DE102018208709A1 - Capsule for producing a component for a turbomachine, method for producing a component for a turbomachine and component for a turbomachine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kapsel (10) zur Herstellung eines Bauteils (12) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, umfassend wenigstens eine Glasummantelung (14), zumindest einen von der Glasummantelung (14) wenigstens bereichsweise umgebenen Kapselinnenraum (16) und wenigstens ein, in dem Kapselinnenraum (16) aufgenommenes Pulver (18), welches aus zumindest einem Pulverwerkstoff (20) gebildet und durch ein Wärmezuführverfahren verfestigbar ist. Die Kapsel (10) umfasst zumindest eine Sperrschicht (22), welche zwischen dem wenigstens einen Pulver (18) und der zumindest einen Glasummantelung (14) angeordnet ist, um zumindest einen Diffusionsprozess zwischen dem wenigstens einen Pulver (18) und der wenigstens einen Glasummantelung (14) zu unterbinden.The invention relates to a capsule (10) for producing a component (12) for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, comprising at least one glass casing (14), at least one capsule interior (16) at least partially surrounded by the glass casing (14) and at least one in the capsule interior (16) received powder (18), which is formed from at least one powder material (20) and solidifiable by a heat supply method. The capsule (10) comprises at least one barrier layer (22) disposed between the at least one powder (18) and the at least one glass sheath (14) for at least one diffusion process between the at least one powder (18) and the at least one glass sheath (14) to prevent.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kapsel zur Herstellung eines Bauteils für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, umfassend wenigstens eine Glasummantelung, zumindest einen von der Glasummantelung wenigstens bereichsweise umgebenen Kapselinnenraum und wenigstens ein, in dem Kapselinnenraum aufgenommenes Pulver, welches aus zumindest einem Pulverwerkstoff gebildet und durch ein Wärmezuführverfahren verfestigbar ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für eine Strömungsmaschine sowie ein Bauteil für eine Strömungsmaschine.The invention relates to a capsule for producing a component for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, comprising at least one glass casing, at least one capsule interior at least partially surrounded by the glass casing and at least one powder received in the capsule interior and formed from at least one powder material a heat supply process is solidifiable. Further aspects of the invention relate to a method for producing a component for a turbomachine and to a component for a turbomachine.

Die Herstellung von Bauteilen aus mit Pulver befüllten Glaskapseln ist bereits aus der US 4,081,272 A sowie aus der EP 0 689 525 B1 bekannt. In Ersterer wird ein vorgeformter Pulverkörper in einer verformbaren Hülle bei erhöhten Temperaturen und Drücken eingeschlossen. Anschließend wird der Pulverkörper in der Glaskapsel angeordnet und dabei in Glaspulver eingebettet, welches eine höhere Erweichungstemperatur als die Glaskapsel aufweist. Die Glaskapsel mit dem eingebetteten Pulverkörper wird dann mit Vakuum beaufschlagt, verschlossen, erhitzt und einem isostatischen Pressen ausgesetzt. Des Weiteren sind Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus mit metallischem Pulver befüllten Kapseln der EP 2 990 141 A1 , der EP 2 272 665 A1 , der WO 2015/150479 A1 sowie der EP 236 229 A1 als bekannt zu entnehmen.The production of components from powder-filled glass capsules is already out of the US 4,081,272 A as well as from the EP 0 689 525 B1 known. In the former, a preformed powder body is enclosed in a deformable shell at elevated temperatures and pressures. Subsequently, the powder body is placed in the glass capsule and thereby embedded in glass powder, which has a higher softening temperature than the glass capsule. The glass capsule with the embedded powder body is then subjected to vacuum, sealed, heated and subjected to isostatic pressing. Furthermore, methods for producing components from filled with metallic powder capsules of EP 2 990 141 A1 , of the EP 2 272 665 A1 , of the WO 2015/150479 A1 as well as the EP 236 229 A1 to be known as known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kapsel sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine flexible Werkstoffwahl beim Herstellen von Bauteilen für Strömungsmaschinen zulassen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Bauteil bereitzustellen.Object of the present invention is to provide a capsule and a method of the type mentioned, which allow a flexible choice of material in the manufacture of components for turbomachines. Another object of the invention is to provide a corresponding component.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Kapsel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.These objects are achieved by a capsule with the features of claim 1, by a method having the features of claim 11 and by a component having the features of claim 13.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Kapsel zur Herstellung eines Bauteils für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, umfassend wenigstens eine Glasummantelung, zumindest einen von der Glasummantelung wenigstens bereichsweise umgebenen Kapselinnenraum und wenigstens ein, in dem Kapselinnenraum aufgenommenes Pulver, welches aus zumindest einem Pulverwerkstoff gebildet und durch ein Wärmezuführverfahren verfestigbar ist. Mit anderen Worten ist das Pulver durch das Wärmezuführverfahren konsolidierbar und dementsprechend das Bauteil als Festkörper aus dem Pulver formbar.A first aspect of the invention relates to a capsule for producing a component for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, comprising at least one glass jacket, at least one capsule interior at least partially surrounded by the glass jacket and at least one powder accommodated in the capsule interior and made of at least one powder material is formed and solidifiable by a heat supply. In other words, the powder can be consolidated by the heat supply method and accordingly the component can be formed as a solid from the powder.

Gemäß der Erfindung umfasst die Kapsel zumindest eine Sperrschicht, welche zwischen dem wenigstens einen Pulver und der zumindest einen Glasummantelung angeordnet ist, um zumindest einen Diffusionsprozess zwischen dem wenigstens einen Pulver und der wenigstens einen Glasummantelung zu unterbinden. Dies ist von Vorteil, da durch die Sperrschicht eine erhöhte Flexibilität sowohl bei der Werkstoffwahl für die Glasummantelung als auch für die Werkstoffwahl des Pulvers gegeben ist. Durch die Sperrschicht können unerwünschte chemische Reaktionen zwischen dem Pulver und der Glasummantelung verhindert werden. Darüber hinaus kann durch die Sperrschicht unterbunden werden, dass beispielsweise Teile der Glasummantelung das Pulver beispielsweise während des Wärmezuführverfahrens infiltrieren. Insgesamt trägt die Sperrschicht dadurch zu einer hohen Formstabilität des Pulvers bei dessen Verfestigung anhand des Wärmezuführverfahrens bei, sodass das Bauteil bereits bei dessen Herstellung aus der Kapsel mit einer gewünschten Endgeometrie des Bauteils versehen werden kann. Mit anderen Worten ist anhand der Kapsel eine sogenannte „Near-net-shape“-Herstellung des Bauteils ermöglicht, sodass das Bauteil ohne weitere Nachbearbeitung bestimmungsgemäß verwendet werden kann bzw. die Endgeometrie unter lediglich geringem oder sogar keinerlei Nachbearbeitungsaufwand des Bauteils hergestellt werden kann.According to the invention, the capsule comprises at least one barrier layer which is arranged between the at least one powder and the at least one glass sheath in order to prevent at least one diffusion process between the at least one powder and the at least one glass sheath. This is advantageous because increased flexibility is given by the barrier layer both in the choice of material for the glass coating and for the choice of material of the powder. The barrier layer can prevent unwanted chemical reactions between the powder and the glass jacket. In addition, can be prevented by the barrier layer that, for example, parts of the glass envelope infiltrating the powder, for example, during the heat supply. Overall, the barrier layer thereby contributes to a high dimensional stability of the powder during its solidification on the basis of the heat supply, so that the component can be provided during its production from the capsule with a desired final geometry of the component. In other words, a so-called "near-net-shape" production of the component is made possible by means of the capsule, so that the component can be used as intended without further post-processing or the final geometry can be produced with little or no post-processing of the component.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Glasummantelung sowie die Sperrschicht umfassende Kapseln leichter, aufwandsärmer und damit wirtschaftlicher herstellbar sind, als aus dem Stand der Technik bekannte, aus Titan hergestellte Kapseln (Ti-Kapseln, mit einer aus Titan gebildeten Ummantelung), welche zur Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen verwendet werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten Ti-Kapseln sind mit TiAl-Pulver (Titanaluminid-Pulver) befüllt und bilden beispielsweise beim heiß-isostatischen Pressen (HIP) eine sehr dünne Reaktionszone aus. Darüber hinaus sind die Ti-Kapseln beim heiß-isostatischen Pressen, also bei Temperaturen von beispielsweise 1220 °C formstabil und weisen eine ausreichend hohe Festigkeit auf, sodass das TiAl-Pulver mit hoher Fertigungsqualität verdichtet und konsolidiert werden kann. Ti-Kapseln sind jedoch teuer in der Herstellung und werden in der Regel unter einem hohen Aufwand verschweißt. Zudem erfolgt häufig eine aufwändige Prüfung jeweiliger Schweißnähte der Ti-Kapseln mittels eines Boroskops. Diese, aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile können durch die Kapsel gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zumindest größtenteils überwunden werden.The invention is based on the finding that the glass casing and the barrier layer comprehensive capsules are easier, less expensive and thus more economical to produce, as known from the prior art, made of titanium capsules (Ti capsules, formed with a sheath made of titanium), which be used for the production of components for turbomachinery. The Ti capsules known from the prior art are filled with TiAl powder (titanium aluminide powder) and form, for example in hot isostatic pressing (HIP), a very thin reaction zone. In addition, the Ti capsules are dimensionally stable in hot-isostatic pressing, ie at temperatures of, for example, 1220 ° C and have a sufficiently high strength, so that the TiAl powder can be compacted and consolidated with high manufacturing quality. However, Ti capsules are expensive to produce and are usually welded at a high cost. In addition, a complex examination of respective welds of the Ti capsules is often carried out by means of a borescope. These known from the prior art disadvantages can be overcome by the capsule according to the first aspect of the invention, at least for the most part.

Bevorzugt ist die zumindest eine Sperrschicht dünn im Vergleich zu der wenigstens einen Glasummantelung. Dadurch kann ein besonders großer Teil des Kapselinnenraums mit dem Pulver befüllt sein, zumal die Sperrschicht wenig Platz beansprucht. Preferably, the at least one barrier layer is thin compared to the at least one glass sheath. As a result, a particularly large part of the capsule interior can be filled with the powder, especially since the barrier layer requires little space.

Der Pulverwerkstoff kann bevorzugt als metallischer Pulverwerkstoff ausgebildet sein. Metallische Pulverwerkstoffe eignen sich aufgrund ihrer Belastbarkeit besonders für den Einsatz in Strömungsmaschinen.The powder material may preferably be formed as a metallic powder material. Due to their resilience, metallic powder materials are particularly suitable for use in turbomachinery.

Bevorzugt ist die zumindest eine Sperrschicht als metallische Sperrschicht ausgebildet. Der Diffusionsprozess kann besonders wirksam unterbunden werden, wenn der Pulverwerkstoff ein metallischer Pulverwerkstoff ist.Preferably, the at least one barrier layer is formed as a metallic barrier layer. The diffusion process can be particularly effectively prevented if the powder material is a metallic powder material.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine Pulverwerkstoff aus einer TiAl-Legierung gebildet. Dies ist von Vorteil, da dem aus dem Pulver gebildeten Bauteil hierdurch ein geringes Gewicht bei gleichzeitig besonders hoher Festigkeit verliehen werden kann. Dadurch ist es möglich ein beim Betrieb der Strömungsmaschine hochbelastetes Schaufelelemente, beispielsweise in Form einer Rotorschaufel, als das Bauteil herzustellen.In an advantageous development of the invention, the at least one powder material is formed from a TiAl alloy. This is advantageous since the component formed from the powder can be given a low weight and at the same time particularly high strength. This makes it possible to produce a highly loaded blade elements during operation of the turbomachine, for example in the form of a rotor blade, as the component.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Glasummantelung zumindest bereichsweise transparent. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine Sichtprüfung der Kapsel, der Glasummantelung bzw. des in dem Kapselinnenraum aufgenommenen Pulvers aus einer Umgebung der Kapsel und durch die Glasummantelung hindurch erfolgen kann, ohne dass hierfür beispielsweise ein Einsatz eines Boroskops erforderlich ist. Dementsprechend kann eine vollständige (100%) Qualitätssicherung der Kapsel besonders aufwandsarm erfolgen.In a further advantageous development of the invention, the at least one glass sheath is at least partially transparent. This is advantageous because it allows a visual inspection of the capsule, the glass casing or the powder received in the capsule interior from an environment of the capsule and through the glass sheath through, without, for example, a use of a borescope is required. Accordingly, complete (100%) quality assurance of the capsule can be carried out with particularly little effort.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Glasummantelung mit der zumindest einen Sperrschicht bedampft. Dies ist von Vorteil, da die Sperrschicht somit besonders dünn ausgebildet werden kann und dementsprechend lediglich einen geringen Bereich des Kapselinnenraums beansprucht. Darüber hinaus kann bei dem Wärmezuführverfahren eine besonders schnelle Erwärmung des Pulvers erfolgen, da eine besonders rasche Wärmeleitung durch die dünne, durch Bedampfen gebildete Sperrschicht ermöglicht ist. Die durch Bedampfen aufgetragene Sperrschicht, kann allgemein derart dünn sein, dass diese für eine optische Sichtkontrolle zumindest teiltransparent sein kann. Dadurch kann eine optische Überprüfung bzw. Qualitätskontrolle des Pulvers durch die Sperrschicht hindurch erfolgen. Ein weiterer Vorteil des Bedampfens besteht darin, dass durch die dadurch bedingte, besonders dünne Ausgestaltung der Sperrschicht eine zumindest weitgehend ungehinderte, thermisch bedingte Verformung, beispielsweise ein Schrumpfen der Glasummantelung zusammen mit der Sperrschicht erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil des Bedampfens besteht darin, dass etwaige, nicht mit dem Pulver in Kontakt kommende Flächenbereiche der Glasummantelung während des Bedampfens abgedeckt werden können, sodass ein besonders bedarfsgerechtes und sparsames Auftragen der Sperrschicht erfolgen kann. Um ein besonders sparsames und bedarfsgerechtes auftragen der Sperrschicht zu ermöglichen, kann sich die Sperrschicht bevorzugt ausschließlich über einen Innenraumbereich des Kapselinnenraums erstrecken, an welchem die Sperrschicht einerseits mit der Glasummantelung und andererseits mit dem Pulver kontaktiert ist. Von dem Merkmal, dass die zumindest eine Glasummantelung mit der zumindest einen Sperrschicht bedampft ist, ist im Rahmen der Erfindung auch umfasst, dass die Sperrschicht durch sogenanntes „Sputtern“ auf die Glasummantelung aufgetragen ist.In a further advantageous development of the invention, the at least one glass casing is vapor-deposited with the at least one barrier layer. This is advantageous because the barrier layer can thus be made particularly thin and accordingly only takes up a small area of the capsule interior. In addition, a particularly rapid heating of the powder can take place in the heat supply, since a particularly rapid heat transfer is made possible by the thin, formed by vapor barrier layer. The vapor deposited barrier layer may generally be so thin that it may be at least partially transparent for optical visual inspection. As a result, a visual inspection or quality control of the powder can be carried out through the barrier layer. A further advantage of the sputtering is that due to the consequent, particularly thin design of the barrier layer, an at least largely unhindered, thermally induced deformation, for example a shrinkage of the glass jacket, can take place together with the barrier layer. A further advantage of sputtering is that any surface areas of the glass casing which do not come into contact with the powder can be covered during vapor deposition, so that a particularly demand-oriented and economical application of the barrier layer can take place. In order to allow a particularly economical and needs-based application of the barrier layer, the barrier layer may preferably extend exclusively over an interior region of the capsule interior to which the barrier layer is contacted on the one hand with the glass jacket and on the other hand with the powder. In the context of the invention, the feature that the at least one glass sheath is vapor-deposited with the at least one barrier layer also encompasses the fact that the barrier layer is applied to the glass sheath by so-called "sputtering".

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Sperrschicht zumindest teilweise aus Mo, Nb, W und/oder Ti gebildet. Dies ist von Vorteil, da durch die aus den Metallen Mo (Molybdän), Nb (Niob), W (Wolfram) und zusätzlich oder alternativ Ti (Titan) gebildete, metallische Sperrschicht eine besonders wirksame Diffusionssperre bereitgestellt ist. Dadurch kann als der Pulverwerkstoff eine hochfeste und leichte metallische Legierung, beispielsweise eine TiAl-Legierung, verwendet werden und die Glasummantelung beispielsweise aus Quarzglas gebildet sein, ohne dass es zu Diffusionsprozessen zwischen der TiAl-Legierung und dem Quarzglas kommt.In a further advantageous embodiment of the invention, the at least one barrier layer is at least partially formed from Mo, Nb, W and / or Ti. This is advantageous since a particularly effective diffusion barrier is provided by the metallic barrier layer formed of the metals Mo (molybdenum), Nb (niobium), W (tungsten) and additionally or alternatively Ti (titanium). As a result, a high-strength and light-weight metallic alloy, for example a TiAl alloy, can be used as the powder material and the glass sheathing can be formed, for example, from quartz glass, without diffusion processes occurring between the TiAl alloy and the quartz glass.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Glasummantelung aus Quarzglas gebildet. Dies ist von Vorteil, da die Ausgestaltung der Glasummantelung aus Quarzglas besonders aufwandsarm und damit großserientauglich erfolgen kann. Mit anderen Worten ist die aus Quarzglas gebildete Glasummantelung in besonderem Maße für die Serienfertigung einer Vielzahl von Bauteilen für die Strömungsmaschine geeignet. Das Ausbilden der Glasummantelung aus Quarzglas ermöglicht eine Konturgebung der Kapsel gemäß einer nahezu beliebigen, gewünschten Kapsel-Geometrie sowie eine nahezu beliebige Vorgabe einer Mantelwandstärke der Glasummantelung.In a further advantageous development of the invention, the at least one glass sheath is formed from quartz glass. This is advantageous since the design of the glass casing made of quartz glass can be particularly low-cost and thus suitable for mass production. In other words, the glass casing formed from quartz glass is particularly suitable for mass production of a large number of components for the turbomachine. The formation of the glass casing made of quartz glass allows a contouring of the capsule according to an almost arbitrary, desired capsule geometry as well as an almost arbitrary specification of a shell wall thickness of the glass casing.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Quarzglas einen oberen Kühlpunkt auf, welcher größer oder gleich 750 °C ist. Dadurch kann die Kapsel eine etwaige thermisch bedingte Verformung, beispielsweise in Form eines Schrumpfens, des Pulvers, bei dessen Pulverwerkstoff es sich beispielsweise um TiAl handeln kann, mit durchführen, wodurch das aus dem verfestigten Pulver gebildete Bauteil eine besonders große Ähnlichkeit zu einer erwünschten Endkontur des Bauteils aufweisen kann. Dadurch kann ein Nachbearbeitungsaufwand des Bauteils besonders gering gehalten werden. Der obere Kühlpunkt entspricht einer Temperaturgrenze, bei welcher sich eine gewünschte Entspannung schnellstmöglich einstellt, ohne dass es - auch bei langsamem Abkühlen (nach dem Wärmezuführverfahren) - bereits zu einer Formänderung des (aus dem infolge des Wärmezuführverfahrens verfestigten Pulver gebildeten) Bauteils kommt.In a further advantageous development of the invention, the quartz glass has an upper cooling point which is greater than or equal to 750 ° C. As a result, the capsule may undergo any thermally induced deformation, for example in the form of shrinkage, of the powder whose powder material may be, for example, TiAl, perform, whereby the component formed from the solidified powder may have a particularly close similarity to a desired final contour of the component. As a result, a post-processing effort of the component can be kept particularly low. The upper cooling point corresponds to a temperature limit at which a desired relaxation sets as quickly as possible, without - even with slow cooling (after the heat supply process) - already comes to a change in shape of the (formed from the solidified as a result of the heat supply powder) component.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Quarzglas einen Erweichungspunkt auf, welcher größer oder gleich 1240 °C ist. Dadurch bleibt das Quarzglas auch bei Wärmezuführverfahren, wie beispielsweise dem heiß-isostatischen Pressen (HIP), bei welchem Temperaturen von beispielsweise 1225 °C herrschen können, formstabil. Der Erweichungspunkt entspricht einer Grenztemperatur bei welcher die Glasummantelung erkennbar zu fließen und sich dadurch unter Einfluss des Eigengewichtes zu verformen beginnt.In a further advantageous development of the invention, the quartz glass has a softening point which is greater than or equal to 1240 ° C. As a result, the quartz glass remains dimensionally stable even in heat supply processes, such as, for example, hot isostatic pressing (HIP), at which temperatures of 1225 ° C., for example, can prevail. The softening point corresponds to a limit temperature at which the glass coating begins to flow recognizably and thus begins to deform under the influence of its own weight.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Innenkontur der zumindest einen Glasummantelung und/oder der zumindest einen Sperrschicht zumindest im Wesentlichen komplementär zu einer Außenkontur des Bauteils ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da hierdurch das Bauteil unmittelbar aus dem Pulver geformt werden kann, sodass ein Nachbearbeitungsaufwand besonders gering ist, oder sogar ganz entfallen kann. Dem Bauteil kann also bereits während des Wärmezuführverfahrens bzw. während einer Abkühlung des Bauteils nach dem Wärmezuführverfahren eine Form verliehen werden, welche eine hohe Ähnlichkeit zu einer gewünschten Endkontur (Endform) des Bauteils aufweist. Insbesondere kann das Bauteil mit einer sogenannten „Near-net-shape“-Gestalt hergestellt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, an inner contour of the at least one glass sheath and / or the at least one barrier layer is formed at least substantially complementary to an outer contour of the component. This is advantageous because it allows the component to be formed directly from the powder, so that a reworking effort is particularly low, or even eliminated altogether. The component can thus be given a shape already during the heat supply process or during a cooling of the component after the heat supply process, which has a high similarity to a desired final contour (final shape) of the component. In particular, the component can be produced with a so-called "near-net-shape" shape.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kapsel wenigstens einen, mit der zumindest einen Glasummantelung verbundenen, und in den zumindest einen Kapselinnenraum mündenden Einfüllstutzen, über welchen der Kapselinnenraum mit dem wenigstens einen Pulver befüllbar ist, und welcher zumindest bereichsweise transparent ist. Dies ist von Vorteil, da durch den zumindest bereichsweise transparenten Einfüllstutzen ein Füllstand des Pulvers besonders aufwandsarm optisch überprüft werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, the capsule comprises at least one, connected to the at least one glass casing, and in the at least one capsule interior emptying filler neck, via which the capsule interior with the at least one powder can be filled, and which is at least partially transparent. This is advantageous because a filling level of the powder can be optically checked by means of the at least partially transparent filler neck.

Bevorzugt kann der Einfüllstutzen einen dem Kapselinnenraum abgewandten, zumindest bereichsweise transparenten Endbereich aufweisen, an welchem eine, zum Befüllen des Kapselinnenraums mit dem Pulver angeordnete Einfüllöffnung des Einfüllstutzens, durch Verpressen und/oder Verschweißen des Endbereichs vakuumdicht verschlossen ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine einfache, optische Überprüfung des Einfüllstutzens bzw. des Endbereichs auf Dichtigkeit erfolgen kann.The filler neck can preferably have an end region which is at least partially transparent to the capsule interior and to which a filling opening of the filler neck arranged for filling the capsule interior with the powder is sealed in a vacuum-tight manner by pressing and / or welding the end region. This is advantageous since this allows a simple, optical inspection of the filler neck or of the end region for tightness.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, umfassend zumindest folgende Schritte:

  • - Bereitstellen einer Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 10;
  • - Herstellen und Formen des Bauteils aus der Kapsel durch wenigstens ein Wärmezuführverfahren, bei welchem das wenigstens eine Pulver verfestigt wird.
Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts der Erfindung zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung und umgekehrt anzusehen sind. A second aspect of the invention relates to a method for producing a component for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, comprising at least the following steps:
  • - Providing a capsule according to one of claims 1 to 10;
  • - Producing and molding of the component from the capsule by at least one heat supply method in which the at least one powder is solidified.
Further features and their advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention, wherein advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als das wenigstens eine Wärmezuführverfahren ein heiß-isostatisches Pressen durchgeführt. Die mit dem Pulver befüllte Kapsel kann beim heiß-isostatischen Pressen (oder kurz: HIP) unter hohen Drücken und Temperaturen verdichtet und dadurch das Bauteil aus dem im Kapselinnenraum enthaltenen Pulver hergestellt werden. Das heiß-isostatische Pressen ist besonders günstig, zumal hierbei auch ohne Nachbearbeitung des Bauteils (nach dem Wärmezuführverfahren) eine hohe Oberflächengüte des Bauteils erzielt werden kann.In an advantageous development of the invention, a hot isostatic pressing is carried out as the at least one heat supply process. The capsule filled with the powder can be compacted under high pressures and temperatures during hot isostatic pressing (or HIP for short), thereby producing the component from the powder contained in the capsule interior. The hot-isostatic pressing is particularly favorable, especially as this can be achieved without post-processing of the component (after the heat supply), a high surface quality of the component.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, hergestellt durch eine Kapsel gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder hergestellt durch ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Im Gegensatz zu aus konventionellen Kapseln bzw. durch konventionelle Verfahren hergestellten Teilen können bei der Herstellung eines derartigen Bauteils Diffusionsprozesse, insbesondere an einer Bauteiloberfläche des Bauteils vermieden werden, was auch durch eine Bauteilprüfung des Bauteils festgestellt werden kann. Darüber hinaus kann das Bauteil bereits bei dessen Herstellung aus der Kapsel bzw. durch das Verfahren mit einer gewünschten Endgeometrie des Bauteils versehen werden. Mit anderen Worten ist anhand der Kapsel bzw. durch das Verfahren eine sogenannte „Near-net-shape“-Herstellung des Bauteils ermöglicht, sodass das Bauteil ohne weitere Nachbearbeitung bestimmungsgemäß verwendet werden kann bzw. die Endgeometrie unter lediglich geringem Nachbearbeitungsaufwand des Bauteils hergestellt werden kann. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts der Erfindung und des zweiten Aspekts der Erfindung zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung und umgekehrt anzusehen sind.A third aspect of the invention relates to a component for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, produced by a capsule according to the first aspect of the invention and / or produced by a method according to the second aspect of the invention. In contrast to parts produced from conventional capsules or by conventional methods, diffusion processes, in particular on a component surface of the component, can be avoided in the production of such a component, which can also be determined by a component test of the component. In addition, the component can be provided already during its production from the capsule or by the method with a desired final geometry of the component. In other words, based on the capsule or by the method, a so-called "near-net-shape" -Herstellung of the component allows, so that the component can be used as intended without further post-processing or the final geometry can be produced with only little Nachbearbeitungsaufwand of the component , Further features and their advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention and of the second aspect of the invention, wherein advantageous embodiments of the first aspect and the second aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the third aspect of the invention and vice versa.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Bauteil ein Schaufelelement. Ein derartiges Schaufelelement kann besonders bedarfsgerecht anhand der Kapsel bzw. durch das Verfahren hergestellt werden.In an advantageous development of the invention, the component is a blade element. Such a blade element can be produced especially on demand by means of the capsule or by the method.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten und/oder alleine beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Ausführungsbeispielen nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.Further features of the invention will become apparent from the claims, the embodiments and the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description, as well as the features and feature combinations mentioned below in the exemplary embodiments and / or alone, can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation without the scope of the invention leave. There are thus also embodiments of the invention as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the embodiments, however, emerge and can be generated by separate feature combinations of the described embodiments. Embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all the features of an originally formulated independent claim.

Dabei zeigt die einzige Figur eine Perspektivansicht einer schematisch dargestellten Kapsel, deren Kapselinnenraum mit einem Pulver zur Herstellung eines Bauteils befüllt ist.The single figure shows a perspective view of a capsule shown schematically, the capsule interior is filled with a powder for the production of a component.

Die FIG. zeigt eine Perspektivansicht einer vorliegend schematisch dargestellten Kapsel 10, welche zur Herstellung eines Bauteils 12 für eine Strömungsmaschine verwendet wird. Die vorliegend nicht gezeigte Strömungsmaschine kann beispielsweise als Flugtriebwerk ausgebildet sein. Das Bauteil 12 ist vorliegend als Schaufelelement ausgebildet.The FIG. shows a perspective view of a presently schematically illustrated capsule 10 which is used to produce a component 12 is used for a turbomachine. The turbomachine not shown here can be designed, for example, as an aircraft engine. The component 12 is presently designed as a blade element.

Die Kapsel 10 umfasst eine Glasummantelung 14, einen von der Glasummantelung 14 umgebenen Kapselinnenraum 16 und ein, in dem Kapselinnenraum 16 aufgenommenes Pulver 18, welches aus einem Pulverwerkstoff 20 gebildet ist. Die Glasummantelung 14 ist vorliegend aus Quarzglas 24 gebildet und vollständig transparent, sodass einen Sichtkontrolle bzw. eine Qualitätsprüfung der Kapsel 10 durchgeführt und das Pulver 18 begutachtet werden kann, ohne die Kapsel 10 bzw. die Glasummantelung 14 öffnen zu müssen. In dem Kapselinnenraum 16 herrscht ein Vakuum. Mit anderen Worten ist der Kapselinnenraum 16 vakuumbeaufschlagt. Dadurch können etwaige, unerwünschte Oxidationsreaktionen des Pulvers verringert werden.The capsule 10 includes a glass jacket 14 , one of the glass jacket 14 surrounded capsule interior 16 and one, in the capsule interior 16 absorbed powder 18 , which consists of a powder material 20 is formed. The glass jacket 14 is in the present case of quartz glass 24 formed and completely transparent, so that a visual inspection and quality control of the capsule 10 performed and the powder 18 can be inspected without the capsule 10 or the glass casing 14 to have to open. In the capsule interior 16 there is a vacuum. In other words, the capsule interior 16 vakuumbeaufschlagt. As a result, any undesirable oxidation reactions of the powder can be reduced.

Das Pulver 18 ist durch ein Wärmezuführverfahren verfestigbar. Mit anderen Worten kann das Pulver 18 durch das Wärmezuführverfahren, bei welchem es sich um ein sogenanntes heiß-isostatisches Pressen (kurz: HIP) handeln kann, konsolidiert, also verfestigt werden. Der Pulverwerkstoff 20 ist vorliegend aus einer TiAl-Legierung gebildet.The powder 18 is solidifiable by a heat supply method. In other words, the powder 18 by the heat supply process, which may be a so-called hot isostatic pressing (HIP for short), consolidated, that is solidified. The powder material 20 In this case, it is formed from a TiAl alloy.

Die Kapsel 10 umfasst eine in der Fig. durch eine gestrichelte Linie hervorgehobene Sperrschicht 22, welche zwischen dem Pulver 18 und der Glasummantelung 14 angeordnet ist, um einen Diffusionsprozess zwischen dem Pulver 18 und der Glasummantelung 14 zu unterbinden.The capsule 10 comprises a barrier layer highlighted in the figure by a dashed line 22 which is between the powder 18 and the glass jacket 14 is arranged to initiate a diffusion process between the powder 18 and the glass jacket 14 to prevent.

Die Glasummantelung 14 ist vorliegend mit der Sperrschicht 22 bedampft, wodurch die Sperrschicht 22 besonders dünn und damit platzsparend ist. Die Sperrschicht 22 kann zumindest bereichsweise aus Mo, Nb, W und/oder Ti gebildet sein. Vorliegend ist die Sperrschicht 22 aus Ti (Titan) gebildet. Die Sperrschicht 22 ist einerseits unmittelbar mit der Glasummantelung 14 und andererseits unmittelbar mit dem Pulver 18 kontaktiert. Der Kapselinnenraums 16 ist dadurch in vorteilhafter Weise in lediglich geringem Maße auf Kosten der Sperrschicht 22 verkleinert.The glass jacket 14 is present with the barrier layer 22 steamed, creating the barrier layer 22 is particularly thin and thus saves space. The barrier layer 22 may be formed at least partially from Mo, Nb, W and / or Ti. The present is the barrier layer 22 made of Ti (titanium). The barrier layer 22 is on the one hand directly with the glass jacket 14 and on the other hand directly with the powder 18 contacted. The capsule interior 16 is thereby advantageously only to a small extent at the expense of the barrier layer 22 reduced.

Das Quarzglas 24 weist einen oberen Kühlpunkt auf, welcher größer als 750 °C ist. Zudem weist das Quarzglas 24 einen Erweichungspunkt auf, welcher größer als 1240 °C ist.The quartz glass 24 has an upper cooling point which is greater than 750 ° C. In addition, the quartz glass has 24 a softening point greater than 1240 ° C.

Eine Innenkontur 26 der Glasummantelung 14 und der zumindest einen Sperrschicht 22 ist vorliegend komplementär zu einer Außenkontur 28 des Bauteils 12 ausgebildet. Die Außenkontur 28 ist in der Fig. lediglich bereichsweise gezeigt und hierbei als ringförmig geschlossene, gestrichelte Linie angedeutet.An inner contour 26 the glass jacket 14 and the at least one barrier layer 22 is presently complementary to an outer contour 28 of the component 12 educated. The outer contour 28 is only partially shown in the figure and indicated here as an annular closed, dashed line.

Zudem umfasst die Kapsel 10 einen mit der Glasummantelung 14 verbundenen und in den Kapselinnenraum 16 mündenden, transparenten Einfüllstutzen 30, über welchen der Kapselinnenraum 16 mit dem Pulver 18 befüllbar ist. Der Einfüllstutzen 30 weist einen dem Kapselinnenraum 16 abgewandten, transparenten Endbereich 34 auf, an welchem eine, zum Befüllen des Kapselinnenraums 16 mit dem Pulver 18 angeordnete Einfüllöffnung 32 des Einfüllstutzens 30 durch Verpressen und zusätzlich oder alternativ durch Verschweißen des Endbereichs 34 vakuumdicht verschlossen ist.In addition, the capsule includes 10 one with the glass casing 14 connected and in the capsule interior 16 opening, transparent filler neck 30 over which the capsule interior 16 with the powder 18 is fillable. The filler neck 30 has a the capsule interior 16 remote, transparent end 34 on, at which one, for filling the capsule interior 16 with the powder 18 arranged filling opening 32 of the filler neck 30 by compression and additionally or alternatively by welding the end region 34 is sealed vacuum-tight.

Bei einem Verfahren zur Herstellung des Bauteils 12 erfolgt zunächst ein Bereitstellen der Kapsel 10 und anschließend ein Herstellen und Formen des Bauteils 12 aus der Kapsel 10 durch das Wärmezuführverfahren, bei welchem das Pulver 18 verfestigt wird.In a method of manufacturing the component 12 First, a provision of the capsule 10 and then manufacturing and forming the component 12 from the capsule 10 by the heat supply method in which the powder 18 is solidified.

Insgesamt ermöglicht die Kapsel 10 eine pulvermetallurgische Herstellung des Bauteils 12 aus TiAl als Pulverwerkstoff 20 durch das heiß-isostatische Pressen. Hierbei kann in besonders vorteilhafter Weise ein sogenanntes „Near-Net-Shape“-HIP erfolgen, wodurch eine komplexe Kapsel-Geometrie verwendet werden kann, welche für einen reproduzierbaren Schrumpf (des Bauteils 12) mitverantwortlich ist. Um einen Kontakt der Glasummantelung 14 der Kapsel 10 mit dem aus TiAl gebildeten Pulverwerkstoff 20 beim HIP-Prozess zu unterbinden und dementsprechende Reaktionen zu vermeiden, ist die Kapsel 10 durch die aus Quarzglas gebildete Glasummantelung 14 mit der Sperrschicht 22 bedampft. Darüber hinaus ist die Kapsel 10 besonders formstabil, großindustriell herstellbar, prüfbar, und die Glasummantelung 14 nach Befüllung des Kapselinnenraums 16 mit dem Pulver 18 vakuumdicht verschließbar. Zudem kann eine beim HIP-Prozess erfolgende Schrumpf-Verformung der gesamten Kapsel 10 erfolgen, ohne dass es zu einer Rissbildung kommt. Da die Glasummantelung 14 nach dem Wärmezuführverfahren zu entfernen ist und somit ein Verbrauchsgut darstellt, sind die geringen Kosten für deren Material (Quarzglas), Herstellung, Abarbeitung und Qualitätssicherung besonders vorteilhaft.Overall, the capsule allows 10 a powder metallurgical production of the component 12 made of TiAl as powder material 20 by hot-isostatic pressing. In this case, a so-called "near net shape" HIP can be carried out in a particularly advantageous manner, whereby a complex capsule geometry can be used, which for a reproducible shrinkage (of the component 12 ) is jointly responsible. To contact the glass jacket 14 the capsule 10 with the powder material formed from TiAl 20 to prevent the HIP process and to avoid corresponding reactions is the capsule 10 through the glass casing formed of quartz glass 14 with the barrier layer 22 steamed. In addition, the capsule 10 particularly dimensionally stable, industrially manufacturable, testable, and the glass jacket 14 after filling the capsule interior 16 with the powder 18 vacuum-tight sealable. In addition, during the HIP process shrinkage deformation of the entire capsule 10 done without causing cracking. Because the glass jacket 14 can be removed after the heat supply and thus represents a commodity, the low cost of their material (quartz glass), production, processing and quality assurance are particularly advantageous.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Kapselcapsule
1212
Bauteilcomponent
1414
Glasummantelungglass shroud
1616
KapselinnenraumCapsule interior
1818
Pulverpowder
2020
PulverwerkstoffPowder material
2222
Sperrschichtjunction
2424
Quarzglasquartz glass
2626
Innenkonturinner contour
2828
Außenkonturouter contour
3030
Einfüllstutzenfiller pipe
3232
Einfüllöffnungfill opening
3434
Endbereichend

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • EP 236229 A1 [0002]EP 236229 A1 [0002]

Claims (14)

Kapsel (10) zur Herstellung eines Bauteils (12) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, umfassend wenigstens eine Glasummantelung (14), zumindest einen von der Glasummantelung (14) wenigstens bereichsweise umgebenen Kapselinnenraum (16) und wenigstens ein, in dem Kapselinnenraum (16) aufgenommenes Pulver (18), welches aus zumindest einem Pulverwerkstoff (20) gebildet und durch ein Wärmezuführverfahren verfestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (10) zumindest eine Sperrschicht (22) umfasst, welche zwischen dem wenigstens einen Pulver (18) und der zumindest einen Glasummantelung (14) angeordnet ist, um zumindest einen Diffusionsprozess zwischen dem wenigstens einen Pulver (18) und der wenigstens einen Glasummantelung (14) zu unterbinden.Capsule (10) for producing a component (12) for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, comprising at least one glass casing (14), at least one of the glass casing (14) at least partially surrounded capsule interior (16) and at least one, in the capsule interior (16) accommodated powder (18), which is formed from at least one powder material (20) and solidifiable by a heat supply method, characterized in that the capsule (10) comprises at least one barrier layer (22), which between the at least one powder (18 ) and the at least one glass sheath (14) is arranged to prevent at least one diffusion process between the at least one powder (18) and the at least one glass sheath (14). Kapsel (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Pulverwerkstoff (20) aus einer TiAl-Legierung gebildet ist.Capsule (10) after Claim 1 , characterized in that the at least one powder material (20) is formed from a TiAl alloy. Kapsel (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Glasummantelung (14) zumindest bereichsweise transparent ist.Capsule (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one glass sheath (14) is at least partially transparent. Kapsel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Glasummantelung (14) mit der zumindest einen Sperrschicht (22) bedampft ist.Capsule (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one glass casing (14) is vapor-deposited with the at least one barrier layer (22). Kapsel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sperrschicht (22) zumindest teilweise aus Mo, Nb, W und/oder Ti gebildet ist.Capsule (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one barrier layer (22) is at least partially formed from Mo, Nb, W and / or Ti. Kapsel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Glasummantelung (14) aus Quarzglas (24) gebildet ist.Capsule (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one glass sheath (14) is formed from quartz glass (24). Kapsel (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas (24) einen oberen Kühlpunkt aufweist, welcher größer oder gleich 750 °C ist.Capsule (10) after Claim 6 , characterized in that the quartz glass (24) has an upper cooling point which is greater than or equal to 750 ° C. Kapsel (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas (24) einen Erweichungspunkt aufweist, welcher größer oder gleich 1240 °C ist.Capsule (10) after Claim 6 or 7 , characterized in that the quartz glass (24) has a softening point which is greater than or equal to 1240 ° C. Kapsel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenkontur (26) der zumindest einen Glasummantelung (14) und/oder der zumindest einen Sperrschicht (22) zumindest im Wesentlichen komplementär zu einer Außenkontur (28) des Bauteils (12) ausgebildet ist.Capsule (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an inner contour (26) of the at least one glass sheath (14) and / or the at least one barrier layer (22) at least substantially complementary to an outer contour (28) of the component (12 ) is trained. Kapsel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (10) wenigstens einen, mit der zumindest einen Glasummantelung (14) verbundenen, und in den zumindest einen Kapselinnenraum (16) mündenden Einfüllstutzen (30) umfasst, über welchen der Kapselinnenraum (16) mit dem wenigstens einen Pulver (18) befüllbar ist, und welcher zumindest bereichsweise transparent ist.Capsule (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the capsule (10) comprises at least one, with the at least one glass sheath (14) connected, and in the at least one capsule interior (16) opening out filler neck (30), via which the capsule interior (16) can be filled with the at least one powder (18), and which is at least partially transparent. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (12) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, umfassend zumindest folgende Schritte: - Bereitstellen einer Kapsel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; - Herstellen und Formen des Bauteils (12) aus der Kapsel (10) durch wenigstens ein Wärmezuführverfahren, bei welchem das wenigstens eine Pulver (18) verfestigt wird.Method for producing a component (12) for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, comprising at least the following steps: - providing a capsule (10) according to one of Claims 1 to 10 ; - Producing and molding of the component (12) from the capsule (10) by at least one heat supply method in which the at least one powder (18) is solidified. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als das wenigstens eine Wärmezuführverfahren ein heiß-isostatisches Pressen durchgeführt wird.Method according to Claim 11 , characterized in that as the at least one heat supply process, a hot isostatic pressing is performed. Bauteil (12) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, hergestellt aus einer Kapsel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder hergestellt durch ein Verfahren nach Anspruch 11 oder 12.Component (12) for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, produced from a capsule (10) according to one of Claims 1 to 10 and / or produced by a method according to Claim 11 or 12 , Bauteil (12) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (12) ein Schaufelelement ist.Component (12) after Claim 13 , characterized in that the component (12) is a blade element.
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