DE102004059904A1

DE102004059904A1 - Laufschaufel für eine Turbomaschine sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102004059904A1
Application number: DE200410059904
Authority: DE
Inventors: Nicolas Campino; Matthias Dr. Hoebel; Jonas Hurter
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2006-06-14

Abstract

Eine Laufschaufel (10) für die Rotorbeschaufelung einer Turbomaschine weist eine Schaufelspitze (13) auf, die in der Turbomaschine einem Stator (15) gegenüberliegt und beim Betrieb in den Stator (15) eine Nut (22) einreibt. DOLLAR A Ein verbesserter Wirkungsgrad der Turbomaschine wird dadurch erreicht, dass die Schaufelspitze (13) derart ausgebildet ist, dass die von der Schaufelspitze (13) in den Rotor (15) eingetriebene Nut (22) an ihren Rändern (25, 26) auflaufend ausgebildet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Turbomaschinen. Sie betrifft eine Laufschaufel für die Rotorbeschaufelung einer Turbomaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Für den Wirkungsgrad einer Turbomaschine, z.B. einer Turbine oder einem Kompressor, ist es wichtig, dass das Spiel zwischen den Schaufelspitzen der Laufschaufeln der Rotorbeschaufelung und der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche am Stator möglichst gering ist. Durch Fertigungstoleranzen und thermomechanische Veränderungen kann es dazu kommen, dass die Rotorbeschaufelung mit dem Stator kollidiert.

Um bei einer Kollision der Rotorbeschaufelung mit dem Stator einen kontrollierten Einreibvorgang zu gewährleisten ist die Rotorbeschaufelung meist gemäss 1 ausgestaltet. Die an einem Rotor 20 befestigte Laufschaufel 10, die Teile einer sich über den Rotorumfang erstreckenden Beschaufelung ist, endet in einer Schaufelspitze 13, die einem Stator 15 gegenüberliegt. Die Laufschaufel 10 hat im Bezug auf die Strömungsrichtung 21 des durch die Beschaufelung strömenden Mediums eine Strömungseintrittskante 11 und eine Strömungsaustrittskante 12. Die Laufschaufel 10 ist mit einer abrasiven Schicht 14 an der Schaufelspitze 13 versehen. Die abrasive Schicht 14 schützt die Rotorbeschaufelung vor Verschleiss und dringt dabei in den Stator 15 ein. Auf dem Stator 15 bleibt eine Nut 16 mit einer gewissen Eindringtiefe zurück, die Teil des Spiels S zwischen der Schaufelspitze 13 und dem Boden der Nut 16 ist. Die Nut 16 hat gegen die Strömungsrichtung 21 eine Eintrittskante 17 und in Strömungsrichtung eine Austrittskante 18. Durch diese Kanten entstehen Strömungsabrisse 19 und Verwirbelungen, die zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades der Turbomaschine führen.

Entlang der Laufschaufel 10, von der Strömungseintrittskante 11 zur Strömungsaustrittskante 12, ist eine Druckdifferenz dp über die Schaufel verteilt, die in 2 in Abhängigkeit von der Ortskoordinate x schematisch dargestellt ist. In der Mitte der Laufschaufel 10 (Abschnitt b der dp(x)-Kurve), wo ein grosses dp besteht, hat ein Verlust an dp grossen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Schaufel.

Im Bereich der Strömungseintrittskante 11 sowie der Strömungsaustrittskante 12, wo ein kleines dp besteht (Abschnitte a und c der dp(x)-Kurve), hat ein dp-Verlust geringen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Schaufel. Somit muss das Spiel S zwischen der Schaufelspitze 13 und dem Stator 15 im mittleren Bereich (b) der Laufschaufel möglichst klein gehalten werden. Das Spiel S zwischen Stator 15 und der Schaufelspitze 13 an der Strömungseintrittskante 11 sowie der Strömungsaustrittskante 12 hat hingegen geringe Bedeutung für den Wirkungsgrad der Schaufel.

Durch die oben beschriebenen Umstände, nämlich den erheblichen negativen Einfluss der Strömungsverwirbelungen an den Ein- und Austrittskanten 17, 18 der Nut 16 und den geringen Einfluss der Spiele an den Strömungsein- und Strömungsaustrittskanten 11, 12 auf den Wirkungsgrad, ist es wünschenswert, derartige Ein- und Austrittskanten auf Kosten eines erhöhten Spiels zu vermeiden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Laufschaufel für eine Turbomaschine zu schaffen und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, durch welche die Nachteile bekannter Schaufeln im Hinblick auf das Einreiben der Schaufelspitzen in den Stator vermieden werden und insbesondere ein verbesserter Wirkungsgrad der Turbomaschine erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, die Schaufelspitze so auszubilden, dass die von der Schaufelspitze in den Rotor eingeriebene Nut an ihren Rändern auslaufend ausgebildet ist. Hierdurch werden Abrisse der Strömung und Verwirbelungen im Bereich der eingeriebenen Nut reduziert, während gleichzeitig das Spiel zwischen Rotorbeschaufelung und Stator weiterhin im mittleren Bereich der Schaufelspitze so gering wie möglich gehalten werden kann.

Bevorzugt wird dieses Verhalten dadurch erreicht, dass die Schaufelspitze ein vorgegebenes Schneidvermögen aufweist, welches entlang der Schaufelspitze variiert. Insbesondere ist das Schneidvermögen an den Strömungseintritts- und -austrittskanten minimal und erreicht in der Mitte zwischen den Strömungseintritts- und -austrittskanten ein Maximum. Besonders günstig ist es, wenn das Schneidvermögen an den Strömungseintritts- und -austrittskanten gegen Null geht.

Es hat sich als ideal herausgestellt, wenn das Schneidvermögen entlang der Schaufelspitze in Abhängigkeit von der Ortskoordinate einer Kurve folgt, die der Kurve der Druckdifferenz an der Schaufelspitze in Abhängigkeit von der Ortskoordinate entspricht.

Besonders einfach lässt sich das gewünschte Verhalten der Schaufel erreichen, wenn das Schneidvermögen der Schaufelspitze durch eine abrasive Schicht vorgegeben wird, mit welcher die Schaufelspitze versehen ist, wobei die abrasive Schicht insbesondere aus einem in ein geeignetes Füllmaterial eingebetteten Abrasivstoff besteht. Als Abrasivstoff hat sich dabei beispielsweise kubisches Bornitrid bewährt.

Die Variation im Schneidvermögen wird vorzugsweise durch eine Variation in der abrasiven Schicht hervorgerufen, die auf der Schaufelspitze selektiv aufgebracht ist. Um ein verschwindendes Schneidvermögen an den Kanten der Schaufelspitze zu erzielen, ist die abrasive Schicht bevorzugt nur in einem mittleren Abschnitt der Schaufelspitze aufgebracht.

Grundsätzlich kann die abrasive Schicht auf der Schaufelspitze erhaben aufgebracht werden. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die selektiv aufgebrachte abrasive Schicht Ausnehmungen in der Schaufelspitze auffüllt; derart, dass die Länge der Schaufel über die Schaufelbreite einheitlich ist.

Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, die Dicke der abrasiven Schicht und/oder die Dichte des Abrasivstoffs in der abrasiven Schicht und/oder die Einbindung des Abrasivstoffs in die abrasive Schicht ortsabhängig auszugestalten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zum Beschichten der Schaufelspitze mit dem abrasiven Material ein Abrasivstoff in ein geeignetes Füllmaterial eingebettet und auf die Schaufelspitze (13, 43) aufgetragen wird, wobei als Abrasivstoff vorzugsweise kubisches Bornitrid verwendet wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim Beschichten der Schaufelspitze mit der abrasiven Schicht die abrasive Schicht ortsabhängig so variiert wird, dass sich ein ortsabhängig variierendes Schneidvermögen der Schaufelspitze ergibt.

Insbesondere kann die abrasive Schicht selektiv nur in einem bestimmten Abschnitt der Schaufelspitze aufgebracht werden, wobei die abrasive Schicht vorzugsweise nur in einem mittleren Abschnitt der Schaufelspitze aufgebracht wird, und die Schaufelspitze an der Strömungseintrittskante und Strömungsaustrittskante frei bleibt.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn in dem bestimmten Abschnitt zunächst, insbesondere durch Fräsen oder Schleifen, eine Ausnehmung in die Schaufelspitze eingebracht wird, und wenn dann die Ausnehmung mit der abrasiven Schicht, insbesondere auf die ursprüngliche Höhe, aufgefüllt wird. Die Ausnehmung ist vorzugsweise muldenförmig und weist eine Tiefe zwischen 0,1 und 0,5 mm auf.

Die ortsabhängige Variation der abrasiven Schicht kann insbesondere durch eine Variation eines oder mehrerer Prozessparameter beim Auftragen entlang der Schaufelspitze bewirkt werden. Wird die abrasive Schicht mittels Laserauftragsschweissen über die Schaufelspitze fahrend aufgebracht, wobei Abrasivstoff und Füllmaterial gleichzeitig als gebündelter Pulverstrahl auf die Schaufelspitze gerichtet und mit einem Hochleistungslaser lokal aufgeschmolzen werden, bietet es sich an, dass als Prozessparameter die Verfahrgeschwindigkeit bzw. Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Pulvermenge pro Zeiteinheit und/oder die Laserleistung variiert werden.

Besonders günstig ist es, wenn die Prozessparameter während des Auftragens der abrasiven Schicht entlang der Schaufelspitze vollautomatisch geregelt werden, wobei die Schmelzbadtemperatur entlang der Schaufelspitze so vorgegeben wird, dass es im mittleren Abschnitt der Schaufelspitze zur besonders effizienten Einbindung des Abrasivstoffes kommt, die Schmelzbadtemperatur während des Auftragsprozesses gemessen wird, und das Messsignal als Regelgrösse für die Steuerung der Laserleistung dient.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
1 in einer vereinfachten Darstellung eine Laufschaufel einer Rotorbeschaufelung mit der dazugehörigen, in den Stator eingeriebenen Nut nach dem Stand der Technik;
2 die Kurve der ortsabhängigen Variation der Druckdifferenz entlang einer Schaufelspitze;
3 in einer zu 1 vergleichbaren Darstellung eine Laufschaufel mit entlang der Schaufelspitze variierendem Schneidvermögen gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Verfahrens zum Erzeugen einer Schaufelspitze mit örtlich variierendem Schneidvermögen gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Wie bereits eingangs erwähnt, entsteht entlang der Laufschaufel eine ortsabhängige Druckdifferenz dp(x) gemäss 2. In der Mitte der Schaufel (Abschnitt b), wo ein grosses dp besteht, hat ein Verlust an dp grossen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Schaufel. Im Bereich der Strömungseintritts- sowie Strömungsaustrittskante, wo ein kleines dp besteht (Abschnitte a und c), hat ein dp-Verlust geringen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Schaufel. Somit muss einerseits das Spiel zwischen der Schaufelspitze und dem Stator im mittleren Bereich der Schaufel möglichst klein gehalten werden, während das Spiel zwischen Stator und der Schaufelspitze an der Strömungseintritts- sowie Strömungsaustrittskante geringe Bedeutung für den Wirkungsgrad der Schaufel hat.
Es ist daher möglich, im Bereich Strömungsein- und Strömungsaustrittskante einen Verschleiss der Schaufelspitze (bzw. einen Wegfall der vor Verschleiss schützenden abrasiven Schicht) zuzulassen, um die Nut auslaufend in den Stator einzureiben. Eine solche Konfiguration von Schaufel und Nut ist in 3 wiedergegeben: Die am Rotor 20 befestigte Laufschaufel 10 mit der Strömungseintrittskante 11 und der Strömungsaustrittskante 12 hat an der Schaufelspitze 13 eine abrasive Schicht 28, die an der Strömungseintrittskante 23 und an der Strömungsaustrittskante 24 verschwindet, d.h. selektiv aufgetragen ist. Hierdurch wird eine auslaufende Nut 22 in den Stator 15 eingerieben, deren Ränder 25; 26 ungestuft in die angrenzenden Bereiche des Stators 15 übergehen. Dadurch werden die Strömungsabrisse 27 und Verwirbelungen im Bereich der Nut 22 reduziert. Das Spiel zwischen Rotorbeschaufelung und Stator ist wird jedoch weiterhin im mittleren Bereich der Schaufelspitze 13 so gering wie möglich gehalten. Idealerweise folgt das Schneidvermögen entlang der Schaufelspitze 13 einem Kurvenverlauf, der dem der Druckdifferenz dp aus 2 entspricht.
Eine Methode zur Optimierung des Schneidvermögens der Schaufeln bietet das Beschichten der Schaufelspitzen mit abrasivem Material. Dazu können geeignete Abrasivstoffe, wie z.B. kubisches Bornitrid, in ein geeignetes Füllmaterial eingebettet und auf die Schaufelspitze 13 aufgetragen werden. Dies kann z.B. durch galvanisches Beschichten, Hartlöten von einzelnen Hartpartikeln, oder durch Laserauftrag erfolgen. Wichtige Kriterien für die Auswahl der Materialkombination und des Verfahrens sind:

– Gute Anbindung zwischen abrasiver Spitze und Schaufelkörper
– Hohes Schneidvermögen
– Geringe Beeinflussung der mech. Eigenschaften und Geometrie der Schaufel
– Wirtschaftlichkeit

Insbesondere Laserauftragsschweissen (LMF: Laser Metal Forming) genügt all diesen Erfordernissen. Dabei werden Abrasivstoff und Füllmaterial gleichzeitig als gebündelter Pulverstrahl auf die Schaufelspitze gerichtet und mit einem Hochleistungslaser lokal aufgeschmolzen, wie dies in 4 dargestellt ist. Die Schaufelspitze 43 einer Laufschaufel 30, die einen Schaufelfuss 29, eine Plattform 31 und ein Schaufelblatt 32 aufweist, wird mit einer abrasiven Schicht 33 versehen, wobei eine Zone mit einem Schmelzbad 34 über die Schaufelspitze 43 geführt wird. Zum Erzeugen des Schmelzbades wird eine mit Laserstrahl arbeitende Beschichtungsvorrichtung 35 (Laser/Pulverkopf) verwendet, bei dem ein mittels eines Lichtleiters 37 zugeführter Laserstrahl 36 über einen dichroitischen 45°-Spiegel 40 nach unten fokussierend auf die Schaufelspitze gelenkt wird. Durch eine seitliche Zufuhrleitung 41 wird eine Pulver-Trägergasmischung 42 in den Bereich des Schmelzbades 34 zugeführt. Die Temperaturstrahlung des Schmelzbades 34 wird durch den Kopf und den dichroitischen Spiegel 40 als optisches Temperatursignal 39 in einen abgehenden Lichtleiter 38 eingespeist und zu einem Pyrometer geleitet, wo die Temperatur des Schmelzbades 34 bestimmt werden kann. Eine solche Technik einschliesslich einer zugehörigen Regelung ist in der Druckschrift WO-A2-2004/090290 eingehend beschrieben.
Bei geeigneter Wahl der Prozessparameter bleibt die blockige, scharfkantige Form der Abrasivpartikel erhalten und es entsteht eine solide, rissfreie Verbindung zwischen Schaufel und abrasiver Spitze. Besonders attraktiv ist bei dieser Methode die Verwendung von modernen Festkörperlasern (Nd-YAG, Diodenlaser, Faserlaser, Disklaser, etc...), da diese Energiequellen durch Faserkopplung räumlich vom Beschichtungsort getrennt werden können. Über eine flexible Glasfaser als Lichtleiter kann die Laserstrahlung beispielsweise zu einer CNC-Anlage oder einem Roboter mit speziellem koaxialen Laser/Pulverkopf geführt werden (siehe 4), wodurch die zur automatisierten Beschichtung von komplexen dreidimensionalen Bauteilen benötigte Flexibilität erreicht wird.
Das geeignete Prozessfenster wird vor allem durch die Wahl des Materials und die Geometrie der zu beschichtenden Schaufel bestimmt. Es wird normalerweise eine gleichmässige Beschichtungsdicke angestrebt. Da die Dicke des Auftrags auch wesentlich von den Prozessparametern beeinflusst wird, ist es erforderlich, diese gezielt an die Erfordernisse anzupassen.
Im vorliegenden Fall wird nun dazu übergegangen, die Schaufelspitze durch gezielte Kontrolle der Beschichtung gleichzeitig auch hinsichtlich der Aerodynamik im Betrieb zu optimieren. Dazu wird die Schneidwirkung durch lokale Veränderung der Beschichtung so beeinflusst, dass ein Einreibverhalten resultiert, wie es in 2 und 3 angedeutet ist.
Eine gezielte Beeinflussung des Schneidvermögens kann dabei durch folgende Methoden erreicht werden:

1. Selektives Beschichten: Die Abrasivschicht wird nicht mehr entlang der ganzen Schaufel, sondern nur im mittleren Abschnitt b von 2 aufgebracht. Dadurch bekommt die Schaufel in diesem Bereich verbesserte Schneideigenschaften, während an Strömungsein- und -austrittskante 23 bzw. 24 ein Abrieb von Schaufelmaterial auftritt. Als Ergebnis erhält die entstehende Nut 22 im Stator 15 den in 3 dargestellten gewünschten Verlauf.
2. Selektives Beschichten mit Vorbereitung: Die Beschichtung erfolgt im wesentlichen wie in 1.) beschrieben. Es wird jedoch vor der Beschichtung in die Schaufelspitze eine flache muldenartige Ausnehmung bzw. Mulde (Tiefe zwischen 0.1 und 0.5 mm) in die zu beschichtende Schaufelendfläche gefräst oder geschliffen. Abrasivmaterial wird lediglich in der vorbearbeiteten Zone aufgebracht. Mit dieser Variante erhält die Schaufel eine einheitliche Länge und gleichzeitig die gewünschten, entlang der Länge variierenden Schneideigenschaften.
3. Variation der Prozessparameter entlang der Schaufelspitze: Hierzu eignet sich vor allem der Laserprozess aufgrund seiner guten Kontrollierbarkeit. Es können beim LMF-Prozess sowohl die Vorschubgeschwindigkeit zwischen Laser und Schaufel, als auch Pulvermenge, Laserleistung und Kombinationen dieser Parameter verändert werden. Wichtig ist dabei die Zeitkonstante des zu verändernden Parameters, die klein gegenüber den typischen Beschichtungszeiten sein muss, damit die Beeinflussung kontrolliert verläuft. Bei der geschilderten Methode mit pulverförmiger Materialzufuhr eignet sich deshalb insbesondere die Variation von Vorschubgeschwindigkeit und Laserleistung. So wird bei konstanter Förderrate und Laserleistung im Bereich der Strömungsein- und -austrittskante 23 bzw. 24 die Vorschubgeschwindigkeit erhöht, wodurch an diesen Orten weniger Abrasivmaterial aufgetragen wird und damit eine reduzierte Schneidwirkung bewirkt wird. Eine kontrollierte Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit ist durch entsprechende Programmierung reproduzierbar erreichbar.
4. Automatische Regelung der Prozessparameter entlang der Schaufelspitze: Dazu wird durch on-line Bestimmung von Prozessparametern und Rückkopplung an die Lasersteuerung eine vollautomatische Regelung entlang der Schaufelspitze realisiert. Es wird ausgenützt, dass die Einbindung von Abrasivteilchen besonders effizient erfolgt, wenn die Temperatur der vom Laser aufgeschmolzenen Zone innerhalb festgelegter Grenzen liegt. Die Schmelzbadtemperatur wird nun entlang der Schaufel so vorgegeben, dass es im mittleren Bereich der Schaufel zur besonders effizienten Einbindung von Abrasivteilchen kommt. Die Schmelzbadtemperatur in der Wechselwirkungszone wird dabei während des Auftragsprozesses mit einem Pyrometer gemessen. Das optische Temperatursignal 39 aus dem Schmelzbad 34 wird dazu über einen Lichtleiter 38 zu einem Pyrometer übertragen und dient als Regelgrösse für die Steuerung der Laserleistung (siehe 4 und die Druckschrift WO-A2-2004/090290).

10: Laufschaufel
11: Strömungseintrittskante
12: Strömungsaustrittskante
13: Schaufelspitze
14: abrasive Schicht
15: Stator
16, 22: Nut
17: Eintrittskante
18: Austrittskante
19: Strömungsabriss
20: Rotor
21: Strömungsrichtung
23: Strömungseintrittskante
24: Strömungsaustrittskante
25, 26: Rand (Nut)
27: Strömungsabriss
28, 33: abrasive Schicht
29: Schaufelfuss
30: Laufschaufel
31: Plattform
32: Schaufelblatt
34: Schmelzbad
35: Beschichtungsvorrichtung
36: Laserstrahl
37, 38: Lichtleiter
39: optisches Temperatursignal
40: dichroitischer Spiegel
41: Zufuhrleitung
42: Pulver-Trägergasmischung
43: Schaufelspitze
S: Spiel
a, b, c: Abschnitt
dp: Druckdifferenz
x: Ortskoordinate (Schaufelspitze)

Claims

Laufschaufel (10, 30) für die Rotorbeschaufelung einer Turbomaschine, welche Laufschaufel (10, 30) eine Schaufelspitze (13, 43) aufweist, die in der Turbomaschine einem Stator (15) gegenüberliegt und beim Betrieb in den Stator (15) eine Nut (22) einreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze (13, 43) derart ausgebildet ist, dass die von der Schaufelspitze (13, 43) in den Rotor (15) eingeriebene Nut (22) an ihren Rändern (25, 26) auslaufend ausgebildet ist.
Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze ein vorgegebenes Schneidvermögen aufweist, welches entlang der Schaufelspitze (13, 43) variiert.
Laufschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidvermögen an den Strömungseintritts- und -austrittskanten (23, 24) minimal ist und in der Mitte zwischen den Strömungseintritts- und -austrittskanten (23, 24) ein Maximum erreicht.
Laufschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidvermögen an den Strömungseintritts- und -austrittskanten (23, 24) gegen Null geht.
Laufschaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidvermögen entlang der Schaufelspitze (13, 43) in Abhängigkeit von der Ortskoordinate (x) einer Kurve folgt, die der Kurve der Druckdifferenz (dp) an der Schaufelspitze (13, 43) in Abhängigkeit von der Ortskoordinate (x) entspricht.
Laufschaufel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidvermögen der Schaufelspitze (13, 43) durch eine abrasive Schicht (28, 33) vorgegeben wird, mit welcher die Schaufelspitze (13, 43) versehen ist.
Laufschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abrasive Schicht (28, 33) aus einem in ein geeignetes Füllmaterial eingebetteten Abrasivstoff besteht.
Laufschaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Abrasivstoff kubisches Bornitrid verwendet wird.
Laufschaufel nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation im Schneidvermögen durch eine Variation in der abrasiven Schicht (28, 33) hervorgerufen wird.
Laufschaufel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die abrasive Schicht (28, 33) auf der Schaufelspitze (13, 43) selektiv aufgebracht ist.
Laufschaufel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die abrasive Schicht (28, 33) nur in einem mittleren Abschnitt (b) der Schaufelspitze (13, 43) aufgebracht ist.
Laufschaufel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die selektiv aufgebrachte abrasive Schicht (28, 33) Ausnehmungen in der Schaufelspitze (13 43) auffüllt, derart, dass die Länge der Schaufel über die Schaufelbreite einheitlich ist.
Laufschaufel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der abrasiven Schicht (28, 33) und/oder Dichte des Abrasivstoffs in der abrasiven Schicht (28, 33) und/oder die Einbindung des Abrasivstoffs in die abrasive Schicht (28, 33) ortsabhängig ist.
Verfahren zum Herstellen einer Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze (13, 43) ortsabhängig unter Bildung einer abrasiven Schicht (28, 33) mit einem abrasiven Material beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beschichten der Schaufelspitze (13, 43) mit dem abrasiven Material ein Abrasivstoff in ein geeignetes Füllmaterial eingebettet und auf die Schaufelspitze (13, 43) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Abrasivstoff kubisches Bornitrid verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Beschichten der Schaufelspitze (13, 43) mit der abrasiven Schicht (28, 33) die abrasive Schicht (28, 33) ortsabhängig so variiert wird, dass sich ein ortsabhängig variierendes Schneidvermögen der Schaufelspitze (13, 43) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die abrasive Schicht (28, 33) selektiv nur in einem bestimmten Abschnitt (b) der Schaufelspitze (13, 43) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die abrasive Schicht (28, 33) nur in einem mittleren Abschnitt (b) der Schaufelspitze (13, 43) aufgebracht wird, und die Schaufelspitze (13, 43) an der Strömungseintrittskante (23) und Strömungsaustrittskante (24) frei bleibt.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem bestimmten Abschnitt (b) zunächst, insbesondere durch Fräsen oder Schleifen, eine Ausnehmung in die Schaufelspitze (13, 43) eingebracht wird, und dass dann die Ausnehmung mit der abrasiven Schicht (28, 33), insbesondere auf die ursprüngliche Höhe, aufgefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung muldenförmig ist und eine Tiefe zwischen 0,1 und 0,5 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsabhängige Variation der abrasiven Schicht (28, 33) durch eine Variation eines oder mehrerer Prozessparameter beim Auftragen entlang der Schaufelspitze (13, 43) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die abrasive Schicht (28, 33) mittels Laserauftragsschweissen über die Schaufelspitze (13, 43) fahrend aufgebracht wird, wobei Abrasivstoff und Füllmaterial gleichzeitig als gebündelter Pulverstrahl auf die Schaufelspitze (13, 43) gerichtet und mit einem Hochleistungslaser lokal aufgeschmolzen werden, und dass als Prozessparameter die Verfahrgeschwindigkeit bzw. Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Pulvermenge pro Zeiteinheit und/oder die Laserleistung variiert werden.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter während des Auftragens der abrasiven Schicht (28, 33) entlang der Schaufelspitze (13, 43) vollautomatisch geregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzbadtemperatur entlang der Schaufelspitze (13, 43) so vorgegeben wird, dass es im mittleren Abschnitt (b) der Schaufelspitze (13, 43) zur besonders effizienten Einbindung des Abrasivstoffes kommt, dass die Schmelzbadtemperatur während des Auftragsprozesses gemessen wird, und dass das Messsignal als Regelgrösse für die Steuerung der Laserleistung dient.