DE102019201422A1 - Method for producing a component of a turbomachine provided with a measuring device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Messeinrichtung versehenen Bauteils einer Strömungsmaschine, welches aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und eine Beschichtung (30) zum Schutz wenigstens einer Oberfläche (11) des Bauteils (1) vor einem Verschleiß und/oder vor Oxidation und/oder Korrosion während des Betriebs der Strömungsmaschine aufweist. In einem ersten Schritt wird ein Halbzeug (10) des Bauteils (1) bereit gestellt, und dann die wenigstens eine mit einer Beschichtung (30) zu versehenen Oberfläche (11) des Halbzeugs (10) strukturiert. Diese wird dabei mit einer Struktur (21, 22) versehen, welche zum Anordnen einer Messeinrichtung (25) vorgesehen ist.The invention relates to a method for producing a component of a turbomachine which is provided with a measuring device and which is made of a ceramic fiber composite material and a coating (30) to protect at least one surface (11) of the component (1) from wear and / or from oxidation and / or has corrosion during operation of the turbomachine. In a first step, a semi-finished product (10) of the component (1) is provided, and then the at least one surface (11) of the semi-finished product (10) to be provided with a coating (30) is structured. This is provided with a structure (21, 22) which is provided for arranging a measuring device (25).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Messeinrichtung versehenen Bauteils einer Strömungsmaschine, welches aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und eine Beschichtung zum Schutz wenigstens einer Oberfläche des Bauteils vor einem Verschleiß und/oder vor Oxidation und/oder Korrosion während des Betriebs der Strömungsmaschine aufweist.The invention relates to a method for producing a component of a turbomachine which is provided with a measuring device and which is produced from a ceramic fiber composite material and a coating for protecting at least one surface of the component from wear and / or oxidation and / or corrosion during the operation of the turbomachine having.
Messeinrichtungen an Bauteilen werden beispielsweise zur Überwachung der Belastung bzw. des Verhaltens insbesondere hochbelasteter Bauteile eingesetzt, beispielsweise um Rückschlüsse auf deren Belastung im Betrieb zu ziehen und/ oder Hinweise auf einen vorliegenden oder drohenden Verschleiß des Bauteils zu erhalten. Zudem ist es schwierig, Belastungen im Bereich der Oberfläche von Bauteilen zu erfassen, insbesondere von Belastungen, die auf oder im Bereich von Beschichtungen zum Schutz wenigstens einer Oberfläche des Bauteils vor einem Verschleiß und/oder vor Oxidation und/oder Korrosion wirken, insbesondere an den Grenzflächen solcher Beschichtungen, wie beispielsweise so genannter EBC- Beschichtungen (Environmental Barrier Coatings).Measuring devices on components are used, for example, to monitor the load or the behavior of, in particular, highly stressed components, for example in order to draw conclusions about their load during operation and / or to receive information about existing or impending wear of the component. In addition, it is difficult to detect loads in the area of the surface of components, in particular loads that act on or in the area of coatings to protect at least one surface of the component against wear and / or against oxidation and / or corrosion, in particular on the Interfaces of such coatings, such as so-called EBC (Environmental Barrier Coatings) coatings.
Ein zuverlässiges Anbringen von Messeinrichtungen wie Dehnmessstreifen (DMS) oder Temperatursensoren unmittelbar an oder im Bereich der Oberflächen von Bauteilen, die aus keramischen Faserverbundwerkstoffen hergestellt sind (CMC-Bauteile) gestaltet sich schwierig, da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten keramischer Faserverbundwerkstoffe und der üblichen Werkstoffe von Messeinrichtungen, insbesondere Metallen, voneinander abweichen und insbesondere an hochbelasteten Triebwerksbauteilen und bei den dort häufig vorkommenden Schwingbelastungen unter Temperatur schnell versagen.Reliable mounting of measuring devices such as strain gauges (DMS) or temperature sensors directly on or in the area of the surfaces of components that are made of ceramic fiber composite materials (CMC components) is difficult because the thermal expansion coefficients of ceramic fiber composite materials and the usual materials of measuring devices, metals, in particular, differ from one another and in particular fail quickly on highly stressed engine components and on the vibration stresses frequently occurring there under temperature.
Aus der französischen Patentschrift
Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines mit einer Messeinrichtung versehenen Bauteils einer Strömungsmaschine sowie ein entsprechendes Bauteil vorzuschlagen, das aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und eine Beschichtung zum Schutz wenigstens einer Oberfläche des Bauteils vor einem Verschleiß und/oder vor Oxidation und/oder Korrosion während des Betriebs der Strömungsmaschine aufweist. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Proceeding from this, it is an object of the present invention to propose an improved method for producing a component of a turbomachine provided with a measuring device and a corresponding component which is made of a ceramic fiber composite material and a coating for protecting at least one surface of the component from wear and tear / or before oxidation and / or corrosion during operation of the turbomachine. This is achieved according to the invention by the teaching of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Messeinrichtung versehenen Bauteils einer Strömungsmaschine vorgeschlagen, welches aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und eine Beschichtung zum Schutz wenigstens einer Oberfläche des Bauteils vor einem Verschleiß und/oder vor Oxidation und/oder Korrosion, insbesondere vor einem Verschleiß durch Oxidation und/oder Korrosion, während des Betriebs der Strömungsmaschine aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines Halbzeugs des Bauteils;
- b) Strukturieren der wenigstens einen mit einer Beschichtung zu versehenen Oberfläche des Halbzeugs; und
- c) Beschichten der wenigstens einen strukturierten Oberfläche des Halbzeugs.
Dabei wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine mit einer Beschichtung zu versehene Oberfläche beim Schritt b) mit einer Struktur versehen wird, welche zum Anordnen einer Messeinrichtung in einem folgenden Schritt b1) vorgesehen ist, wobei die Messeinrichtung im Schritt b1) und damit vor dem Beschichten im Schritt c), wenigstens teilweise in situ mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt und angeordnet wird.To achieve the object, a method for producing a component of a turbomachine which is provided with a measuring device and which is made of a ceramic fiber composite material and a coating for protecting at least one surface of the component against wear and / or against oxidation and / or corrosion, in particular, is proposed before wear due to oxidation and / or corrosion during operation of the turbomachine. The process has the following steps:
- a) providing a semi-finished product of the component;
- b) structuring the at least one surface of the semifinished product to be provided with a coating; and
- c) coating the at least one structured surface of the semi-finished product.
It is proposed that at least one surface to be provided with a coating is provided in step b) with a structure which is provided for arranging a measuring device in a subsequent step b1), the measuring device in step b1) and thus before coating in Step c) is produced and arranged at least partially in situ by means of an additive manufacturing process.
Das Halbzeug des mit dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellten Bauteils ist aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff hergestellt. Solche Werkstoffe zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie ein geringes spezifisches Gewicht aus. Ein beispielhafter für Bauteile von Strömungsmaschinen verwendeter keramischer Faserverbundwerkstoff ist eine faserverstärkte Siliziumcarbid-Verbundkeramik. Da solche Bauteile während des Betriebs der Strömungsmaschine einem Verschleiß insbesondere durch den durch die Strömungsmaschine strömenden Luftstrom ausgesetzt sind, werden sie gewöhnlich mit einer Beschichtung versehen, welche insbesondere vor abrasiven und/ oder oxidativen Verschleiß schützt.The semi-finished product of the component produced using the proposed method is made of a ceramic fiber composite material. Such materials are particularly characterized by a high temperature resistance and a low specific weight. An example of a ceramic fiber composite material used for components of turbomachines is a fiber-reinforced silicon carbide composite ceramic. Since such components are exposed to wear during operation of the turbomachine, in particular due to the air flow flowing through the turbomachine, they are usually provided with a coating which protects in particular from abrasive and / or oxidative wear.
In einem ersten Schritt wird ein Halbzeug des Bauteils zur Verfügung gestellt. Wenigstens eine Oberfläche des Halbzeugs ist vorgesehen, mit einer Beschichtung versehen zu werden. In einem darauf folgenden Schritt wird diese wenigstens eine Oberfläche, bei der es sich auch um einen oder mehrere Bereiche der Oberfläche des Halbzeugs handeln kann, strukturiert, um sie zum Aufbringen der Beschichtung vorzubereiten. Die Strukturierung erfolgt insbesondere mechanisch, chemisch und/ oder optisch und bringt die Oberfläche in eine Struktur, welche zum Herstellen einer guten Verbindung mit der Beschichtung geeignet ist. Hierbei wird vorgeschlagen, die Oberfläche beim Strukturieren so herzustellen, dass das Anordnen einer Messeinrichtung auf dieser Oberfläche ermöglicht bzw. vereinfacht wird, wie beispielsweise durch Vorsehen geeigneter Oberflächeneigenschaften insbesondere bezüglich der Oberflächenrauheit und -geometrie bzw. -topologie insbesondere unter Berücksichtigung der zum Anordnen der Messeinrichtung vorgesehenen Bereiche. Dabei können beim Strukturieren beispielsweise auch an der Oberfläche angeordnete Ausnehmungen hergestellt werden, in welchen wenigstens Teile der Messeinrichtung anordenbar sind. Es wird vorgeschlagen, solche Eigenschaften der Struktur der Oberfläche zusammen mit dem bereits im Stand der Technik gebräuchlichen Schritt zur Strukturierung der Oberfläche insbesondere mit einem geeigneten mechanischen, chemischen und/ oder optischen Bearbeitungsverfahren herzustellen. Auf diese Weise ist zum Vorbereiten der Oberfläche sowohl zum Aufbringen einer Beschichtung als auch zum Anordnen einer Messeinrichtung kein zusätzlicher Schritt und insbesondere kein zusätzliches Verfahren zur Strukturierung der Oberfläche(n) des Halbzeugs erforderlich, so dass das zusätzliche Vorbereiten der Oberfläche zum Anordnen einer Messeinrichtung zeit- und kostengünstig erfolgen kann.In a first step, a semi-finished product of the component is made available. At least one surface of the semi-finished product is provided to be provided with a coating. In one on it In the following step, this at least one surface, which can also be one or more areas of the surface of the semifinished product, is structured in order to prepare it for applying the coating. The structuring takes place in particular mechanically, chemically and / or optically and brings the surface into a structure which is suitable for establishing a good connection with the coating. It is proposed here to produce the surface during structuring in such a way that the arrangement of a measuring device on this surface is made possible or simplified, for example by providing suitable surface properties, in particular with regard to the surface roughness and geometry or topology, in particular taking into account those for arranging the measuring device designated areas. When structuring, for example, recesses arranged on the surface can also be produced, in which at least parts of the measuring device can be arranged. It is proposed to produce such properties of the structure of the surface together with the step for structuring the surface already used in the prior art, in particular with a suitable mechanical, chemical and / or optical processing method. In this way, no additional step and in particular no additional method for structuring the surface (s) of the semi-finished product is required to prepare the surface both for applying a coating and for arranging a measuring device, so that the additional preparation of the surface for arranging a measuring device takes time - And can be done inexpensively.
Nach dem Strukturieren der Oberfläche erfolgt das Anordnen der Messeinrichtung an der hierfür vorbereiteten Oberfläche. Es wird vorgeschlagen, die Messeinrichtung wenigstens teilweise in situ, also am Ort mittels eines additiven Fertigungsverfahrens an der vorbereiteten Oberfläche herzustellen. Auf diese Weise kann eine Messeinrichtung hergestellt werden, welche in geeigneter Weise fest mit der Oberfläche des Halbzeugs verbunden ist. Geeignete additive Fertigungsverfahren zum Herstellen der Messeinrichtung sind beispielsweise 3D-Pulverdruckverfahren, Metalldruck, Laserauftragsschweißen oder Lithographie-basierte Verfahren.After structuring the surface, the measuring device is arranged on the surface prepared for this purpose. It is proposed to manufacture the measuring device at least partially in situ, that is to say on site, by means of an additive manufacturing process on the prepared surface. In this way, a measuring device can be produced which is suitably firmly connected to the surface of the semi-finished product. Suitable additive manufacturing processes for manufacturing the measuring device are, for example, 3D powder printing processes, metal printing, laser deposition welding or lithography-based processes.
Ferner kann die Messeinrichtung, die für den vorgesehenen Zweck am Bauteil individuell gestaltbar ist, insbesondere unter Berücksichtigung der am Bauteil zu erwartenden Belastungen ausgebildet sein, wodurch eine verlängerte Lebensdauer, insbesondere unter bauteilüblichen Belastungen ermöglicht wird. Mittels einer wenigstens teilweise in situ unmittelbar am Halbzeug hergestellten Messeinrichtung können Messwerte wie das Bauteilverhalten unter Belastung oder Temperaturen unmittelbar am Bauteil erfasst und an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden. Entsprechend ist es auch möglich, elektrische Verbindungsleitungen der Messeinrichtung zu einer Auswerteeinrichtung, welcher die erfassten Messwerte zugeleitet werden, wenigstens teilweise unmittelbar in situ am Bauteil mittels eines additiven Fertigungsverfahrens herzustellen, um beispielsweise die Haltbarkeit und Führung der Verbindungsleitungen zu verbessern.Furthermore, the measuring device, which can be designed individually on the component for the intended purpose, can be designed, in particular, taking into account the loads to be expected on the component, as a result of which an extended service life is made possible, in particular under normal component loads. By means of a measuring device produced at least partially in situ directly on the semi-finished product, measured values such as component behavior under load or temperatures can be recorded directly on the component and forwarded to an evaluation device. Accordingly, it is also possible to at least partially produce electrical connecting lines of the measuring device to an evaluation device, to which the acquired measured values are fed, directly in situ on the component by means of an additive manufacturing method, for example to improve the durability and routing of the connecting lines.
Nach dem Anordnen der Messeinrichtung wird diese zusammen mit der wenigstens einen zum Beschichten vorbereiteten Oberfläche des Halbzeugs beschichtet, um einen Schutz insbesondere vor thermischen und/ oder erosiven Belastungen durch den die Strömungsmaschine durchströmenden Gasstrom vorzusehen. Dabei sind auf Bauteilen von Strömungsmaschinen üblicherweise sogenannte EBC- Beschichtungen (Environmental Barrier Coatings) vorgesehen, welche beispielsweise mittels eines thermischen Spritzverfahrens wie einem Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahrens (High Velocity Oxygen Fuel, HVOF) oder mittels eines chemischen Gasphasenabscheideverfahrens (Chemical Vapour Deposition, CVD) auf der Oberfläche des Halbzeugs abgeschieden werden.After the measuring device has been arranged, it is coated together with the at least one surface of the semifinished product prepared for coating, in order to provide protection in particular from thermal and / or erosive loads caused by the gas stream flowing through the turbomachine. So-called EBC (Environmental Barrier Coatings) coatings are usually provided on components of turbomachines, for example using a thermal spray process such as a high-speed flame spray process (High Velocity Oxygen Fuel, HVOF) or using a chemical vapor deposition process (Chemical Vapor Deposition, CVD) be deposited on the surface of the semi-finished product.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden zum Vorbereiten der Oberfläche des Halbzeugs zur Applikation von Messmitteln Strukturen verwendet, die für eine Schutzschichtapplikation ohnehin verwendet werden. Das Verfahren ermöglicht ein in situ Herstellen von Messstellen, wodurch ein weiterer Fertigungsschritt und damit kostenintensive Nacharbeiten am Halbzeug entfallen können. Mit der vorgeschlagenen Anwendung innovativer Prozesstechniken wird zudem auch eine schädigungsfreie Applikation haltbarer Messeinrichtungen an hochbelasteten Bauteilen erreicht. Darüber hinaus ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren auch das Erfassen von Belastungen, die auf oder im Bereich von Beschichtungen zum Schutz wenigstens einer Oberfläche des Bauteils vor einem Verschleiß bzw. Oxidation und/oder Korrosion wirken. So können durch mit dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellten Messeinrichtungen auch Informationen über die Grenzflächen zwischen der Bauteiloberfläche und einer Beschichtung ermittelt werden.In the proposed method, structures are used to prepare the surface of the semi-finished product for the application of measuring devices, which structures are used anyway for a protective layer application. The method enables measuring points to be manufactured in situ, which means that a further manufacturing step and thus costly reworking of the semi-finished product can be omitted. With the proposed use of innovative process technologies, damage-free application of durable measuring devices to highly stressed components is also achieved. In addition, the proposed method also enables the detection of loads which act on or in the area of coatings in order to protect at least one surface of the component from wear or oxidation and / or corrosion. Thus, information about the interfaces between the component surface and a coating can also be determined by measuring devices produced with the proposed method.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils weist die zum Anordnen einer Messeinrichtung vorgesehene Struktur wenigstens einen in die Oberfläche des Halbzeugs versenkten Kanal auf. In solchen Ausnehmungen können Messeinrichtungen hergestellt und angeordnet werden, ohne dass diese insbesondere aufgrund ihrer Bauhöhe die spätere Oberfläche des Bauteils beeinflussen. Ferner ist die Oberfläche eines Kanals in geeigneter Weise ausbildbar, beispielsweise bezüglich der Rauheit der Oberfläche, auf welcher die Messeinrichtung hergestellt und angeordnet wird. Ferner kann der wenigstens eine Kanal auch zum Anordnen von additiv hergestellten oder vorbereiteten elektrischen Verbindungsleitungen der Messeinrichtung vorgesehen sein, die darüber hinaus in einem Kanal geschützt angeordnet sind.In one embodiment of the method for producing a component, the structure provided for arranging a measuring device has at least one channel sunk into the surface of the semi-finished product. Measuring devices can be produced and arranged in such recesses without these influencing the subsequent surface of the component, in particular due to their structural height. Furthermore, the surface of a channel can be formed in a suitable manner, for example with regard to the roughness of the surface on which the measuring device is manufactured and arranged. Furthermore, the at least one channel can also be provided for arranging additively manufactured or prepared electrical connecting lines of the measuring device, which are also arranged in a protected manner in a channel.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die zum Anordnen einer Messeinrichtung vorgesehene Struktur mittels eines optischen Verfahrens, insbesondere mittels eines Laserstrahls erzeugt. Das Herstellen der zum Anordnen einer Messeinrichtung vorgesehenen Struktur mittels eines optischen Verfahrens wie eines Laser- oder Elektronenstrahls ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die zum Vorbereiten der Beschichtung erfolgende Strukturierung der wenigstens einen zum Anordnen einer Beschichtung vorgesehenen Oberfläche ebenfalls bereits mit diesem Bearbeitungsverfahren hergestellt wird. Auf diese Weise kann das Vorbereiten der wenigstens einen Oberfläche sowie der Struktur zum Anordnen der Messeinrichtung in einem Arbeitsschritt bzw. mit einem Fertigungsverfahren insbesondere in einem Arbeitsgang erfolgen. Die Strukturierung der Oberfläche mittels eines Laserstrahls kann dabei beispielsweise mittels eines trockenen Lasers oder auch mittels eines in einem Wasserstrahl geführten Lasers erfolgen, welcher thermische Schäden der Oberfläche des Halbzeugs wie insbesondere Verzug oder Ablagerungen vermeidet.In one embodiment of the method, the structure provided for arranging a measuring device is generated by means of an optical method, in particular by means of a laser beam. The production of the structure provided for the arrangement of a measuring device by means of an optical method such as a laser or electron beam is particularly advantageous if the structuring of the at least one surface provided for the arrangement of a coating for preparing the coating is also already produced with this processing method. In this way, the preparation of the at least one surface and the structure for arranging the measuring device can be carried out in one work step or with one manufacturing method, in particular in one work step. The structuring of the surface by means of a laser beam can take place, for example, by means of a dry laser or also by means of a laser guided in a water jet, which avoids thermal damage to the surface of the semi-finished product, such as, in particular, distortion or deposits.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die mittels des additiven Fertigungsverfahrens hergestellte Messeinrichtung unmittelbar auf die strukturierte Oberfläche des Halbzeugs aufgebracht. Dabei weist die Oberfläche insbesondere durch die vorhergehende Strukturierung eine zum Aufbringen einer Messeinrichtung durch ein additives Fertigungsverfahren geeignete Oberfläche auf, so dass diese unmittelbar als Substrat zum Anordnen und Aufbauen der Messeinrichtung geeignet ist. So ist die Oberfläche insbesondere in einer Weise strukturiert, welche das Ausbilden einer festen Verbindung zwischen dem Halbzeug und der additiv darauf aufgebauten Messeinrichtung ermöglicht, sodass die auf diese Weise hergestellte Verbindung insbesondere hohen mechanischen Belastungen standhält.In one embodiment of the method, the measuring device produced by means of the additive manufacturing method is applied directly to the structured surface of the semi-finished product. The surface, in particular due to the previous structuring, has a surface suitable for applying a measuring device by means of an additive manufacturing process, so that it is directly suitable as a substrate for arranging and assembling the measuring device. For example, the surface is structured in a manner that enables a firm connection to be formed between the semifinished product and the measuring device built additively thereon, so that the connection produced in this way can withstand particularly high mechanical loads.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Werkstoff zum Herstellen der Messeinrichtung durch das additive Fertigungsverfahren mittels eines Rakels oder mittels einer Düse auf die strukturierte Oberfläche des Halbzeugs und/ oder auf einen bereits hergestellten Bereich der Messeinrichtung aufgebracht. Auf diese Weise ist ein gleichmäßiger und fehlerfreier Auftrag des zum Herstellen der Messeinrichtung verwendeten Werkstoffs möglich, um eine belastbare Messeinrichtung herzustellen.In one embodiment of the method, the material for producing the measuring device is applied to the structured surface of the semifinished product and / or to an already produced area of the measuring device by means of the additive manufacturing process by means of a doctor blade or by means of a nozzle. In this way, a uniform and error-free application of the material used to manufacture the measuring device is possible in order to produce a robust measuring device.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Messeinrichtung Funktionselemente auf, welche unmittelbar auf die strukturierte Oberfläche des Halbzeugs und/oder auf einen bereits insbesondere additiv hergestellten Bereich der Messeinrichtung aufbringbar und mit diesem verbindbar sind. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn eine Messeinrichtung Funktionselemente aufweist, welche durch ein additives Fertigungsverfahren nicht herstellbar sind. Solche Funktionselemente können auf diese Weise im additiven Herstellungsprozess der Messeinrichtung hinzugefügt und in diese integriert werden.In one embodiment of the method, the measuring device has functional elements which can be applied directly to the structured surface of the semifinished product and / or to an area of the measuring device which has already been produced in an additive manner and can be connected thereto. This is particularly necessary if a measuring device has functional elements that cannot be produced by an additive manufacturing process. In this way, such functional elements can be added to the measuring device in the additive manufacturing process and integrated into it.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird im Schritt c) und damit beim Beschichten der wenigstens einen strukturierten Oberfläche des Halbzeugs, die strukturierte Oberfläche mit der daran angeordneten Messeinrichtung unmittelbar mit einer Deckschicht beschichtet. Dieses Vorgehen ist beispielsweise dann geeignet, wenn insbesondere der Werkstoff und die Oberfläche des Halbzeugs geeignet sind, eine feste Verbindung mit der darauf abgeschiedenen Deckschicht herzustellen. Mit einer auf diese Weise hergestellten Messeinrichtung können Informationen betreffend die Belastungen an den Grenzflächen zwischen dem Bauteil und einer daran angeordneten Beschichtung erhalten werden.In one embodiment of the method, in step c) and thus when coating the at least one structured surface of the semi-finished product, the structured surface with the measuring device arranged thereon is coated directly with a cover layer. This procedure is suitable, for example, when, in particular, the material and the surface of the semi-finished product are suitable for establishing a firm connection with the cover layer deposited thereon. With a measuring device produced in this way, information relating to the loads at the interfaces between the component and a coating arranged thereon can be obtained.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird im Schritt c) und damit beim Beschichten der wenigstens einen strukturierten Oberfläche des Halbzeugs, die strukturierte Oberfläche mit der daran angeordneten Messeinrichtung zunächst mit einer Haftschicht und dann mit einer Deckschicht beschichtet. Dieses Vorgehen eignet sich beispielsweise dann, wenn insbesondere der Werkstoff und die Oberfläche des Halbzeugs nicht geeignet sind, eine feste Verbindung mit der darauf abgeschiedenen Deckschicht herzustellen. In diesem Fall wird zunächst eine Haftschicht auf die Oberfläche des Halbzeugs aufgebracht, welche mit dieser eine feste Verbindung eingeht. Die Oberfläche einer geeigneten Haftschicht ist so strukturiert, dass eine darauf aufgebrachte bzw. abgeschiedene Deckschicht eine feste Verbindung mit dieser ausbildet und somit die Deckschicht insbesondere über die Haftschicht eine feste Verbindung mit der Oberfläche des Halbzeugs aufweist.In one embodiment of the method, in step c) and thus when coating the at least one structured surface of the semifinished product, the structured surface with the measuring device arranged thereon is first coated with an adhesive layer and then with a cover layer. This procedure is suitable, for example, when, in particular, the material and the surface of the semi-finished product are not suitable for establishing a firm connection with the cover layer deposited thereon. In this case, an adhesive layer is first applied to the surface of the semi-finished product, which forms a firm connection with it. The surface of a suitable adhesive layer is structured in such a way that a cover layer applied or deposited thereon forms a firm connection with it, and the cover layer thus has a firm connection with the surface of the semi-finished product, in particular via the adhesive layer.
In einem zweiten Aspekt wird zur Lösung der Aufgabe ein Bauteil für eine Strömungsmaschine vorgeschlagen, welches insbesondere nach einem oder mehreren Gesichtspunkten des vorausgehend beschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils einer Strömungsmaschine hergestellt ist. Dabei weist das Bauteil an einer unter einer Beschichtung angeordneten Oberfläche eine Struktur auf, an welcher eine wenigstens teilweise in situ mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellte Messeinrichtung angeordnet ist.In a second aspect, a component for a turbomachine is proposed to achieve the object, which component is manufactured in particular according to one or more aspects of the previously described method for producing a component of a turbomachine. In this case, the component has a structure on a surface arranged under a coating, on which a measuring device produced at least partially in situ by means of an additive manufacturing method is arranged.
Das Bauteil ist mit einem Verfahren zum Herstellen eines mit einer Messeinrichtung versehenen Bauteils einer Strömungsmaschine hergestellt, welches wenigstens teilweise dem vorausgehend beschriebenen Verfahren entspricht und wahlweise hierzu beschriebene Verfahrensschritte und ein oder mehrere der vorausgehend beschriebenen Eigenschaften und Merkmale aufweist. Damit weist das Bauteil auch ein oder mehrere der in der vorausgehenden Beschreibung genannten Merkmale und Eigenschaften eines mit dem Herstellverfahren hergestellten Bauteils auf. The component is produced using a method for producing a component of a turbomachine provided with a measuring device, which component at least partially corresponds to the method described above and optionally has method steps described for this and one or more of the properties and features described above. The component thus also has one or more of the features and properties of a component produced using the manufacturing method mentioned in the preceding description.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt
-
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts von einem im Schritt a) bereit gestellten beispielhaften Halbzeug; -
2 eine schematische Schnittdarstellung sowie eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des beispielhaften Halbzeugs aus1 , auf dessen strukturierter Oberfläche im Schritt b1) eine Messanordnung hergestellt und angeordnet wird; und -
3 eine schematische Schnittdarstellung sowie eine Draufsicht auf das beispielhafte Halbzeug ausden 1 und2 , auf dessen strukturierter Oberfläche im Schritt b1) eine Messanordnung hergestellt und angeordnet wird; und -
4 eine schematische Schnittdarstellung des hergestellten und im Schritt c) beschichteten beispielhaften Bauteils.
-
1 shows a schematic sectional illustration of a section of an exemplary semi-finished product provided in step a); -
2nd is a schematic sectional view and a plan view of a section of the exemplary semi-finished product from1 , on the structured surface of which a measuring arrangement is produced and arranged in step b1); and -
3rd is a schematic sectional view and a plan view of the exemplary semi-finished product from the1 and2nd , on the structured surface of which a measuring arrangement is produced and arranged in step b1); and -
4th is a schematic sectional view of the manufactured and coated in step c) exemplary component.
In der Darstellung in
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- BauteilComponent
- 1010th
- HalbzeugWorkpiece
- 1111
- Oberflächesurface
- 1212th
- FaserlagenFiber layers
- 2020
- Laserlaser
- 2121
- Kanalchannel
- 2222
- AusnehmungRecess
- 2424th
- DruckkopfPrinthead
- 2525th
- MesseinrichtungMeasuring device
- 2626
- DatenerfassungsknotenData acquisition node
- 2727
- VerbindungsleitungenConnecting lines
- 3030th
- Deckschicht, BeschichtungTop layer, coating
- 3131
- HaftschichtAdhesive layer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- FR 2891896 B1 [0004]FR 2891896 B1 [0004]
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WO2022122886A1 (en) * | 2020-12-10 | 2022-06-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Component and method for the production thereof |
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-
2019
- 2019-02-05 DE DE102019201422.4A patent/DE102019201422A1/en not_active Withdrawn
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