Verfahren zur Herstellung einer Gussform

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gussform gemäß Anspruch 1.

[0002] Als Hohlkörper ausgebildete Bauteile mit komplex geformten Geometrien und komplexen Durchgangslöchern im Bereich einer Außenwand des Bauteils können auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden.

[0003] Viele Bauteile, insbesondere metallische Bauteile aus Legierungen, werden durch Gussverfahren, z. B. durch das Wachsausschmelzverfahren hergestellt.
Dabei wird aus einem Wachsmodell des Bauteils in einem ersten Schritt eine Gussform hergestellt, die zumindest zum Teil das Negativ des herzustellenden Bauteils darstellt, indem das Wachsmodell mit Keramik oder einer Sandform umhüllt wird.

[0004] Durchgangslöcher in den Wänden von hohlen Bauteilen, wie z. B. Filmkühllöcher von Turbinenbauteilen werden immer nachträglich mittels eines Lasers und seiner Laserstrahlen eingebracht, wie es in der US-PS 6,329,015 B1 gezeigt ist. Die Laserstrahlführung ist dabei sehr kompliziert.
Verfahren zur Herstellung eines Gussteils mit nachträglich eingebrachten Löchern, insbesondere Durchgangslöchern sind daher zeitaufwändig. Die EP 0559251 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Gussform, bei der durchgehende Löcher im Gussteil durch separate Pins erzeugt werden.

[0005] Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Gussform aufzuzeigen, mit der die Herstellung eines Bauteils mit Löchern, insbesondere mit Durchgangslöchern einfacher und schneller durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Gussform nach Anspruch 1.

[0006] Dabei wird eine Gussform hergestellt, die entsprechende Vorsprünge aufweist, wobei in dem Zwischenschritt zumindest eine Vertiefung in der Oberfläche des Modells erzeugt wird und wobei in die Vertiefung Formmaterial eingebracht wird, um beim Gießen zumindest einen Teil eines Lochs des herzustellenden Bauteils zu erzeugen und wobei zumindest eine Vertiefung vollständig mit einem Material aufgefüllt wird, das einen Vorsprung der Gussform ergibt, wobei die Vertiefung beim Anbringen der inneren Wand, des Kerns oder der äußeren Wand mit Material gefüllt wird und wobei das Material in der Vertiefung ausgehärtet wird und in Verbindung mit der inneren Wand oder der äußeren Wand gebracht wird.

[0007] In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet.
Die in den Unteransprüchen aufgelisteten Maßnahmen können beliebig in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden.

[0008] Es zeigen

Figur 1

ein Bauteil mit einem Durchgangsloch,

Figur 2, 3, 4, 5

Gussformen mit verschiedenen Vorsprüngen zur Ausbildung eines Durchgangslochs,

Figur 6

eine Aufsicht auf eine innere Oberfläche einer Gussform,

Figur 7 - 10

Verfahrensteilschritte,

Figur 11

eine Gasturbine,

Figur 12

eine Brennkammer und

Figur 13

eine Turbinenschaufel.

[0009] Figur 1 zeigt ein Bauteil 1, das beispielsweise zumindest in einem Teil seines Volumens einen Hohlraum 31 aufweist und mit der Gussform 16 (Fig. 2, 3, 4, 5) hergestellt werden kann. Dabei weist das Bauteil 1 zumindest eine Bauteilwand 4, 4', insbesondere äußere Bauteilwände 4, 4' auf.

[0010] Beispielhaft ist in der Wand 4 zumindest ein Loch 13, hier ein Durchgangsloch 13 ausgebildet. Das Loch 13 kann auch ein Sackloch sein.

[0011] Das Bauteil 1 kann beispielsweise metallisch oder keramisch sein. Beispielsweise ist es ein Turbinenbauteil 1 einer Gasturbine 100 (Fig. 11) oder Dampfturbine und ist beispielsweise eine Turbinenschaufel 120, 130 (Fig. 11, 13) oder ein Hitzeschildelement 155 (Fig. 12), welches beispielsweise aus einer eisen-, nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung besteht.

[0012] Bei solchen Bauteilen 1 werden Durchgangslöcher 13 beispielsweise als Kühlluftlöcher 13 vorgesehen, um das Bauteil 1 durch eine Filmkühlung zu kühlen.
Das Durchgangsloch 13 weist dabei beispielsweise einen rund oder oval ausgebildeten Lochteil 7 auf, der sich vom Hohlraum 31 aus zur Außenfläche 11 der Wand 4 zu einem Diffusor 10 verbreitert, so dass dort das Loch 13 von der Form des Lochteils 7 abweicht.
Die Gussform 16 für solche Bauteile 1 mit komplexen Formen eines Durchgangslochs 13, 7 + 10, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfacher und schneller hergestellt werden.

[0013] Die Wand des Bauteils 1 ist dabei beispielsweise 2 bis 6mm, insbesondere 3 bis 4mm dick.
Das Lochteil 7 hat einen Durchmesser von 0.3 bis 1.2mm, insbesondere 0.6 bis 0.8mm.
Der Diffusor 10 ist an der Außenfläche 11 beispielsweise trapezförmig ausgebildet und hat Maße von 1.5 bis 5mm x 1.5 bis 5mm und geht bis zu einer Tiefe von 1 bis 1.5mm in die Bauteilwand 4, 4' hinein.

[0014] Figur 2 zeigt als Stand der Technik schematisch einen Teil der Gussform 16, die aus einer inneren Wand 25, insbesondere aus einem Kern 25 und einer äußeren Wand 28 besteht.
In den Zwischenraum 26 (Hohlraum der Gussform 16) zwischen innerer Wand 25 und äußerer Wand 28 wird Material 22, beispielsweise Metallschmelze, eingegossen und bildet nach dem Abkühlen beispielsweise die Wand 4 des Bauteils 1.
Der Kern 25 bildet beispielsweise einen Teil des Hohlraums 31 des Bauteils 1.

[0015] In diesem Zwischenraum 26 wird zumindest ein Vorsprung 19, 34, 37 aus Formmaterial ausgebildet.
Der Vorsprung 19, 34, 37 erstreckt sich zumindest über einen Teil des Zwischenraums zwischen einer inneren Oberfläche 20 der inneren Wand 25 und einer inneren Oberfläche 21 der äußeren Wand 28.

[0016] Hier erstreckt sich der durchgehende Vorsprung 19 durchgehend von der inneren Oberfläche 20 der inneren Wand zu der inneren Oberfläche 21 der äußeren Wand.

[0017] Der durchgehende Vorsprung 19 ist durch Ausgießen mit Keramik eines Durchgangslochs 13 in einem Wachsmodell 43 des Bauteils 1 gebildet worden.

[0018] Der durchgehende Vorsprung 19 in dem Zwischenraum 26 verhindert beim Gießen ein Auffüllen mit Material 22, sodass sich nach Entfernen der Gussform 16 mit seiner inneren Wand 25 und seiner äußeren Wand 28 und dem durchgehenden Vorsprung 19 ein Durchgangsloch 13 ergibt.

[0019] Der durchgehende Vorsprung 19 ist beispielsweise wie folgt aufgebaut:

Ein innerer Vorsprung 34 stellt das runde oder ovale (Fig. 6) Lochteil 7 des Durchgangslochs 13 dar.

Ein äußerer Vorsprung 37 stellt den Diffusor 10 dar.

Der durchgehende Vorsprung 19 kann aber auch über seinen gesamten Querschnitt rund oder oval ausgebildet sein und beispielsweise auch konstant in seiner Querschnittsfläche sein.

[0020] Gegebenenfalls kann nach dem Gießen des Bauteils 1 auch eine minimale, im Vergleich zu bisherigen Verfahren aber deutlich reduzierte Nachbearbeitung der Durchgangsöffnung 13 erfolgen.

[0021] Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gussform 16, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Im Gegensatz zu der Gussform 16 nach Figur 2 erstreckt sich der innere Vorsprung 34, 37' nicht durchgehend von einer inneren Oberfläche 20 der inneren Wand 25 zu einer inneren Oberfläche 21 der äußeren Wand 28.
Der innere Vorsprung 34 ist nur an der inneren Oberfläche 20 der inneren Wand 25 ausgebildet und erstreckt sich bis auf einen gewissen Abstand d zur inneren Oberfläche 21 der äußeren Wand 28.
Während des Gießens wird beim Auffüllen des Hohlraums 26 mit Material 22 also die Durchgangsöffnung 13 nicht vollständig gebildet. In dem Bereich zwischen dem inneren Vorsprung 34 und der inneren Oberfläche 21 der äußeren Wand 28 ist nach dem Gießen des Bauteils 1 Material 22 vorhanden. Der Bereich ist aber entsprechend dünn, insbesondere membranartig ausgeführt, sodass er in sehr kurzer Zeit einfach entfernt werden kann. Man kann auch sagen, dass am Ende des Gießprozesses die Durchgangsöffnung 13 des herzustellenden Bauteils 1 noch etwas verschlossen ist.
Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn auf die äußere Außenfläche 11 des Bauteils 1 nachträglich noch zumindest eine Beschichtung aufgebracht wird. Da die Durchgangsöffnung 13 noch verschlossen ist, wird die Durchgangsöffnung 13 auch nicht durch Material der Beschichtung verschmutzt oder verengt. Erst mit einem letzten Bearbeitungsschritt wird das Material der im Vergleich zur Dicke der Wand 4 dünnen Beschichtung und das wenige Material 22, das die Durchgangsöffnung 13 noch verschließt, schnell und einfach entfernt.
Die Beschichtung ist beispielsweise eine MCrAlX-Legierung (M = Fe, Co, Ni und X = Y und/oder ein Element der Seltenen Erden) und gegebenenfalls eine keramische Beschichtung als Wärmedämmschicht (beispielsweise Y₂O₃ - ZrO₂) darauf.

[0022] Der innere Vorsprung 34 kann auch noch eine Stützverbindung 40 (gestrichelt angedeutet) aufweisen, um den in den Zwischenraum 26 frei hineinragenden inneren Vorsprung 34 an der äußeren Wand 28 abzustützen.
Die Stützverbindung 40 ist im Querschnitt kleiner ausgebildet als der Querschnitt des inneren Vorsprungs 34, 37', der der äußeren Wand 28 gegenüberliegt. Die Stützverbindung 40 stellt also nur einen Teil des herzustellenden Durchgangslochs 13 dar.
Der innere Vorsprung 34 kann am Ende einen vorteilhaften Bereich 37' aufweisen, der zum Teil dem äußeren Vorsprung 37 (Fig. 4) entspricht und nicht der Wand 21 berührt, aber gegebenenfalls die Stützverbindung 40 aufweist.

[0023] Insbesondere die komplexe Form des Diffusors 10 musste bisher aufwändig in das gegossene Bauteil eingearbeitet werden. Dies entfällt hier zum größten Teil, da nur noch ein relativ kleiner oberer Bereich des Diffusors 10 durch Entfernen von Material nachzuarbeiten ist.
Da insbesondere die Herstellung der tiefer in der Wand 4 liegenden Bereiche erheblichen Aufwand beispielsweise bei der Laserführung bedeutet, hat diese Gussform 16 erhebliche Vorteile.

[0024] Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer ausgebildeten Gussform 16, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Hier ist der äußere Vorsprung 37 nur an der inneren Oberfläche 21 der äußeren Wand 28 ausgebildet. Der äußere Vorsprung 37 stellt das Negativ 37 des herzustellenden Diffusors 10 der Durchgangsöffnung 13 dar. Insbesondere der Diffusor 10 weist eine komplexere Geometrie als ein einfaches symmetrisches Loch auf und wäre somit bei nachträglicher Einarbeitung nur sehr aufwändig herzustellen. Wenn der Diffusorbereich 10 aber in der Oberfläche des herzustellenden Bauteils 1 schon eingeformt ist, muss er nicht mehr nachträglich eingearbeitet werden. Es muss nur noch mit vergleichsweise geringem Aufwand ein einfach ausgebildetes Lochteil 7 (Fig. 1) von dem Diffusorbereich 10 aus in dem Bauteil 1 in der Wand 4 eingearbeitet werden. Dies kann durch Laserbearbeitung oder Funkendrahterosion sowie durch andere Verfahren geschehen.
Ebenso kann auch hier eine entsprechende Stützverbindung 40 zwischen dem Vorsprung 37 und der inneren Wand 25 vorhanden sein (gestrichelt angedeutet).

[0025] Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer ausgebildeten Gussform 16, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.

[0026] Ausgehend von Figur 4 ist auch ein innerer Vorsprung 34 an der inneren Oberfläche 20 der inneren Wand 25 ausgebildet. Der innere Vorsprung 34 bildet einen weiteren Teil dieser Durchgangsöffnung 13, nämlich den Bereich des Lochteils 7. Der äußere Vorsprung 37 stellt den Bereich des Diffusors 10 des herzustellenden Bauteils 1 dar.
Durch den äußeren Vorsprung 37 und den inneren Vorsprung 34 wird die Bearbeitungszeit zur Herstellung des Lochs 13 in dem herzustellenden Bauteil 1 gegenüber einem Bauteil 1, das mit einer Gussform gemäß Figur 4 hergestellt wurde, verkürzt. Insbesondere sind solche Gussformen 16, bei denen keine durchgehende Verbindung zwischen innerer Wand 25 und äußerer Wand 28 vorhanden ist, einfach herzustellen, da der Kern 25 separat von der Wand 28 herstellbar ist und für das Gießen in die Gussform 16 eingeführt wird.
Die Vorsprünge 34, 37 können direkt aneinander anliegen oder einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen.

[0027] Figur 6 zeigt die Aufsicht auf eine äußere Wand 28 einer ausgebildeten Gussform 16, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.

[0028] Auf der inneren Oberfläche 21 der äußeren Wand 28 sind mehrere Vorsprünge 19 ausgebildet. Mit dem Bezugszeichen 34 ist der Bereich gekennzeichnet, von dem ausgehend das Lochteil 7 ausgebildet sein wird.
Mit dem Bezugszeichen 37 ist der Bereich des Vorsprungs 19 gekennzeichnet, der den Diffusorbereich 10 des herzustellenden Durchgangslochs 13 darstellt.

[0029] Die Figuren 7 bis 10 zeigen, wie eine Gussform 16 gemäß Figuren 3 bis 6 erfindungsgemäß herzustellen ist.

[0030] Die Figur 7 zeigt die innere Wand 25 oder den Kern 25 der Gussform 16, auf der ein Modell 43, insbesondere aus Wachs, vorhanden ist, die in ihrer Geometrie und Dicke dem herzustellenden Bauteil 1 entspricht. Die innere Wand 25 stellt dabei beispielsweise den Kern 25 dar. Das Modell 43 ist also beispielsweise wie das mit der Gussform 16 herzustellende Bauteil 1 ein hohles Bauteil.

[0031] Nach dem Stand der Technik wird das Wachsmodell 43, im Inneren mit einer Keramik 25 ausgefüllt (Fig. 7) und außen mit einer äußeren Wand 28 umhüllt (Fig. 8), wobei dann das Modell, insbesondere ein Wachsmodell 43 entfernt wird (z. B. durch Ausschmelzen), sodass sich eine Gussform 16 (Fig. 3, 4) bildet.
Wenn Material, beispielsweise flüssiges Metall in die Gussform 16 eingefüllt wird, entsteht das Bauteil 1.

[0032] Erfindungsgemäß wird in dieses Modell 43 zumindest eine Vertiefung 46 gemäß der Figur 9 eingebracht.
Diese Vertiefung 46 ist nicht der Hohlraum des Modells 43, sondern geht beispielsweise von der Oberfläche 58 des Modells 43 aus.

[0033] Die Vertiefung 46 ist als Sackloch ausgebildet (Figur 9), das sich nicht bis zur inneren Wand 25 erstreckt, d.h. sich nur über einen Teil der Wanddicke des Modells 43 erstreckt.

[0034] Die Vertiefung 46 kann in das Modell 43 eingebracht werden, wenn die innere Wand 25 oder der Kern 25 schon mit dem Modell 43 zusammengeführt sind (Fig. 9).

[0035] Die Vertiefung 46 kann auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden beispielsweise durch Bohren, Fräsen oder Laserbearbeitung.

[0036] Insbesondere kann diese Vertiefung 46 ein schräges Loch oder schräge "Bohrung" 49 aufweisen, wie sie in Figur 11, 12 dargestellt ist.
Eine innere Wand 25 oder äußere Wand 28 mit einem schrägen Vorsprung aufweist, kann nämlich nicht dadurch hergestellt werden, dass eine Keramik in eine entsprechende Form eingegossen wird und die Form durch Abziehen oder Lösen gelöst wird.

[0037] Die Vertiefung 46 erstreckt sich nur teilweise in dem Modell 43 (Fig. 9) und wird mit einem keramischen Material 52 vollständig aufgefüllt (Fig. 10), bevor die äußere Wand 28 auf das Modell 43 aufgebracht wird oder mit Aufbringung der äußeren Wand 28, sodass sich die Gussform 16 nach Entfernung des Modells 43 gemäß Figur 4 ausbildet.

[0038] Die Figur 11 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer 106, mit mehreren 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 Turbine 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.

[0039] Die Leitschaufeln 130 sind dabei am Stator 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind. An dem Ro tor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).

[0040] Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 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 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.

[0041] Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen 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 belastet. Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, werden diese mittels eines Kühlmittels gekühlt. Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M = Fe, Co, Ni, X=Y, Seltenen Erden) und Wärme (Wärmedämmschicht, beispielsweise ZrO₂, Y₂O₄-ZrO₂) aufweisen.
Oft wird die Turbinenschaufel 120, 130 noch luftgekühlt und weist Filmkühllöcher 13 auf, die mit der erfindungsgemäßen Gussform 16 (Fig. 2 - 6) in der gegossenen und/oder gerichtet erstarrten Turbinenschaufel 120, 130 erzeugt werden.

[0042] Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.

[0043] Die Figur 12 zeigt beispielhaft eine Brennkammer 110 einer Gasturbine 100.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle 103 herum angeordneten Brennern 102 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 103 herum positioniert ist.

[0044] Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen. Jedes Hitzeschildelement 155 ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht ausgestattet oder aus hochtemperaturbeständigem Material gefertigt. Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 ist zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen.
Oft weisen die Hitzeschildelemente 155 Filmkühllöcher 13 oder Durchlässe für Brennstoff in die Brennkammer 110 auf, die in dem Hitzeschildelement 155 mit der Gussform 16 erzeugt werden.

[0045] Figur 13 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.

[0046] Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.

[0047] Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt).

[0048] 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 ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.

[0049] Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe verwendet.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren mittels der Gussform 16, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.

[0050] Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.

[0051] Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.

[0052] Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt.

[0053] Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 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 im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.

[0054] Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.

[0055] Als Schutz gegen Korrosion weist die Schaufel 120, 130 beispielsweise entsprechende meistens metallische Beschichtungen (MCrAlX)auf und als Schutz gegen Wärme meistens noch eine keramische Beschichtung.

Bezugszeichenliste

[0056] 

1

Bauteil

4, 4'

Wand

7

Lochteil

10

Diffusor

11

Außenfläche

13

Loch / Durchgangsöffnung / Sackloch

16

Gussform

19, 19'

Vorsprung

20

innere Oberfläche / innere Wand

21

innere Oberfläche / äußere Wand

22

Material

25

innere Wand / Kern

26

Zwischenraum

28

äußere Wand

31

Hohlraum

34; 37'

innerer Vorsprung

37

äußerer Vorsprung

40

Stützverbindung

43

Wachsmodell

44

Wand des Modells

46

Vertiefung

49

schräge Bohrung

52

Material / Keramik

55

Leerraum

58

Oberfläche des Modells

100

Gasturbine

102

Rotationsachse

103

Rotor

104

Ansauggehäuse

105

Verdichter

106

Ringbrennkammer

107

Brenner

108

Turbine

109

Abgasgehäuse

110

Brennkammer

111

Heißgaskanal

112

Turbinenstufen

113

Arbeitsmedium

115

Leitschaufelreihe

120

Laufschaufel

121

Längsachse

125

Laufschaufelreihe

130

Leitschaufel

133

Turbinenscheibe

135

Luft

138

Innengehäuse

140

Befestigungsring

143

Stator

153

Brennkammerwand

155

Hitzeschildelement

183

Schaufelfuß

300, 303

Dampfturbine

354, 357

Turbinenbauteil

400

Befestigungsbereich

403

Schaufelplattform

406

Schaufelblatt

409

Anströmkante

412

Abströmkante

415

Schaufelspitze

418

Filmkühllöcher

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Gussform (16),
bei dem in einem Zwischenschritt ein Modell (43) eines mittels der Gussform (16) herzustellenden Bauteils (1) verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Zwischenschritt zumindest eine Vertiefung (46) in der Oberfläche (58) des Modells (43) erzeugt wird,
die sich nur teilweise durch eine Wand (44) des Modells (43) erstreckt und
dass in die zumindest eine Vertiefung (46) Formmaterial eingebracht wird,
dass die zumindest eine Vertiefung (46) vollständig mit einem Material (52) aufgefüllt wird,
um beim Gießen zumindest einen Teil eines Lochs (13) des herzustellenden Bauteils (1) zu erzeugen und
das einen Vorsprung (19, 34, 37) der Gussform (16) ergibt, dass die Vertiefung (46) beim Anbringen der inneren Wand (25), des Kerns (25) oder der äußeren Wand (28) mit Material (52) gefüllt wird
und dass das Material (52) in der Vertiefung ausgehärtet wird und in Verbindung mit der inneren Wand (25) oder der äußeren Wand (28) gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gussform (16) zumindest besteht aus
einer inneren Wand (25) oder einem Kern (25) und
einer äußeren Wand (28), und
dass die innere Wand (25) oder der Kern (25) bereits in dem Modell (43) angeordnet sind,
wenn die Vertiefungen (46) erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gussform (16) zumindest besteht aus
einer inneren Wand (25) oder einem Kern (25) und
einer äußeren Wand (28), und
dass die Vertiefungen (46) in das Modell (43) eingebracht werden,
bevor eine Wand (25, 28) angebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2, oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Vertiefung (46) ein schräges Loch (49) ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine äußere Wand (28) in Verbindung mit dem Modell (43) gebracht wird, und
dass das Modell (43) entfernt wird,
sodass sich die Gussform (16) ergibt.

6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gussform (16) zur Herstellung eines Turbinenbauteils (120, 130, 155, 354, 357) einer Gasturbine (100) oder Dampfturbine (300, 303),
insbesondere einer Turbinenschaufel (120, 130, 354, 357) oder eines Hitzeschildelements (155),
verwendet wird.

Claims

1. Method for the production of a casting mould (16), in which, in an intermediate step, a model (43) of a component (1) to be produced by means of the casting mould (16) is used, characterized in that, in the intermediate step, at least one depression (46) is generated in the surface (58) of the model (43), the depression extending only partially through a wall (44) of the model (43) and in that moulding material is introduced at least into the one depression (46), that the at least one depression (46) is filled up completely with a material (52), in order, during casting, to generate at least part of a hole (13) of the component (1) to be produced, and which results in the projection (19, 34, 37) of the casting mould (16), in that the depression (46) is filled with material (52) during the application of the inner wall (25), of the core (25) or of the outer wall (28), and in that the material (52) in the depression is cured and is connected to the inner wall (25) or the outer wall (28).

2. Method according to Claim 1, characterized in that the casting mould (16) at least consists of an inner wall (25) or of a core (25) and of an outer wall (28), and in that the inner wall (25) or the core (25) are already arranged in the model (43) when the depressions (46) are generated.

3. Method according to Claim 1, characterized in that the casting mould (16) at least consists of an inner wall (25) or of a core (25) and of an outer wall (28), and in that the depressions (46) are introduced into the model (43) before a wall (25, 28) is applied.

4. Method according to Claim 1, 2, or 3 characterized in that the at least one depression (46) is an oblique hole (49).

5. Method according to Claim 3 or 4, characterized in that an outer wall (28) is connected to the model (43), and in that the model (43) is removed so that the casting mould (16) is obtained.

6. Method according to Claim 1, characterized in that the casting mould (16) is used to produce a turbine component (120, 130, 155, 354, 357) of a gas turbine (100) or steam turbine (300, 303), in particular of a turbine blade (120, 130, 354, 357) or of a heat shield element (155).

Revendications

1. Procédé de fabrication d'un moule (16) de coulée, dans lequel on utilise, dans un stade intermédiaire, un modèle (43) d'un élément (1) à fabriquer au moyen du moule (16) de coulée,
caractérisé
en ce que l'on produit dans le stade intermédiaire au moins une cavité (46) dans la surface (58) du modèle (43), cavité qui s'étend seulement en partie à travers une paroi (44) du modèle (43) et
en ce que l'on insère de la matière moulable dans la au moins une cavité (46),
en ce que l'on remplit la au moins une cavité (46) complètement d'une matière (52),
pour produire lors de la coulée au moins une partie d'un trou (13) de l'élément (1) à fabriquer
qui donne une saillie (19, 34, 37) du moule (16) de coulée
en ce que l'on emplit la cavité (46) de matière (52) lorsque l'on met la paroi (25) intérieure, le noyau (25) ou la paroi (28) extérieure
et en ce que l'on durcit la matière (52) dans la cavité et on la met en liaison avec la paroi (25) intérieure ou avec la paroi (28) extérieure.

2. Procédé suivant la revendication 1,
caractérisé
en ce que le moule (16) de coulée est constitué au moins d'une paroi (25) intérieure ou d'un noyau (25) et d'une paroi (28) extérieure et
en ce que la paroi (25) intérieure ou le noyau (25) sont disposés déjà dans le modèle (43)
lorsque les cavités (46) sont produites.

3. Procédé suivant la revendication 1,
Caractérisé
en ce que le moule (16) de coulée est constitué d'au moins une paroi (25) intérieure ou d'un noyau (25) et d'une paroi (28) extérieure, et
en ce que les cavités (46) sont ménagées dans le modèle (43) avant de mettre une paroi (25, 28).

4. Procédé suivant la revendication 1, 2 ou 3,
caractérisé en ce que la au moins une cavité (46) est un trou (49) incliné.

5. Procédé suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on met une paroi (28) extérieure en liaison avec le modèle (43), et
en ce que l'on enlève le modèle (43),
de manière à obtenir le moule (16) de coulée.

6. Procédé suivant la revendication 1,
caractérisé en ce que l'on utilise le moule (16) de coulée pour fabriquer un élément (120, 130, 155, 354, 357) d'une turbine (100) à gaz ou d'une turbine (300, 303) à vapeur,
notamment d'une aube (120, 130, 354, 357) de turbine ou d'un élément (155) de bouclier thermique.

Zeichnung