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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere eine Triebwerkskomponente, mit einem Zuordnungsmerkmal für eine Zuordnung des Bauteils zu einer bestimmten Herstellungsstätte sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einem solchen Zuordnungsmerkmal.
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Aus der Druckschrift
JP 2004 101 643 A ist ein Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 bekannt.
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Bauteile, insbesondere Triebwerkskomponenten, namhafter Hersteller werden in zunehmendem Maße nachgebaut und in nicht kontrollierbarer Weise in den Verkehr gebracht. Insbesondere bei Triebwerkskomponenten oder dergleichen birgt dies große Gefahren. Denn nicht nur wird der ursprüngliche Hersteller der Triebwerkskomponente geschädigt, sondern die nachgeahmten Triebwerkskomponenten erfüllen zumeist nicht die Anforderungen im späteren Einsatz derselben und können mit ihrem Versagen schwerwiegende Folgen, insbesondere Unfälle, nach sich ziehen.
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Es besteht daher ein Bedarf, insbesondere sicherheitsrelevante Bauteile mit einem Zuordnungsmerkmal für eine Zuordnung eines jeweiligen Bauteils zu einer bestimmten Herstellungsstätte bzw. zu einem bestimmten Hersteller zu ermöglichen. Das Zuordnungsmerkmal muss möglichst fälschungssicher sein, um Nachahmer auch an einer Nachahmung des Zuordnungsmerkmals zu hindern.
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Ein Ansatz in dieser Hinsicht ist bereits aus der oben genannten Druckschrift
JP 2004 101 643 A bekannt. Bei diesem Ansatz wird ein Zuordnungsmerkmal mittels Funkenerosion oder Fotoätzens in eine nur schwer zugängliche Oberfläche eines Hohlraums des mit dem Zuordnungsmerkmal zu versehenden Bauteils eingebracht. Dieser Ansatz weist jedoch den Nachteil auf, dass von außen immer noch leicht erkannt werden kann, wie das Zuordnungsmerkmal im Einzelnen gestaltet ist. Dies wiederum erlaubt die vergleichsweise einfache Nachahmung des Zuordnungsmerkmals.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den vorstehend beschriebenen Nachteil zumindest zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
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Demgemäß wird ein Bauteil, insbesondere eine Triebwerkskomponente, mit einem Zuordnungsmerkmal für eine Zuordnung des Bauteils zu einer bestimmten Herstellungsstätte, wobei sich das Zuordnungsmerkmal im Inneren des Bauteils von außen unzugänglich befindet, bereitgestellt.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere einer Triebwerkskomponente, insbesondere des erfindungsgemäßen Bauteils, mit einem Zuordnungsmerkmal für eine Zuordnung des Bauteils zu einer bestimmten Herstellungsstätte, wobei das Zuordnungsmerkmal in das Innere des Bauteils von außen unzugänglich vorgesehen wird, bereitgestellt.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, das Zuordnungsmerkmal im Inneren des Bauteils von außen unzugänglich vorzusehen. Damit ist eine Wahrnehmung des Zuordnungsmerkmals für Nachahmer nahezu unmöglich. Denn der Nachahmer weiß nicht einmal wonach er sucht, das heißt, wie das Zuordnungsmerkmal aussieht, und er weiß auch nicht, an welcher Stelle des Bauteils das Zuordnungsmerkmal zu finden ist. Dies führt im Ergebnis dazu, dass eine Nachahmung stark erschwert oder sogar vielfach unmöglich gemacht wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Damit, dass das ”Zuordnungsmerkmal für eine Zuordnung des Bauteils zu einer bestimmten Herstellungsstätte” geeignet ist, ist gemeint, dass das Zuordnungsmerkmal Informationen enthält, die eine Zuordnung des Bauteils zu einer bestimmten Herstellungsstätte bzw. zu einem bestimmten Hersteller oder einer Gruppe von Herstellern ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils ist das Bauteil unter Belichtung von Pulverschichten hergestellt und das Zuordnungsmerkmal als eine vordefinierte Belichtungsspur ausgebildet. Will man also in Erfahrung bringen, ob ein bestimmtes Bauteil von einem bestimmten Hersteller stammt, fertigt man beispielsweise ein Schliffbild des Bauteils an. Anhand des Schliffbildes lässt sich die Belichtungsspur erkennen. Die Belichtungsspur entsteht, wenn der Laser über die Pulverschichten verfahren wird und diese dadurch bereichsweise aufschmilzt, wodurch das Bauteil entsteht. Die vordefinierte Belichtungsspur wird in lediglich einer oder mehreren der Pulverschichten erzeugt, die innen liegen, d. h. von außen unzugänglich sind, während die anderen, außen liegenden Pulverschichten mit einer anderen Belichtungsspur belichtet werden.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils ist das Zuordnungsmerkmal als wenigstens ein Fremdpartikel ausgebildet, welcher in das Bauteil integriert ist, wobei das Bauteil vorzugsweise unter Belichtung von Pulverschichten hergestellt ist. Mit ”Fremdpartikel” ist ein solcher Partikel gemeint, welcher ein anderes Material oder Kristallstruktur aufweist als das Muttermaterial des Bauteils. Vorzugsweise macht der Anteil in Gewichtsprozent der Fremdpartikel weniger als 0,1 %, weiter bevorzugt weniger als 0,01% des Gesamtmaterials des Bauteils aus. Das übrige Material bildet das Muttermaterial des Bauteils. Der Einsatz von Fremdpartikeln als Zuordnungsmerkmal ist nicht auf solche Bauteile beschränkt, welche unter Belichtung von Pulverschichten hergestellt werden. Vielmehr kann wenigstens ein Fremdpartikel auch in Gussteile etc. eingebracht werden.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils ist der Wenigstens eine Fremdpartikel in einem Bereich des Bauteils integriert, welcher im Betrieb des Bauteils, einem geringeren Kraftfluss ausgesetzt ist als umliegende Bereiche des Bauteils. Mit den ”umliegenden Bereichen des Bauteils” sind die Bereiche des Bauteils gemeint, welche an den Bereich des Bauteils angrenzen, in den der wenigstens eine Fremdpartikel integriert ist. Mittels dieser Ausgestaltung schwächt der Fremdpartikel das Bauteil vorteilhaft nicht.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils ist der wenigstens eine Fremdpartikel in dem Bauteil unter Verwendung eines Röntgengeräts, insbesondere eines Computertomographen, oder eines Ultraschallgerätes nachweisbar. Bevorzugt handelt es sich bei dem wenigstens einen Fremdpartikel um ein Element oder Molekül mit einer hohen molaren Masse, beispielsweise größer 20 g/mol. Derartige Elemente oder Moleküle lassen sich einfach mit einem Röntgengerät aufspüren. Nicht jeder Fremdpartikel in dem Muttermaterial lässt sich mittels eines Röntgengeräts oder Ultraschallgeräts aufspüren. Vielmehr lassen sich solche Fremdpartikel in dem Muttermaterial aufspüren, die sich ausreichend von dem Muttermaterial, insbesondere hinsichtlich ihrer molaren Masse bei Röntgenbeugung hinsichtlich der Kristallklasse, unterscheiden. Außerdem spielt auch die Anordnung der Fremdpartikel eine Rolle, damit eine messbare Beeinflussung der Röntgenstrahlung des Röntgengeräts erzielt wird.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils weist das Bauteil Nickel oder Titan auf. Mit ”Nickel” oder ”Titan” sind auch Legierungen derselben gemeint. Weiter bevorzugt sind die Fremdpartikel als insbesondere konisches Bornitrid ausgebildet. Bornitrid lässt sich einfach mittels eines Röntgengeräts in dem Nickel- oder Titanmuttermaterial nachweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil unter Belichtung von Pulverschichten hergestellt und das Zuordnungsmerkmal als eine vordefinierte Belichtungsspur ausgebildet. Mit ”vordefiniert” ist gemeint, dass vor dem Prozess, in welchem die Belichtungsspur ausgebildet wird, festgelegt wird, wie diese auszusehen hat und sich von den sonstigen Belichtungsspuren in den anderen Pulverschichten unterscheidet. Dadurch wird erst eine sichere Wiedererkennung möglich.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Zuordnungsmerkmal als wenigstens ein Fremdpartikel ausgebildet, welcher in das Bauteil integriert wird, wobei das Bauteil vorzugsweise unter Belichtung von Pulverschichten hergestellt wird. Die hiermit verbundenen Vorteile wurden bereits oberhalb im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bauteil erläutert.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Zuordnungsmerkmal in dem Bauteils mittels einer optischen Analyse, insbesondere unter Anfertigung eines Schnittbildes, oder einer elektromagnetischen Analyse, insbesondere unter Verwendung eines Röntgengerätes oder Ultraschallgeräts, ermittelt. Die optische Analyse ist besonders dazu geeignet, um festzustellen, ob ein bestimmtes Bauteil die vordefinierte Belichtungsspur aufweist. Es ist jedoch auch möglich, durch das Bauteil eine elektromagnetische Strahlung zu schicken und diese anschließend zu analysieren, um festzustellen, ob das Bauteil die vordefinierte Belichtungsspur aufweist. Bevorzugt ist das Zuordnungsmerkmal derart ausgestaltet, dass ein Erkennen des Zuordnungsmerkmals nur möglich ist, wenn die elektromagnetische Strahlung, mit welcher das Bauteil analysiert wird, bestimmte Eigenschaften, beispielsweise eine bestimmte Wellenlänge oder Amplitude, aufweist.
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Teilweise eingebrachte Porosität ist ebenfalls möglich. Kann z. B. durch verringerte Laserleistung erzeugt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer Seitenansicht einen Zustand eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Schnittansicht A-A aus 1;
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3 eine gegenüber 2 alternative Schnittansicht A'-A'; und
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4 ein Bauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt in einer Seitenansicht einen Zustand eines Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ein Bauteil 1 wird schichtweise hergestellt. Dazu wird eine Pulverschicht 2 auf eine bereits fertig gestellte Schicht 3 aufgetragen. Bei der Pulverschicht 2 handelt es sich beispielsweise um ein Titanpulver. Anschließend verfährt ein Laser 4 mit seinem Laserstrahl 5 über die Pulverschicht 2, um diese aufzuschmelzen und dadurch eine weitere Schicht des Bauteils 1 mit einer vorbestimmten Geometrie zu erzeugen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das Bauteil 1 fertig gestellt ist. Bereits fertig gestellte Schichten sind in 1 mit den Bezugszeichen 3, 3', 3'' bezeichnet.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren zum schichtweisen Aufbau des Bauteils 1 mittels des Laser 4 wird im Stand der Technik auch als ”Selective Laser Melting” (SLM) bezeichnet. Es gehört zu den generativen Herstellungsverfahren.
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2 zeigt einen Schnitt A-A aus 1.
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Je nachdem, wie der Laserstrahl 5 über eine jeweilige Pulverschicht 2 bewegt wird, wird zwar eine Schicht mit identischer Geometrie ausgebildet, jedoch lässt sich insbesondere im Schnittbild nach Fertigstellung des Bauteils 1 immer noch die Belichtungsspur 6 des Laserstrahls 5, das heißt, dessen Verfahrweg, um die jeweilige Schicht 3 herzustellen, erkennen.
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Um nun ein Zuordnungsmerkmal innerhalb des Bauteils 1 zu schaffen, welches eine Zuordnung des Bauteils 1 zu einem bestimmten Hersteller bzw. zu einer bestimmten Herstellungsstätte oder Gruppe von Herstellern erlaubt, zu schaffen, wird die Schicht 3' mit einer Belichtungsspur 6 versehen, ggf. auch nur bereichsweise, welche sich von der Belichtungsspur der anderen Schichten 3, 3'' unterscheidet. 2 zeigt lediglich einen Ausschnitt und stark schematisiert eine mögliche, schneckenförmige Belichtungsspur 6.
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Will man nun später feststellen, ob das Bauteil 1 aus einer bestimmten Herstellungsstätte stammt, wird das Bauteil 1 an einer ganz bestimmten Stelle, vorliegend in der Höhe H, siehe 1, geschnitten und eine entsprechende Untersuchung des Schnittbildes vorgenommen. Wird dann die Belichtungsspur 6, wie in 2 dargestellt, aufgefunden, so weiß man, dass das Bauteil von dem bestimmten Hersteller stammt.
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Selbstverständlich können auch mehrere Schichten 3' mit der Belichtungsspur 6 versehen werden. Es sollen jedoch lediglich innen liegende Schichten 3' mit der Belichtungsspur 6 versehen werden, während außen liegende Schichten 3'' die Belichtungsspur 6 nicht aufweisen sollen. Somit sind Nachahmer daran gehindert, das Zuordnungsmerkmal, das heißt die Belichtungsspur 6, von außen wahrzunehmen bzw. auszulesen, wodurch ansonsten eine Nachahmung der Belichtungsspur 6 einfach möglich wäre.
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3 zeigt eine gegenüber 2 alternative Schnittansicht A'-A'.
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Alternativ zu der vordefinierten Belichtungsspur 6 können als Zuordnungsmerkmal auch Fremdpartikel 7 dienen. Die Fremdpartikel 7 sind ebenfalls in das Innere des Bauteils 1 eingebracht und daher für Nachahmer von außen unzugänglich und damit nur schwer erkennbar vorgesehen.
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Beispielsweise können die Fremdpartikel 7 bei dem vorstehend beschriebenen generativen Verfahren anstelle der vordefinierten Belichtungsspur 6 in einem vordefinierten Bereich 8 in die Schicht 3' eingebracht werden. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung von Fremdpartikeln 7 nicht auf die vorstehend beschriebenen, generativen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils 1 beschränkt ist. Vielmehr könnten die Fremdpartikel 7 auch in ein Bauteil 1 eingebracht werden, welches in einem Gießverfahren oder dergleichen hergestellt wird.
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Der Bereich 8 ist so gewählt, dass dieser im Betrieb des Bauteils einem geringeren Kraftfluss ausgesetzt ist, als ein an den Bereich 8 angrenzender Bereich 11. 3 zeigt in gestrichelter Darstellung eine Grenze zwischen den Bereichen 8 und 11.
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Bei den Fremdpartikeln 7 handelt es sich insbesondere um Bornitrid oder sonstiges nachweisbares Fremdmaterial
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Um festzustellen, ob ein bestimmtes Bauteil 1 ein Zuordnungsmerkmal in Form der Fremdpartikel 7 in seinem Inneren aufweist, wird das Bauteil 1 beispielsweise mittels eines Röntgengeräts (nicht dargestellt) analysiert. Zuvor wird die Wellenlänge des Röntgengeräts passgenau auf die Fremdpartikel 7 eingestellt, um überhaupt deren Vorhandensein erkennen zu können. Wird nun festgestellt, dass die das Bauteil 1 durchdringende Röntgenstrahlung auf eine vordefinierte Art modifiziert wird, kann daraus geschlossen werden, dass die Fremdpartikel 7 in dem Bauteil 1 vorhanden sind bzw. aus welcher Herstellungsstätte das Bauteil 1 stammt.
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4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das Bauteil 1 mit der Belichtungsspur 6 in seinem Inneren. Anhand von 4 lässt sich einfach erkennen, dass das Zuordnungsmerkmal in Form der Belichtungsspur 6 von außen unzugänglich im Inneren des Bauteils 1 angeordnet ist.
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Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind die für das erfindungsgemäße Bauteil vorstehend beschriebenen Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, und umgekehrt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass ”ein” vorliegend keine Vielzahl ausschließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2004101643 A [0002, 0005]
