DE102018212625A1

DE102018212625A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils unter Verwendung eines Sinterfügeprozesses

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Publication number: DE102018212625A1
Application number: DE102018212625.9A
Authority: DE
Inventors: Enrico Daenicke; Ralf Müller
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-01-30
Also published as: US20200030883A1; US11400515B2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Triebwerktechnologie. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung die Herstellung von Triebwerksbauteilen mit komplexer geometrischer Struktur. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren (70) zur Herstellung eines komplexen Bauteils (32), aufweisend Bereitstellen (72) einer ersten Komponente (34a), aufweisend einen ersten Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizienten; eine erste Fügefläche (36a); und eine erste Auflagefläche (40a,40b,40c); Bereitstellen (74) einer zweiten Komponente (34b), aufweisend einen zweiten Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizienten; eine zweite Fügefläche (36b); und eine zweite Auflagefläche (42a,42b,42c); Bereitstellen (76) eines Mantelelementes (38), aufweisend einen Mantelelement-Wärmeausdehnungskoeffizienten; und eine Mantelelement-Auflagefläche (48a,48b,48c,48d); und Erhitzen (78) der ersten Komponente (34a), der zweiten Komponente (34b) und des Mantelelementes (38) von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur zur Durchführung eines Fügeprozesses von erster Komponente (34a) und zweiter Komponente (34b). Weiter betrifft die vorliegende Offenbarung ein Bauteil, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug, sowie ein solches Gasturbinentriebwerk.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Triebwerktechnologie. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung die Herstellung von Triebwerksbauteilen mit komplexer geometrischer Struktur. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Herstellungsverfahren einer Triebwerkskomponente mit Kraftaufbringung bei einem Sinterfügeprozess.
Fügen ist ein geeignetes Herstellungsverfahren für komplexe Bauteile oder Bauteilgruppen, insbesondere für Bauteile im Luft- und Raumfahrtbereich, die sich nicht oder nur schwer integral herstellen lassen. Hierbei gibt es verschiedene Fügetechniken, wie zum Beispiel Schweißen, Löten, Kleben, aber auch Schraubverbindungen bzw. anderweitig ausgebildete mechanische Verbindungen. Dabei sind jedoch nicht alle Werkstücke fügbar, weil beispielsweise verwendete Materialien eine ungenügende Schweiß- bzw. Lötbarkeit aufweisen oder aber die Fügeverfahren können beispielsweise im Falle einer Schraubverbindung nur mit zusätzlichem Gewicht oder im Falle von Klebe- bzw. Lötfügeverbindungen nur mit einer limitierten Temperaturbeständigkeit bereitgestellt werden.
Somit mag ein Bedarf gegeben sein, speziell für Luftfahrtapplikationen geeignete Fügeverfahren zur Herstellung von komplexen integralen Bauteilen zu realisieren.
Weiterhin mag ein Bedarf gegeben sein, bei einem derartigen Fügeprozess, weitere Maßnahmen realisieren zu können, wodurch eine bevorzugte Fügeverbindung, somit eine Fügeverbindung mit einer erhöhten Fügegüte, realisiert werden kann.
Zumindest einem solchen Bedarf mag mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und werden in der weiteren Beschreibung näher erläutert.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung eines komplexen Bauteils aufgezeigt, aufweisend ein Bereitstellen einer ersten Komponente, aufweisend einen ersten Komponentenwärmeausdehnungskoeffizienten, eine erste Fügefläche und eine erste Auflagefläche. Weiterhin wird eine zweite Komponente bereitgestellt aufweisend einen zweiten Komponentenwärmeausdehnungskoeffizienten, eine zweite Fügefläche und eine zweite Auflagefläche. Weiterhin wird ein Mantelelement bereitgestellt, aufweisend einen Mantelelementwärmeausdehnungskoeffizienten und eine Mantelelementauflagefläche. Die erste Komponente, die zweite Komponente und das Mantelelement werden von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erhitzt, zur Durchführung eines Fügeprozesses von erster Komponente und zweiter Komponente. Die erste Komponente und die zweite Komponente sind dabei in zumindest einem Teilbereich der ersten Fügefläche und der zweiten Fügefläche in Kontakt bringbar, so dass im Kontaktbereich von erster Fügefläche und zweiter Fügefläche eine Fügeverbindung ausbildbar ist. Das Mantelelement umfasst dabei zumindest teilweise die erste Komponente und die zweite Komponente und ist dabei mit der Mantelelementauflagefläche mit der ersten Auflagefläche und der zweiten Auflagefläche in Kontakt bringbar. Der Mantelelementwärmeausdehnungskoeffizient ist geringer als der erste Komponentenwärmeausdehnungskoeffizient und/oder der zweite Komponentenwärmeausdehnungskoeffizient, wobei der Mantelelementwärmeausdehnungskoeffizient und der erste Komponentenwärmeausdehnungskoeffizient und/oder der zweite Komponentenwärmeausdehnungskoeffizient derart eingerichtet sind, um im erhitzten Zustand bei der Durchführung des Fügeprozesses die Mantelelementauflagefläche mit der ersten Auflagefläche und der zweiten Auflagefläche sowie die erste Fügefläche und die zweite Fügefläche in Kontakt zu bringen, so dass die erste Fügefläche und die zweite Fügefläche mit einer zueinander gerichteten Kraftwirkung beaufschlagt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Bauteil, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug, weiter insbesondere ein Kompressor-Stator-Pair, somit zwei einzelne Kompressor-Statoren als Baugruppe, wobei die Statoren gefügt sein können, bereitgestellt, hergestellt durch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug bereitgestellt, aufweisend zumindest ein Bauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung, hergestellt durch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Ideen und Konzepte der vorliegenden Offenbarung mögen als auf folgenden Beobachtungen und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Sinterfügen ist ein Fügeverfahren, bei dem zwei oder mehrere Komponenten mit einer Fügefläche in direktem Kontakt zueinander auf eine für einen Sinterfügeprozess geeignete Temperatur gebracht werden. Hierbei erfolgt ein Zusammenwachsen der Kornstrukturen eines polykristallinen Werkstoffes. Typischerweise wird der Sinterfügeprozess bei einer Temperatur durchgeführt, die leicht unterhalb oder auch leicht oberhalb der Schmelztemperatur der zu fügenden Komponenten bzw. ihrer Materialien liegt.
Komponenten für einen Sinterfügeprozess werden zunächst im Rahmen eines vorbereitenden Prozesses wie zum Beispiel einem Metallpulverspritzgussverfahren hergestellt, bei dem ein Materialpulver mit einem Bindemittel vermengt und in einem Spritzgießprozess zu einem Formteil weiterverarbeitet wird. Ein derart hergestelltes Formteil wird auch als Grünling bezeichnet. In einem nachfolgenden Schritt wird das Bindemittel entfernt, beispielsweise herausgelöst oder mittels thermischer Behandlung entfernt. Ein sich daraus ergebendes Formteil wird als Bräunling bezeichnet.
In einem nachfolgenden Sinterprozess wird der Bräunling wie zuvor dargestellt auf eine Temperatur leicht unterhalb oder leicht oberhalb der Schmelztemperatur seiner Materialien gebracht, wodurch eine Verfestigungsreaktion der Materialien der Komponente erfolgt und diese sich dabei sich in ihren Abmessungen verringert. Ein fertig gesintertes Bauteil weist somit reduzierte Dimensionen auf als Grünling bzw. Bräunling. Eine üblicherweise Schrumpfung mag im Bereich von 10 bis 30% liegen.
Während des hier vorgestellten Sinterfügeprozesses, somit der Erhitzung der Komponente auf die Fügetemperatur, ergibt sich aufgrund des Wärmeausdehnungskoeffizienten des verwendeten Materials zunächst eine Erhöhung der Abmaße bzw. Volumina von Komponenten und Mantelelement aufgrund der Ausdehnung der verwendeten Materialien und nachfolgend die Verfestigung der Fügeverbindung. Die zuvor beschriebene Volumenreduzierung am Ende des Fügeprozesses mag aufgrund von vorgesinterten Komponenten bzw. fertig gesinterten Komponenten nicht oder nur in geringem Maße stattfinden.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Kraftaufbringung für das Fügen von zwei oder mehreren Subkomponenten in einem Sinterprozess. Vorteilhaft für die Qualität der Fügung ist dabei die Kraftaufbringung, wenn die zu fügenden Flächen während des Sinterns eine Aufpresskraft erfahren. Die zu fügenden Komponenten werden vor dem Sintern von einer Mantelstruktur umschlossen, wobei die Mantelstruktur aus einem Material mit geringerer thermischer Ausdehnung als die zu fügenden Komponenten ausgeführt ist. Verschiedene Materialkombinationen für die Mantelstruktur und die Komponenten sind dabei denkbar, wie z.B. eine keramische Mantelstruktur und eine metallische Komponente oder aber auch gleichmaterialige Mantelstrukturen und Komponenten wie metallische Mantelstruktur und metallische Komponente bzw. keramische Mantelstruktur und keramische Komponente, wobei sich bei gleichartigen Materialien eine höhere Schmelztemperatur der Mantelstruktur gegenüber der Komponenten als vorteilhaft erweist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Mantelstruktur ist dabei auch in diesem Fall kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient der zu fügenden Komponenten.
Je nach Sintertemperatur, Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Mantelstruktur und zu fügenden Komponenten und der gewünschten aufzubringenden Kraft auf die Fügefläche kann zusätzlich ein Spalt zwischen der Mantelstruktur und Komponenten bereitgestellt werden. Die zu fügenden Komponenten können dabei vor dem Sinterfügen bereits in gesintertem Zustand sein. Optional kann eine Fügepaste zwischen den Subkomponenten zum Einsatz kommen, um geringfügige Oberflächenunebenheiten bzw. Rauheiten beim Sinterfügeprozess auszugleichen.
Je nach Materialkombination von Mantelstruktur und Komponenten mag es erforderlich sein, die Mantelstruktur mit einer Trennschicht zu versehen, um einem Stoffschluss zwischen Mantelstruktur und Subkomponenten entgegenzuwirken.
Durch eine geeignete Materialauswahl von Mantelstruktur und zu fügenden, metallischen oder auch keramischen, Komponenten mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten als auch unter Berücksichtigung der geometrischen Ausgangsbedingungen bzw. Einstellung der geometrischen Ausgangsbedingungen vor dem Sinterfügen durch geeignete Auswahl eines Spaltmaßes zwischen Mantelelement und zu fügenden Komponenten kann die wirkende Kraft beim Sinterfügen eingestellt werden. Eine variable Kraftwirkungsrichtung bzw. gesteuerte Kraftrichtungswirkung kann somit realisiert werden. Auch sind sehr hohe Krafteinwirkungen über eine geeignete Dimensionierung des Spaltmaßes unter Berücksichtigung der Temperaturausdehnungskoeffizienten erzielbar.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden zwei Komponenten in ein Mantelelement eingebracht, wobei das Mantelelement die beiden Komponenten zumindest teilweise umschließt bzw. umfasst. Eine Öffnung im Mantelelement ist dabei derart dimensioniert, dass die beiden Komponenten z.B. miteinander in Kontakt stehend in die Öffnung des Mantelelementes eingebracht werden können. Das Mantelelement mag dabei einen Spalt zu den Komponenten aufweisen.
Verschiedene Weiterbildungen eines Sinterfügeprozesses realisieren eine Verbindung von zwei oder mehreren Komponenten durch Herstellung einer Fügeverbindung von während des Fügeprozesses in Kontakt stehenden Fügeflächen, so dass sich nachfolgend aus diesen zwei bzw. mehreren Komponenten ein integral gefügtes Bauteil ergibt. Zur Ausbildung einer bevorzugten Fügeverbindung ist es dabei hilfreich, wenn die zu fügenden Komponenten unter Verwendung einer Kraft gegeneinandergepresst werden, so dass sich eine bevorzugte Materialverbindung der Fügeflächen auftritt.
Insbesondere Grünlinge bzw. Bräunlinge lassen sich jedoch schwer mit einer externen Kraft beaufschlagen, aufgrund der Porosität der Materialkomposition von Grünling bzw. Bräunling. Meist wird entweder lediglich die Gewichtskraft einer Komponente verwendet, um diese während des Fügeprozesses auf die weitere Komponente zu aufzupressen, oder aber es werden extern Kräfte mittels kleinteiliger Elemente, z.B. sogenannte Pinkonstruktionen, eingebracht, was jedoch keine gleichmäßige Krafteinleitung darstellen mag und schlimmstenfalls zu einer ungleichmäßigen Fügeverbindung führen kann oder den Grünling bzw. Bräunling durch ungleichmäßige Kraftbeaufschlagung derart deformiert, so dass eine Komponente nach Herstellung unbrauchbar ist.
Bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung jedoch vorgesinterte bzw. (nahezu fertig) gesinterte Komponenten verwendet, da diese einen im Vergleich zur Größenänderung aufgrund des Wärmeausdehnungskoeffizienten vernachlässigbaren Schrumpf aufweisen können, wodurch die Größenänderung der Komponenten während des Sinterfügeprozesses im Wesentlichen durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten selbst bestimmt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist bei der ersten Temperatur zwischen einem Teilbereich der Mantelelementauflagefläche und zumindest einem Teilbereich der ersten Auflagefläche und zumindest einem Teilbereich der zweiten Auflagefläche ein Spalt ausgebildet, wobei der Spalt bei der zweiten Temperatur zumindest teilweise verschlossen ist, so dass durch das Mantelelement eine Kraft auf die erste Komponente und die zweite Komponente aufbringbar ist.
Das Mantelelement umschließt die erste Komponente und die zweite Komponente zumindest teilweise und stellt damit im Wesentlichen eine Abstützung für die erste Komponente und die zweite Komponente während des Fügeprozesses bereit. Dabei dehnt sich bei Erwärmung aufgrund des geringeren Temperaturausdehnungskoeffizienten des Mantelelementes dieses weniger stark aus als die erste Komponente und/oder die zweite Komponente. Somit vergrößert sich das Volumen von erster Komponente und zweiter Komponente, zumindest jedoch die Erstreckung in eine bestimmte Dimension, stärker als die des Mantelelementes. Ein zuvor vorhandener Spalt zwischen erster Komponente und zweiter Komponente und dem Mantelelement wird somit im Wesentlichen geschlossen bzw. auf null reduziert, wodurch die erste Komponente und die zweite Komponente an dem Mantelelement aufliegen und durch dieses die Abstützung erfahren. Wird nun weiter erhitzt und dehnen sich die erste Komponente und die zweite Komponente im Verhältnis zum Mantelelement weiter aus.
Dadurch wiederum wird die Fügefläche zwischen erster Komponente und zweiter Komponente mit einer zueinander gerichteten Kraft beaufschlagt, somit aufeinandergepresst, da das Volumen von erster Komponente und zweiter Komponente stärker zunimmt als das Volumen des Mantelelementes.
Bei der zweiten Temperatur wird somit eine zueinander gerichtete Krafteinwirkung zwischen zumindest einem Teilbereich der ersten Fügefläche und der zweiten Fügefläche zur Ausbildung der Fügeverbindung bereitgestellt.
Werden erste Komponente, zweite Komponente und Mantelelement auf die zweite Temperatur erhitzt, so vergrößern sich die Volumina von erster Komponente und zweiter Komponente überdurchschnittlich zur Volumenvergrößerung des Mantelelementes. Dadurch liegen die erste Komponente und die zweite Komponente ab einer bestimmten Temperatur auf der jeweiligen Auflagefläche zueinander auf, wodurch wiederum bei weiterer Erwärmung und somit fortgesetzter Volumenerhöhung die erste Fügefläche und die zweite Fügefläche aufeinandergepresst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Spalt derart dimensioniert, eine gerichtete Kraftwirkung bereitzustellen.
Im Falle, dass die erste Komponente und die zweite Komponente in eine Öffnung des Mantelelementes eingebracht werden, kann der Spalt zwischen einzelnen Seiten der Komponenten und des Mantelelementes unterschiedliche Abmaße aufweisen bzw. unterschiedlich dimensioniert sein, so dass beispielsweise zwei geringer dimensionierte Spalte eine Kraftwirkung auf eine Fügefläche bereitstellen, während andere, größer dimensionierte Spalte bei einer bestimmten Temperatur noch keine Kraftwirkung bereitstellen. Auf diese Weise lässt sich eine gerichtete Kraftwirkung realisieren, beispielsweise ausschließlich eine senkrecht auf den Fügeflächen stehende Kraftwirkung, während eine seitliche bzw. dazu senkrechte Kraftwirkung parallel zu den Fügeflächen durch eine entsprechend größere Dimensionierung des Spalts nicht realisiert bzw. wirksam verhindert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Fügepaste zwischen der ersten Fügefläche und der zweiten Fügefläche bereitgestellt.
Eine Fügepaste kann beispielsweise aus gleichem oder ähnlichem Material wie erste und zweite Komponente bestehen und im Rahmen des Fügeprozesses eine bevorzugte Fügeverbindung von erster Fügefläche und zweiter Fügefläche realisieren. Die Fügepaste kann dabei beispielsweise Unebenheiten auf der Oberfläche der Fügeflächen ausgleichen, welche sich möglicherweise aufgrund ungenauer Bearbeitung entstehen.
Eine Fügepaste kann beispielsweise aus gleichem oder ähnlichem Material wie erste und/oder zweite Komponente bestehen und im Rahmen des Fügeprozesses eine bevorzugte Fügeverbindung von erster Komponente und zweiter Komponente realisieren. Die Fügepaste kann dabei beispielsweise Unebenheiten auf der Oberfläche der ersten Komponente und der zweiten Komponente ausgleichen, welche sich möglicherweise aufgrund ungenauer Bearbeitung ergeben. Fügepasten können dabei anwendungsspezifisch angepasst werden, beispielsweise materialidentisch zu den Materialien der zu fügenden Komponenten ausgebildet sein, oder aber lediglich materialähnlich, z.B. eine geringere Partikelgröße aufweisen und dadurch beispielsweise schneller schmelzend sein. Ebenfalls denkbar ist eine materialfremde Ausgestaltung der Fügepaste, welche exemplarisch Materialien mit höherer Aktivierungsenergie aufweisen mag.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform mag das Mantelelement die erste Komponente und die zweite Komponente in zumindest einer Schnittebene vollumfänglich umfassen.
Die erste Komponente und die zweite Komponente wird somit in einer im Wesentlichen innen liegenden Öffnung des Mantelelementes aufgenommen, wodurch sich eine bevorzugte Kraftwirkung von Mantelelement auf erste Komponente und zweite Komponente ergibt, da ein derart geschlossenes Mantelelement nur geringe Verformungen, insbesondere keine ungleichmäßige Verformung, zulässt, die sich im Rahmen des Fügeprozesses bei Abstützung der ersten und zweiten Komponente an den Mantelelement-Auflageflächen ausbilden könnten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform mag das Mantelelement die erste Komponente und die zweite Komponente in einer Schnittebene nicht vollumfänglich umfassen, insbesondere U-förmig umfassen.
Die erste Komponente und die zweite Komponente werden somit ins Innere einer nicht komplett bzw. ringförmig geschlossenen Öffnung des Mantelelementes eingebracht. Dieses mag sich dadurch im Rahmen eines Sinterfügeprozesses ungleichmäßig verformen, beispielsweise mögen die außen liegenden Enden der Schenkel des Us aufgrund der unterschiedlichen Hebelkräfte weiter auseinandergedrückt werden als die weiter beim Boden liegenden Seiten. Auch mag über ein derart nicht vollumfänglich geschlossenes Mantelelement eine Abstützung der ersten Komponente und der zweiten Komponente für die Fälle möglich sein, in denen ein vollumfänglich geschlossenes Mantelelement durch beispielsweise die geometrischen Formen von erster Komponente und/oder zweiter Komponente ungeeignet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Fügeverfahren ein Sinterfügeverfahren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform mögen die erste Komponente und die zweite Komponente aus einem sinterfähigen Material ausgebildet sein und jeweils einen vorgesinterten oder fertig gesinterten Zustand aufweisen.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung mögen die erste Komponente und die zweite Komponente im Wesentlichen fertig gesintert sein. Ebenfalls denkbar ist, dass eine Komponente aus einem vorgesinterten Material und die andere Komponente aus einem fertig gesinterten Material bestehen. Auf diese Weise können bevorzugt Kräfte in die Komponenten eingebracht werden, um eine geeignete Kraftwirkung auf die Fügeflächen zueinander bereitzustellen, ohne die strukturelle Integrität der Komponenten zu gefährden bzw. zu beschädigen. Im Falle der Verwendung von einer lediglich vorgesinterten Komponente muss sichergestellt sein, dass die thermische Ausdehnung des Materials die Schrumpfung beim Sinterfügeprozess überkompensiert, so dass eine Kraftaufbringung erfolgen kann, zumal sich die Mantelstruktur ebenfalls geringfügig ausdehnt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform mag die erste Komponente und/oder die zweite Komponente aus einem Material ausgebildet sein aus der Gruppe bestehend aus keramischem Material, metallischem Material, nickelhaltigem Material, kobalthaltigem Material, IN713LC-Legierung, IN718-Legierung, CM247-Legierung, Haynes25-Legierung und Hastelloy X-Legierung.
Eine Nickelbasis-Legierung bzw. CM247LC-Legierung mag dabei insbesondere wie folgt zusammengesetzt sein, bezogen auf einen Masseanteil in %: Ni: Balance; Co: 9,25%; Cr: 8,2%; W: 9,52%; AI: 5,5%; Ta: 3,16%; Hf: 1,34%; Ti: 0,8%; Mo: 0,53%; B: 0,013%; C: 0,06%; Si: <0,01 %; S: 0,0017%, Zr: 0,015%.
Eine Kobaltbasis-Legierung bzw. Haynes25-Legierung mag dabei insbesondere wie folgt zusammengesetzt sein, bezogen auf einen Masseanteil in %: Co: Balance; C: 0,05-0,15%; Ni: 9,0-11,0 %; Fe: <=3,0%; Si: <=1,0%; Mn: 1,0-2,0%; Cr: 19,0-21,0%; W: 14,0-16,0%; P: <= 0,03%; S: <= 0,03%.
Eine Nickel-Chrom-Molybdän-Wolfram-Legierung bzw. Hastelloy X-Legierung mag dabei insbesondere wie folgt zusammengesetzt sein, bezogen auf einen Masseanteil in %: Ni: Balance; C: <=0,01 %; Si: <=0,08%; Mn: <=1,0%; P: <=0,025%; S: <=0,01 %; Co: <=2,5%; Cr: 14,5-16,5%; Fe: 4,0-7,0%;Mo: 15,0-17,0%; V: <=0,35%; W: 3,0-4,5%.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform mag zwischen Mantelelement und erster Komponente und/oder zweiter Komponente eine Trennschicht oder ein Trennmaterial zur Verhinderung der Ausbildung eines Stoffschlusses zwischen Mantelelement und erster Komponente und/oder zweiter Komponente vorgesehen sein.
Somit soll unter Verwendung der Trennschicht bzw. des Trennmaterials verhindert werden, dass im Rahmen des Fügeprozesses die erste Komponente und/oder die zweite Komponente wiederum einen Stoffschluss und somit eine Fügeverbindung mit dem Mantelelement eingehen. Dadurch mag sichergestellt werden, dass sich erste Komponente und zweite Komponente nach dem Fügeprozess einfach vom Mantelelement lösen lassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform mag die erste Komponente und/oder die zweite Komponente ausgebildet sein als Stator-Komponente bzw. Kompressor-Stator-Komponente, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug.
Stator-Komponenten bzw. Kompressor-Stator-Komponenten mögen besonders komplexe geometrische Strukturen aufweisen, wodurch sie möglicherweise nicht bzw. nur mit erhöhtem Aufwand in einem einzigen Herstellungsschritt integral herstellbar sind. Somit lassen sich Stator-Komponenten, Kompressor-Stator-Komponenten bzw. Baugruppen aus Kompressor-Statoren (Pairs) bevorzugt aus einzelnen (Sub)-Komponenten aufbauen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform mag die erste Fügefläche und/oder die zweite Fügefläche eine Fügeflächengeometrie aufweisen dergestalt, dass sich nach dem Durchführen des Fügeprozesses zwischen erster Komponente und zweiter Komponente eine formschlüssige Verbindung ausbildet.
Eine formschlüssige Verbindung mag dabei zusätzlich zur kraft- bzw. stoffschlüssigen Verbindung der Sinterfügeverbindung eine besonders belastbare Fügeverbindung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente bereitstellen.
Im Nachfolgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
Dabei zeigt:

1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 eine erste exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 eine zweite exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4 eine dritte exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5 eine vierte exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung;
6 eine fünfte exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
7 ein Verfahren zur Herstellung eines komplexen Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar.
Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Fan 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Das Kerntriebwerk 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Der Fan 23 ist über eine Welle 26 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben.
Im Betrieb wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Der Hochdruckverdichter 15 wird durch eine Verbindungswelle von der Hochdruckturbine 17 angetrieben. Der Fan 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit.
Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht den Fan 23 umfassen) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die den Fan 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann der Fan 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich 1 auf ein Turbofantriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor-(bei dem die Fanstufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale (X-Richtung), die radiale (Y-Richtung) und die Umfangsrichtung (Z-Richtung) verlaufen senkrecht zueinander.
Weiter bezugnehmend auf 2 wird erste exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.
2 zeigt ein Bauteil 32, welches aus einer ersten Komponente 34a und einer zweiten Komponente 34b aufgebaut werden soll. Erste Komponente 34a und zweite Komponente 34b stehen aneinander an mittels der ersten Fügefläche 36a und zweiten Fügefläche 36b. Ein Mantelelement 38 ist mit einer Öffnung 46 vorgesehen, welches wie in 2 dargestellt die erste Komponente 34a und die zweite Komponente 34b aufzunehmen vermag. Zwischen den ersten Auflageflächen 40a,b,c der ersten Komponente 34a sowie den zweiten Auflageflächen 42a,b,c der zweiten Komponente 34b und den Auflageflächen des Mantelelementes 48a,b,c,d ist ein Spalt 50 vorgesehen. Der Spalt 50 weist in 2 exemplarisch vier einzelne Spalte 50a,b,c,d auf, welche jeweils einen Abstand zwischen Mantelelement 38 und der ersten und zweiten Komponente 34a,b darstellen. Spalt 50a,b,c,d, ist in 2 lediglich qualitativ dargestellt.
2 kann dabei ein Zustand sein, wie er sich zum Zeitpunkt einer ersten Temperatur vor Durchführung eines Fügeprozesses darstellt. Die erste und zweite Komponente 34a,b sind in die Öffnung 46 des Mantelelementes 38 eingebracht und von dessen Auflageflächen 48a,b,c,d durch Spalte 50a,b,c,d beabstandet. Wird nun eine Erwärmung der ersten und zweiten Komponente 34a,b zusammen mit dem Mantelelement 38 durchgeführt, so dehnen sich aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von erster und zweiter Komponente 34a,b und Mantelelement 38 die jeweiligen Elemente unterschiedlich aus. Erfindungsgemäß sind dabei die Wärmeausdehnungskoeffizienten von erster und zweiter Komponente 34a,b größer als der Temperaturausdehnungskoeffizient des Mantelelementes 38. Geeignete Dimensionierung vorausgesetzt bedeutet dies, dass sich ab einer bestimmten Temperatur der Spalt 50 aufgrund der größeren Ausdehnung der ersten und zweiten Komponente 34a,b gegenüber dem Mantelelement 38 verschließt. In diesem Zustand liegen nun die ersten Auflageflächen 40a,b,c und die zweiten Auflageflächen 42a,b,c auf den Mantelelementauflageflächen 48a,b,c,d zumindest teilweise auf. Dies ist in 2 nicht dargestellt.
Die ersten Auflageflächen 40a,b,c und die zweiten Auflageflächen 42a,b,c berühren somit zu einer definierten Temperatur die Auflageflächen des Mantelelementes 48a,b,c,d. Wird die Temperatur nun weiter erhöht, so wirken auf die ersten Auflageflächen 40a,b,c und auf die zweiten Auflageflächen 42a,b,c ausgehend von Mantelelementauflageflächen 48a,b,c,d Kräfte Fa, Fb, Fc sowie Fd auf die Auflageflächen von erster und zweiter Komponente 34a,b. Aufgrund der geometrischen Abmaße wie in 2 dargestellt, erfolgt somit durch Kraft Fa und Fc eine Kraft F1 sowie F2 auf die erste und zweite Fügefläche 36a,b der ersten und zweiten Komponente 34a,b. Im Wesentlichen stützen sich die Auflageflächen 40b sowie 42b an den Auflageflächen 48b und 48d des Mantelelementes ab und bilden durch die fortgesetzte Volumenerhöhung aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten die zueinander gerichteten Kräfte F1 und F2 auf die erste und zweite Fügefläche 36a,b aus.
Im vorliegenden Fall kann es beispielsweise bevorzugt sein, die Spalte 50b und 50d größer zu dimensionieren als die Spalte 50a und 50c, so dass während die Auflageflächen 40b und 42b auf den Auflageflächen 48b und 48d aufliegen, zwischen den Auflageflächen 40a, 40c sowie 42a und 42c und den Auflageflächen 48a und 48d noch ein Rest Spalt 50b und 50d verbleibt.
Wird nun zur Herstellung des Bauteils 32 die erste Komponente 34a sowie die zweite Komponente 34b und das Mantelelement 38 zur Durchführung einer Sinterfügeverbindung der ersten Fügefläche 36a und 36b geeignet erhitzt, so bildet sich nach dem Sinterfügeprozess ein im Wesentlichen integral ausgebildetes Bauteil 32 aus. In anderen Worten verbindet sich die erste Komponente 34a und die zweite Komponente 34b mittels der Fügeflächen 36a,b.
Weiter Bezug nehmend auf 3 wird eine zweite exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.
3 unterscheidet sich zu 2 lediglich dadurch, dass das Mantelelement 38 nicht wie in 2 vollständig umschlossen bzw. ringförmig geschlossen ist, sondern im Wesentlichen eine U-Form aufweist. Der Wirkmechanismus der 3 ist grundsätzlich vergleichbar mit dem Wirkmechanismus gemäß 2. Aufgrund der U-Form des Mantelelementes 38 mögen jedoch Kräfte Fa und Fc nicht im Wesentlichen gleichförmig über die komplette Länge von erster Auflagefläche 40b und zweiter Auflagefläche 42b sein, aufgrund der unterschiedlichen Hebelbelastung entlang der Schenkel des in 3 oben offen dargestellten Us. Gleichzeitig ist eine Kraftwirkung Fb nur aufgrund der Reibung zwischen erster Auflagefläche 40b und zweiter Auflagefläche 42b zu den Mantelelementauflageflächen 48b sowie 48d darstellbar, da eine gegenüberliegenden Abstützung in 3 nicht mehr gegeben ist. Bevorzugt wird die erste Komponente 34a zusammen mit der zweiten Komponente 34b derart in der Öffnung 46 des Mantelelementes 38 angeordnet, so dass keine Kraftwirkung Fb auftritt.
Eine solche U-Form des Mantelelementes 38 kann bevorzugt Anwendung finden im Falle von komplexen geometrischen Strukturen von erster Komponente 34a und zweiter Komponente 34b, die es beispielsweise verunmöglichen, ein ringförmig geschlossenes Mantelelement 38 zu verwenden.
Je nach Dimensionen von Mantelelement 38 sowie erster Komponente 34a und zweiter Komponente 34b mag die nicht gleichmäßige Kraftwirkung Fa sowie Fc Einfluss auf die Qualität der Fügeverbindung der ersten Fügefläche 36a und zweiten Fügefläche 36b nehmen.
Weiter Bezug nehmend auf 4 wird eine dritte exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.
4 entspricht dabei der Ausgestaltung der 2, jedoch wurde zwischen der ersten Fügefläche 36a sowie der zweiten Fügefläche 36b eine Fügepaste 44 eingebracht. Eine Fügepaste 44 besteht dabei aus vergleichbaren bzw. ähnlichen Materialien wie erste Komponente 34a sowie zweite Komponente 34b. Die Fügepaste 44 findet bevorzugt Verwendung zur Unterstützung der Herstellung der Fügeverbindung zwischen der ersten Fügefläche 36a und der zweiten Fügefläche 36b, indem die Fügepaste 44 Oberflächenunebenheiten der ersten und zweiten Fügefläche 36a,b auszugleichen vermag. Die Fügepaste 44 ist in 4 rein qualitativ dargestellt und nicht maßstabsgetreu.
Weiter Bezug nehmend auf 5 wird eine vierte exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.
5 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der 2, mit dem Unterschied einer nicht ebenen, sondern vielmehr geknickten ersten und zweiten Fügefläche 36a,b. Durch eine derartige Ausgestaltung der ersten und zweiten Fügefläche 36a,b unter Berücksichtigung einer geeigneten Spaltdimensionierung ist es ermöglicht, nicht nur Kraftwirkung Fa sowie Fc, sondern ebenfalls Fb sowie Fd zur Herstellung der Fügeverbindung der ersten und zweiten Fügefläche 36a,b zu verwenden. So wirken in 5 in horizontaler Richtung an den zwei einzelnen Fügeflächen nicht nur Kräfte F1 sowie F2 und F3 sowie F4, sondern auch in vertikaler Richtung Kräfte F5 sowie F6 zur Ausbildung der Fügeverbindung zwischen erster und zweiter Fügefläche 36a,b. Eine derartige Fügeverbindung mag eine geeignete Dimensionierung der Spalte 50a,b,c,d voraussetzen.
Weiter Bezug nehmend auf 6 wird eine fünfte exemplarische Anordnung von Fügekomponenten in einem Mantelelement gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.
6 entspricht dabei im Wesentlichen der 2, weist jedoch eine besondere geometrische Ausgestaltung der ersten und zweiten Fügefläche 36a,b auf. So wird eine Fügefläche vollumfänglich auf drei Seiten von der anderen Fügefläche umschlossen. Auf diese Art und Weise ergibt sich nicht nur eine kraftschlüssige Verbindung von erster und zweiter Fügefläche 36a,b, sondern aufgrund der Ausgestaltung bzw. Verzahnung der Fügeflächen auch eine formschlüssige Verbindung.
Durch geeignete Dimensionierung und Auswahl der Materialien von erster Komponente 34a und zweiter Komponente 34b kann das Herstellen der formschlüssigen Verbindung zwischen der ersten Fügefläche 36a und der zweiten Fügefläche 36b unterstützt werden. So kann beispielsweise die erste Komponente 34a und die zweite Komponente 34b ein leicht unterschiedliches Material mit leicht unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen und/oder geringfügige Unterschiede in einem vorgesinterten Zustand. So mag sich beispielsweise die zweite Komponente 34a vor dem Sinterfügeprozess einfach in die erste Komponente 34b einbringen lassen, nach Durchführung des Sinterprozesses jedoch im Wesentlichen integral mit dieser verbunden sein. Dazu weist beispielsweise die zweite Komponente 34b einen geringfügig größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als Komponente 34a.
Das Vorsehen einer Sinterfügepaste 44 ist bei allen Ausführungsformen der 5 und 6 ebenfalls denkbar.
Weiter bezugnehmend auf 7 wird ein Verfahren zur Herstellung eines komplexen Bauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.
7 zeigt ein Verfahren (70) zur Herstellung eines komplexen Bauteils (32), aufweisend Bereitstellen (72) einer ersten Komponente (34a), aufweisend einen ersten Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizienten; eine erste Fügefläche (36a); und eine erste Auflagefläche (40a,40b,40c); Bereitstellen (74) einer zweiten Komponente (34b), aufweisend einen zweiten Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizienten; eine zweite Fügefläche (36b); und eine zweite Auflagefläche (42a,42b,42c); und Bereitstellen (76) eines Mantelelementes (38), aufweisend einen Mantelelement-Wärmeausdehnungskoeffizienten; und eine Mantelelement-Auflagefläche (48a,48b,48c,48d); und Erhitzen (78) der ersten Komponente (34a), der zweiten Komponente (34b) und des Mantelelementes (38) von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur zur Durchführung eines Fügeprozesses von erster Komponente (34a) und zweiter Komponente (34b), wobei die erste Komponente (34a) und die zweite Komponente (34b) in zumindest einem Teilbereich der ersten Fügefläche (36a) und der zweiten Fügefläche (36b) in Kontakt bringbar sind, so dass im Kontaktbereich von erster Fügefläche (36a) und zweiter Fügefläche (36b) eine Fügeverbindung ausbildbar ist; wobei das Mantelelement (38) die erste Komponente (34a) und die zweite Komponente (34b) zumindest teilweise umfasst; wobei die Mantelelement-Auflagefläche (48a,48b,48c,48d) mit der ersten Auflagefläche (40a,40b,40c) und der zweiten Auflagefläche (42a,42b,42c) in Kontakt bringbar ist; wobei der Mantelelement-Wärmeausdehnungskoeffizient geringer ist als der erste Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder der zweite Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizient; und wobei der Mantelelement-Wärmeausdehnungskoeffizient und der erste Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder der zweite Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizient derart eingerichtet sind, um im erhitzten Zustand bei der Durchführung des Fügeprozesses die Mantelelement-Auflagefläche (48a,48b,48c,48d) mit der ersten Auflagefläche (40a,40b,40c) und der zweiten Auflagefläche (42a,42b,42c) sowie die erste Fügefläche (36a) und die zweite Fügefläche (36b) in Kontakt zu bringen, so dass die erste Fügefläche (36a) und die zweite Fügefläche (36b) mit einer zueinander gerichteten Kraftwirkung beaufschlagt werden.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese.
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „aufweisend“ oder „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und das „ein“ oder „eine“ keinen Plural ausschließt. Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben werden, können kombiniert werden. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung aufzufassen.
Bezugszeichenliste

9: Hauptdrehachse
10: Triebwerk
11: Kern
12: Lufteinlass
14: Niederdruckverdichter
15: Hochdruckverdichter
16: Verbrennungseinrichtung
17: Hochdruckturbine
18: Bypassschubdüse
19: Niederdruckturbine
20: Kernschubdüse
21: Triebwerksgondel
22: Bypasskanal
23: Fan
A: Kernluftstrom
B: Bypassluftstrom
26: Verbindungswelle
32: Bauteil
34a,b: erste, zweite Komponente
36a,b: erste, zweite Fügefläche
38: Mantelelement
40a,b,c: erste Auflageflächen
42a,b,c: zweite Auflageflächen
44: Fügepaste
46: Öffnung Mantelelement
48a,b,c,d: Mantelelementauflageflächen
50a,b,c,d: Spalt
52a,b,c,d: Kraft
F_a,F_b,F_c,F_d: Kraft auf erste/zweite Komponente
F₁,F₂,F₃,F₄,F₅,F₆: Kraft auf Fügeflächen
70: Verfahren zur Herstellung eines komplexen Bauteils
72: Bereitstellen einer ersten Komponente
74: Bereitstellen einer zweiten Komponente
76: Bereitstellen eines Mantelelementes
78: Erhitzen

Claims

Verfahren zur Herstellung eines komplexen Bauteils (32), aufweisend Bereitstellen einer ersten Komponente (34a), aufweisend einen ersten Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizienten; eine erste Fügefläche (36a); und eine erste Auflagefläche (40a,40b,40c); Bereitstellen einer zweiten Komponente (34b), aufweisend einen zweiten Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizienten; eine zweite Fügefläche (36b); und eine zweite Auflagefläche (42a,42b,42c); und Bereitstellen eines Mantelelementes (38), aufweisend einen Mantelelement-Wärmeausdehnungskoeffizienten; und eine Mantelelement-Auflagefläche (48a,48b,48c,48d); und Erhitzen der ersten Komponente (34a), der zweiten Komponente (34b) und des Mantelelementes (38) von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur zur Durchführung eines Fügeprozesses von erster Komponente (34a) und zweiter Komponente (34b), wobei die erste Komponente (34a) und die zweite Komponente (34b) in zumindest einem Teilbereich der ersten Fügefläche (36a) und der zweiten Fügefläche (36b) in Kontakt bringbar sind, so dass im Kontaktbereich von erster Fügefläche (36a) und zweiter Fügefläche (36b) eine Fügeverbindung ausbildbar ist; wobei das Mantelelement (38) die erste Komponente (34a) und die zweite Komponente (34b) zumindest teilweise umfasst; wobei die Mantelelement-Auflagefläche (48a,48b,48c,48d) mit der ersten Auflagefläche (40a,40b,40c) und der zweiten Auflagefläche (42a,42b,42c) in Kontakt bringbar ist; wobei der Mantelelement-Wärmeausdehnungskoeffizient geringer ist als der erste Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder der zweite Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizient; und wobei der Mantelelement-Wärmeausdehnungskoeffizient und der erste Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder der zweite Komponenten-Wärmeausdehnungskoeffizient derart eingerichtet sind, um im erhitzten Zustand bei der Durchführung des Fügeprozesses die Mantelelement-Auflagefläche (48a,48b,48c,48d) mit der ersten Auflagefläche (40a,40b,40c) und der zweiten Auflagefläche (42a,42b,42c) sowie die erste Fügefläche (36a) und die zweite Fügefläche (36b) in Kontakt zu bringen, so dass die erste Fügefläche (36a) und die zweite Fügefläche (36b) mit einer zueinandergerichteten Kraftwirkung beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der ersten Temperatur zwischen zumindest einem Teilbereich der Mantelelement-Auflagefläche (48a,48b,48c,48d) und zumindest einem Teilbereich der ersten Auflagefläche (40a,40b,40c) und zumindest einem Teilbereich der zweiten Auflagefläche (42a,42b,42c) ein Spalt (50a,50b,50c,50d) ausgebildet ist, und wobei bei der zweiten Temperatur der Spalt (50a,50b,50c,50d) zumindest teilweise verschlossen ist, so dass durch das Mantelelement (38) eine Kraft auf die erste Komponente (34a) und die zweite Komponente (34b) aufbringbar ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der zweiten Temperatur eine Kraftwirkung zwischen zumindest einem Teilbereich der ersten Fügefläche (36a) und der zweiten Fügefläche (36b) zur Ausbildung der Fügeverbindung bereitgestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spalt (50a,50b,50c,50d) derart dimensioniert ist, eine gerichtete Kraftwirkung bereitzustellen.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Fügepaste (44) zwischen der ersten Fügefläche (36a) und der zweiten Fügefläche (36b) vorgesehen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelelement (38) die erste Komponenten (34a) und die zweite Komponente (34b) in zumindest einer Schnittebene vollumfänglich umfasst.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das Mantelelement (38) die erste Komponente (34a) und die zweite Komponente (34b) in einer Schnittebene nicht vollumfänglich, insbesondere U-förmig, umfasst.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fügeverfahren ein Sinterfügeverfahren ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente (34a) und die zweite Komponente (34b) aus einem sinterfähigen Material ausgebildet sind und jeweils einen vorgesinterten oder fertig gesinterten Zustand aufweisen.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente (34a) und die zweite Komponente (34b) aus einem Material ausgebildet sind aus der Gruppe bestehend aus keramischem Material, metallischem Material, nickelhaltigem Material, kobalthaltigem Material, IN713LC-Legierung, IN718-Legierung, CM247-Legierung, Haynes25-Legierung und Hastelloy X-Legierung.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen Mantelelement (38) und erster Komponente (34a) und/oder zweiter Komponente (34b) eine Trennschicht bzw. ein Trennmaterial vorgesehen ist, zur Verhinderung der Ausbildung eines Stoffschlusses zwischen Mantelelement (38) und erster Komponente (34a) und/oder zweiter Komponente (34b).
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente (34a) und/oder die zweite Komponente (34b) ausgebildet sind als Stator-Komponente bzw. Kompressor-Stator-Komponente, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fügefläche (36a) und/oder die zweite Fügefläche (36b) eine Fügeflächengeometrie aufweist, derart, so dass sich nach dem Durchführen des Fügeprozesses zwischen erster Komponente (34a) und zweiter Komponente (34b) eine formschlüssige Verbindung ausbildet.
Bauteil, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug, weiter insbesondere ein Kompressor-Stator-Pair, hergestellt durch das Herstellungsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche.
Gasturbinentriebwerk (10) für ein Luftfahrzeug, aufweisend zumindest ein Bauteil nach Anspruch 14, hergestellt durch das Herstellungsverfahren nach zumindest einem vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13.