DE102012217912B4

DE102012217912B4 - Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils, Brenner und Turbine

Info

Publication number: DE102012217912B4
Application number: DE201210217912
Authority: DE
Inventors: Olov Andersson
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: DE102012217912A1

Abstract

Verfahren (20) zum Erzeugen eines Bauteils aus zumindest einem Grundteil und einem Aufsatzteil, wobei das Grundteil insbesondere zumindest eine vom Aufsatzteil verschiedene Materialeigenschaft aufweist und das Grundteil und das Aufsatzteil zunächst in voneinander verschiedenen Verfahren erzeugt (22, 23) werden und anschließend zueinander positioniert (24) und dann miteinander verbunden (25) werden, wobei zur Positionierung (24) der beiden Teile ein Bildverarbeitungssystem verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung (23) des Aufsatzteils in einem Sinterverfahren erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils aus wenigstens zwei Teilen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und einen Brenner, insbesondere einen Brenner einer Turbine.
Es sind vielfältige Verfahren bekannt, mit denen mehrere Teile aus unterschiedlichen Materialien zu einem Bauteil gefügt werden können, beispielsweise Kleben, Nieten oder auch Falzen (siehe beispielsweise Alfred Böge (Hrsg.): Das Techniker Handbuch, 16. überarbeitete Auflage Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, 2000, S. 806) Zudem ist auch Sintern, im Speziellen Lasersintern, als Urformverfahren bekannt (siehe beispielsweise Andreas Gebhardt: Generative Fertigungsverfahren, 3. überarbeitete Auflage, München: Carl Hanser Verlag GmbH & CO. KG, 2008, S. 44).
Auch Bildverarbeitungsverfahren und deren Nutzung zur Bestimmung einer Lage eines Objekts und Werkstücks im Raum sind bekannt, beispielsweise aus der DE 10235905 A1 .
Die DE 10 2007 031 835 B4 zeigt eine optische Führung eines Werkzeugs und/oder eine optische Kontrolle eines Arbeitsergebnisses eines Werkzeugs, das, insbesondere in gekrümmter Bahn, relativ zu einem Werkstück bewegt wird. Dabei ist mit einem Bildverarbeitungssystem ein Bildfeld am Werkzeug zu erfassen und auszuwerten.
Aus der DE 19948455 B4 geht eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Positionierung und Bestückung eines Bauelements, das mittels Oberflächenmontagetechnik auf seiner Verbindungsfläche mit der Verbindungsfläche eines Schaltungsträgers verbunden wird, hervor.
Die DE 60127789 T2 offenbart eine Aufarbeitung und Reparatur von Gasturbinenkomponenten und eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei denen ein mehrachsiger Schweiß-Roboterarm zum Aufarbeiten und Reparieren von Gasturbinenkomponenten kommt. Dabei wird mithilfe eines Bildverarbeitungssystems die Gasturbinenkomponente identifiziert, ein Schweißweg gemäß der Gasturbinenkomponente definiert und ein von dem Schweiß-Roboterarm zu folgender Fahrweg berechnet.
Aus der DE 10 2008 058 140 A1 geht ein Verfahren zur Reparatur von einkristallinen Turbinenschaufeln vorzugsweise einer Hochdruckturbinenstufe durch Ersetzen eines beschädigten Schaufelteils der Turbinenschaufel hervor.
Die EP 2255930 A1 zeigt ein Verfahren sowie entsprechende Systeme zur Durchführung dieses Verfahrens zum hochpräzisen Positionieren mindestens eines Objekts, das bekannte optisch erfassbare Merkmale aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines Bauteils, insbesondere zur Erzeugung eines Brenners einer Turbine, hinsichtlich der Fertigungsgenauigkeit zu verbessern und einen damit erzeugten Brenner sowie eine Turbine mit diesem Brenner bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 sowie einem Brenner nach Anspruch 7 und einer Turbine nach Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils aus zumindest einem Grundteil und einem Aufsatzteil, wobei das Grundteil insbesondere zumindest eine vom Aufsatzteil verschiedene Materialeigenschaft aufweist, werden das Grundteil und das Aufsatzteil zunächst in voneinander verschiedenen Verfahren erzeugt. Anschließend werden das Grundteil und das Aufsatzteil zueinander positioniert und dann miteinander verbunden. Es ist vorgesehen, dass zur Positionierung der beiden Teile ein Bildverarbeitungssystem verwendet wird.
Vorteilhaft ist damit ein Verfahren bereitgestellt, welches eine sehr genaue Fertigung des Bauteils ermöglicht. Der Einsatz eines Bildverarbeitungsverfahrens erlaubt eine Genauigkeit im Zehntelmillimeter- Bereich. Mit der Erzeugung des Grund- und des Aufsatzteils in verschiedenen Verfahren können für die Teile unterschiedliche Materialien eingesetzt werden, welche für die jeweiligen Anforderungen günstige Eigenschaften aufweisen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Erzeugung des Aufsatzteils dabei in einem Sinterverfahren, insbesondere in einem Lasersinterverfahren.
Das Sinterverfahren bietet die Möglichkeit ein besonders hartes und temperaturbeständiges Aufsatzteil zu erzeugen, welches insbesondere für den Einsatz einer Brennerspitze eines Brenners einer Turbine geeignet ist. Mit dem Lasersinterverfahren können Einzelstücke in hoher Güte hergestellt werden, die beliebige dreidimensionale Geometrien, auch mit Hinterschneidungen, aufweisen können. So können Bauteile erzeugt werden, die sich mit herkömmlichen Methoden, wie mechanischer oder gießtechnischer Fertigung, nicht herstellen lassen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Erzeugung des Grundteils in einem Trennverfahren aus einem zu reparierenden Bauteil erfolgt. Das Trennverfahren ist erfindungsgemäß insbesondere ein Spanverfahren.
Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für Reparaturen von Bauteilen einsetzbar. Beschädigte Stellen werden vom Bauteil abgetrennt und durch ein gesintertes Aufsatzteil ersetzt. Ein Spanverfahren sorgt dafür, dass die spätere Füge fläche günstige Eigenschaften zum Verbinden der Teile aufweist.
Alternativ erfolgt die Erzeugung des Grundteils in einem Urformverfahren und/oder Umformverfahren.
Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für eine Neuherstellung eines Bauteils geeignet, bei dem das Grundteil aus einem Werkstück erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in allen Ausgestaltungen insbesondere angewendet, um einen Brenner mit einem Grundkörper und einer Spitze zu erzeugen. Dabei ist der Grundkörper das Grundteil und die Spitze ist das Aufsatzteil.
Vorteilhaft ist damit ein Brenner bereitgestellt, der neu hergestellt oder repariert wurde und eine gesinterte Spitze aufweist, die besonders temperaturbeständig ist. Der Brenner weist damit eine höhere Lebensdauer auf. Ist der Grundkörper aus einem zu reparierenden Brenner erzeugt, so kann eine Herstellung des erfindungsgemäßen Brenners im Vergleich zu einer Neuanschaffung verhältnismäßig preiswert und unter Umständen zügig erfolgen.
Der Brenner wiederum ist erfindungsgemäß insbesondere in eine Turbine integriert, beispielsweise eine Gasturbine.
Die Vorteile des Brenners kommen somit der Turbine als Baugruppe zugute.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren und 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Brenner.
In der 1 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßes Verfahren 20 von einem Start 21 bis zu einem Ende 26 in einem Flussdiagramm dargestellt. Zunächst werden darin das Grundteil und das Aufsatzteil erzeugt 22, 23. Anschließend werden das Grundteil und das Aufsatzteil zueinander positioniert 24. Abschließend erfolgt ein Verbinden 25 des Aufsatzteils mit dem Grundteil.
Das Erzeugen 22 des Grundteils kann erfindungsgemäß auf zwei alternative Weisen erfolgen. Zum einen ist es möglich, dass das Grundteil mittels eines Trennvorgangs aus einem zu reparierenden Bauteil erzeugt wird, zum anderen kann das Grundteil auch mittels Urformen und/oder Umformen erzeugt werden. Das Grundteil wird also anstatt aus einem zu reparierenden Bauteil neu aus einem Werkstück erzeugt.
An der Stelle des abgetrennten Materials wird beim Reparieren des Bauteils dann das Aufsatzteil positioniert 24. Verschlissene Teilbereiche des Bauteils können so ersetzt werden. Daneben ist auch eine Neuherstellung des Bauteils mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht.
Nach dem Erzeugen 22, 23 des Grundteils und des Aufsatzteils werden beide Teile zueinander positioniert 24. Hierbei wird erfindungsgemäß ein Bildverarbeitungsverfahren eingesetzt, insbesondere ein computerimplementiertes Bildverarbeitungsverfahren.
Derartige Bildverarbeitungsverfahren sind Stand der Technik. Anhand von bild- und/oder videobasierten Daten kann eine Auswertung vorgenommen werden. Im erfindungsgemäßen Verfahren 20 wird damit die Position des Aufsatzteils zum Grundteil vor dem Verbinden 25 überprüft. Die Position des Aufsatzteils kann damit gegebenenfalls korrigiert werden. Insbesondere wenn das erfindungsgemäße Verfahren als Reparaturverfahren ausgeführt wird, kann eine Auswertung der Position des Aufsatzteils unter Einbeziehung von Bilddaten vor dem Abtrennen des zu ersetzenden Teils des Grundteils erfolgen. Die Position des Aufsatzteils kann somit mit der Position des durch das Aufsatzteil zu ersetzenden abgetrennten Teils verglichen und angepasst werden. Damit ist ein sehr genaues Positionieren 24 möglich.
Das Verbinden 25 kann anschließend in unterschiedlichsten bekannten Verbindungsverfahren erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren 20 eignet sich besonders zur Herstellung oder Reparatur von Brennern 10 für Turbinen. Ein derartiger Brenner 10 ist in der 2 beispielhaft dargestellt. Der Brenner 10 ist insbesondere der Brenner 10 einer Gasturbine.
Der Brenner 10 umfasst zumindest zwei Bauteile. In der 2 gezeigt sind die Spitze 11 und der Grundkörper 12 des Brenners 10.
Die Spitze 11 ist bei derartigen Brennern 10 besonders hohen Belastungen ausgesetzt, insbesondere durch hohe Temperaturen. Ein Verschleiß findet an der Spitze 11 schneller statt als am Grundkörper 12. Durch einen Austausch einer verschlissenen Spitze 11 oder einen Ersatz einer Spitze 11 aus anderem Material gegen eine Spitze 11 aus gesintertem Werkstoff kann ein Austausch des gesamten Grundkörpers 12 vermieden werden. Eine Reparatur ist somit auch für Brenner 10 möglich, bei denen die Spitze 11 kein eigenes Bauteil ist oder bei denen die Spitze nicht als Ersatzteil beschafft werden kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren (20) zum Erzeugen eines Bauteils aus zumindest einem Grundteil und einem Aufsatzteil, wobei das Grundteil insbesondere zumindest eine vom Aufsatzteil verschiedene Materialeigenschaft aufweist und das Grundteil und das Aufsatzteil zunächst in voneinander verschiedenen Verfahren erzeugt (22, 23) werden und anschließend zueinander positioniert (24) und dann miteinander verbunden (25) werden, wobei zur Positionierung (24) der beiden Teile ein Bildverarbeitungssystem verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung (23) des Aufsatzteils in einem Sinterverfahren erfolgt.
Verfahren (20) nach Anspruch 1, wobei die Erzeugung (23) des Aufsatzteils in einem Lasersinterverfahren erfolgt.
Verfahren (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erzeugung (22) des Grundteils in einem Trennverfahren aus einem zu reparierenden Bauteil erfolgt.
Verfahren (20) nach Anspruch 3, wobei das Trennverfahren ein Spanverfahren ist.
Verfahren (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erzeugung (22) des Grundteils in einem Urformverfahren und/oder Umformverfahren erfolgt.
Brenner (10) mit einem Grundkörper (12) und einer Spitze (11), wobei der Brenner (10) mittels eines Verfahrens (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 erzeugt ist und wobei der Grundkörper (12) das Grundteil und die Spitze (11) das Aufsatzteil ist.
Turbine mit einem Brenner (10) nach Anspruch 6.