteren Bereichs 10 hergestellt. Dies erfolgt mit längeren Pulslangen.

In einem letzten Verfahrensschritt c) wird die Endkontur des unteren Bereichs 10 hergestellt, wobei dies insbesondere mit kürzeren Wellenlangen erfolgt. Bei der Herstellung des endkonturnahen Bereichs 10' und der Endkontur des unteren Bereichs 10 können auch nur längere Pulslangen verwendet werden, wobei dann im Verfahrensschritt b) die Querschnittsflache, die durch den Laserstrahl oder Elektronenstrahl abgetragen wird, nicht dem Durchmesser des unteren Bereichs entsprechen. Dann wird im Verfahrensschritt der Strahl der Laser oder der Elektronen so aufgeweitet, dass ein Querschnitt abgetragen wird, der der Endkontur des unteren Bereichs 10 entspricht.

Vorzugswiese werden also für die Herstellung einer endkonturnahen Form des Diffusors oder des unteren Bereichs längere Pulslangen verwendet oder der Strahl so eingestellt, dass er nicht die Endkontur ergibt. Vorzugsweise werden dann für die Herstellung der Endkontur kürzere Pulslangen verwendet oder der Strahl wird bei lange-

ren Pulslangen so eingestellt, dass die gewünschte Kontur ergibt.

Laserparameter

Bei der Verwendung von Pulsen mit einer bestimmten Pulslange ist die Ausgangsleistung des Lasers 19' , 19' ' beispielsweise konstant . Bei den längeren Pulslangen wird eine Ausgangsleistung des

Lasers 19', 19'' von mehreren 100 Watt, insbesondere 500 Watt verwendet .

Bei den kürzeren Laserpulslangen wird eine Ausgangsleistung des Lasers 19', 19'' von kleiner 300 Watt verwendet. Ein Laser 19' , 19' ' mit einer Wellenlange von 532 nm wird beispielsweise nur zur Erzeugung kürzerer Laserpulse verwendet.

Bei den längeren Laserpulslangen werden insbesondere eine Laserpulsdauer von 0,4ms und eine Energie (Joule) des Laser- pulses von 6J bis 10J, insbesondere 8J verwendet, wobei eine Leistung (Kilowatt) von 10kW bis 5OkW, insbesondere 2OkW bevorzugt wird.

Die kürzeren Laserpulse weisen eine Energie im einstelligen oder zweistelligen Millijoule-Bereich (mJ) auf, vorzugsweise im einstelligen Millijoule-Bereich, wobei die verwendete

Leistung insbesondere meist im einstelligen Kilowattbereich liegt .

Anzahl Laser

Bei dem Verfahren können ein Laser bzw. zwei oder mehr Laser 19', 19'' (Fig. 10) verwendet werden, die gleichzeitig oder nacheinander eingesetzt werden. Die ahnlichen oder verschie- denen Laser 19', 19'' weisen beispielsweise verschiedene Bereiche hinsichtlich ihrer Laserpulslangen auf. So kann z.B. ein erster Laser 19' Laserpulslangen kleiner gleich 500ns,

insbesondere kleiner 100ns erzeugen und ein zweiter Laser 19'' Laserpulslangen großer 100ns, insbesondere großer 500ns erzeugen .

Zur Erzeugung eines Lochs 7 wird zuerst der erste Laser 19' eingesetzt. Für die weitere Bearbeitung wird dann der zweite Laser 19'' verwendet oder umgekehrt.

Bei der Herstellung des Durchgangslochs 7 kann auch nur ein Laser verwendet werden. Insbesondere wird ein Laser verwen- det, der beispielsweise eine Wellenlange von 1064nm aufweist und der sowohl die längeren als auch die kürzeren Laserpulse erzeugen kann .

Vorrichtung

Die Figur 10 zeigt eine beispielhafte Vorrichtungen 40. Die Vorrichtungen 40 bestehen aus zumindest einer Optik 35, 35' , insbesondere zumindest einer Linse 35, die zumindest einen Laserstrahl 22, 22', 22'' auf das Substrat 4 lenkt, um das Loch 7 zu erzeugen.

Es sind ein, zwei Laser 19', 19'' vorhanden. Die Laserstrahlen 22, 22', 22'' können über Spiegel 31, 33 zur Optik 35 hingeführt werden. Die Spiegel 31, 33 sind so verschieb- oder drehbar, dass beispielsweise jeweils nur ein Laser 19', 19'' seine Laserstrahlen 22' oder 22' ' über die Spiegel 31 oder 33 und die Linse 35 auf das Bauteil 1 senden kann. Das Bauteil 1, 120, 130, 155 oder die Optik 35 oder die Spie- gel 31, 33 sind in einer Richtung 43 verfahrbar, so dass der Laserstrahl 22, 22' beispielsweise gemäß Figur 5 über dem Bauteil 1 verfahren wird.

Die Laser 19', 19'' können bspw. eine Wellenlangen von entweder 1064nm oder 532nm aufweisen. Die Laser 19', 19'' können verschiedene Wellenlangen aufweisen: 1064nm und 532nm.

Hinsichtlich Pulslange ist beispielsweise der Laser 19' auf Pulslangen von 0,1 - 5ms einstellbar; hingegen der Laser 19' auf Pulslangen von 50 - 500ns.

Durch Verschieben der Spiegel 31, 33 kann jeweils der Strahl des Lasers 19', 19'' mit solchen Laserpulslangen über die

Optik 35 auf das Bauteil 1 eingekoppelt werden, die notwendig sind, um beispielsweise den äußeren Randbereich 28 oder den Innenbereich 25 herzustellen.

Figur 10 zeigt zwei Laser 19', 19'', zwei Spiegel 31, 33 und eine Optik in Form einer Linse 35.

Wird beispielsweise zuerst der äußere Randbereich 28 gemäß Figur 6 hergestellt, so wird der erste Laser 19' mit den kürzeren Laserpulslangen eingekoppelt.

Wird dann der innere Bereich 25 hergestellt, so wird durch Bewegung des Spiegels 31 der erste Laser 19' ausgekoppelt und durch Bewegung des Spiegels 33 der zweite Laser 19' ' mit seinen längeren Laserpulslangen eingekoppelt.

Bauteile

Die Figur 11 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Langsteilschnitt .

Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenlaufer bezeichnet wird.

Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehause 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehause 109.

Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise

vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.

Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Stromungsrichtung 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 Innengehause 138 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) .

Wahrend des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehause 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 gefuhrt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. 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 impulsubertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen wahrend des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Stromungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet. Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kuhlmittels gekühlt werden.

Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur langsgerichtete Korner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen- schaufei 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 bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehause 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 .

Die Figur 12 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Stromungsmaschine, die sich entlang einer Langsachse 121 erstreckt.

Die Stromungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitatserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.

Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Langsachse 121 auf- einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.

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

Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 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 Schwalbenschwanzfuß sind möglich.

Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeistromt, eine Anstromkante 409 und eine Ab- stromkante 412 auf.

Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive 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 bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Frasverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.

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

Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstucken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flussige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstuck, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Warmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stangelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Korner, die über die ganze Lange des Werkstuckes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder

eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstuck besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen- digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefugen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch

Stangelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefugen (directionally solidified structures).

Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl. des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen

Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (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. Hafnium (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 bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.

Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schutzende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .

Auf der MCrAlX kann noch eine Warmedammschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO ₂ , Y ₂ O ₃ -ZrO ₂ , d.h. sie ist nicht, teil-

weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Warmedammschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stangelformige Korner in der Warmedammschicht erzeugt.

Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Warmedammschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kor- ner zur besseren Thermoschockbestandigkeit aufweisen. Die Warmedammschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.

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 Filmkuhllocher 418 (gestrichelt angedeutet) auf, die mit dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellt werden .

Die Figur 13 zeigt eine Brennkammer 110 der Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 munden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige 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 ⁰ C bis 1600 ⁰ C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungunstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermog- liehen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kuhlsystem vorgesehen sein. Die Hitze- schildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mundende Kuhllocher (nicht dargestellt) auf, die mit dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellt werden.

Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebestandigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbestandigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.

Diese Schutzschichten können ahnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise 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. Hafnium (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 bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.

Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische War- medammschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO ₂ , Y ₂ O ₃ -ZrO ₂ , d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän ^¬ dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stangelformige Korner in der Warmedammschicht erzeugt. Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphari- sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Warmedammschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Korner zur besseren Thermoschockbestandigkeit aufweisen.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte . Gegebenenfalls werden auch noch Risse in der Turbinenschaufel 120, 130 oder dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der

Turbinenschaufeln 120, 130 oder der Hitzeschildelemente 155.