DE60311660T2

DE60311660T2 - Verfahren zur herstellung einer verbundkomponente

Info

Publication number: DE60311660T2
Application number: DE60311660T
Authority: DE
Inventors: Fergus Dungourney Cork LAVERS; Uri Sela
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: CA2487913A1; DE60311660D1; CA2487913C; WO2003106089A1; CN100379515C; EP1534457A1; GB2389554A; GB0213475D0; ATE353263T1; AU2003250240A1; EP1534457B1; CN1658995A

Description

Verwandte Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundkomponente nach Anspruch 1. Daneben betrifft sie eine Verbundkomponente, die durch die Anwendung dieses Verfahrens hergestellt wird. Daneben betrifft sie eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine, die eine solche Verbundkomponente umfasst.
Ein solches Verfahren und eine solche Verbundkomponente sind aus dem Dokument US 4818834 bekannt, das in Kombination die Merkmale des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 21 offenbart.
Aktueller Stand der Technik
Elektroerosivbearbeitung (EDM) und elektrochemische Bearbeitung (ECM) sind bekannte Bearbeitungsverfahren. EDM und ECM werden im Allgemeinen verwendet, um ein Werkstück zu bearbeiten, bei dem hohe Präzision bei der Bearbeitung von sehr harten Materialien erforderlich ist, und gleichzeitig lokale thermische Belastung während des Bearbeitungsschritts vermieden werden soll, wie zum Beispiel bei der Bearbeitung einer Komponente für eine Turbine.
Die Verfahren werden insbesondere verwendet, um Kühlungslöcher herzustellen, wie etwa die Löcher, durch die während des Betriebs filmkühlende Luftströme strömen.
Bei EDM wird mindestens eine Elektrode in großer Nähe zum Werkstück gehalten und es werden zwischen dem Werkstück und der Elektrode aufgrund einer Spannungspotenzialdifferenz elektrische Funken generiert. Die Funken führen dazu, dass das Material des Werkstücks verschleißt. Bei ECM wirkt ein Werkstück als Elektrode, die mittels eines Elektrolyts elektrisch an eine weitere Elektrode gekoppelt ist. Mit ECM können vor allem Freiformgeometrien bearbeitet werden.
Es ist daher klar, dass die Oberfläche des Werkstücks elektrisch leitend sein muss, um EDM oder ECM zu verwenden. Daher entstehen Schwierigkeiten, wenn es notwendig ist, ein Werkstück zu bearbeiten, das aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist. Solche Verbundwerkstoffe enthalten häufig elektrisch nicht leitende Materialien, wie etwa Keramik. Es ist insbesondere üblich, dass ein oder mehrere elektrisch nichtleitende Materialien als Beschichtung auf oder um ein Metallsubstrat bereitgestellt werden, um das Metallsubstrat, zum Beispiel, vor Wärme, Korrosion, chemischer Korrosion, und/oder Verschleiß während der Verwendung zu schützen.
Dies ist für Branchen wie etwa die Luft- und Raumfahrtindustrie und die Energieerzeugungsindustrie höchst relevant, bei der es erforderlich ist, dass Turbinenschaufeln bei sehr hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen arbeiten.
Auf dem Stand der Technik wurden mehrere Verfahren vorgeschlagen, um die Verwendung von Elektrobearbeitungsverfahren bei Verbundwerkstoffen, einschließlich elektrisch nichtleitender Materialien, wie etwa Beschichtungen, zu erleichtern.
Die Patentschrift EP 0366466 offenbart ein EDM-Verfahren, in welchem ein Verbundwerkstoff zuerst unter Verwendung von Ultraschallbohren bearbeitet wird, um eine Menge an elektrisch nichtleitendem Material zu entfernen, und um so den Zugang zu einem darunterliegenden elektrisch leitendem Material bereitzustellen. EDM kann dann auf dem elektrisch leitenden Material auf die übliche Weise durchgeführt werden. Ein Nachteil dieser Technik ist, dass das Ultraschallbohren nur senkrecht zur zu bearbeitenden Oberfläche durchgeführt werden kann, was deren Anwendbarkeit auf einige bestimmte strukturelle Konfigurationen für ein Werkstück beschränkt.
Die US-Patentschrift 5,177,037 beschreibt Verbundkeramikarten, die durch den Einschluss von Metall und/oder Kohlenstoff elektrisch leitend gemacht wurden. Es ist ebenfalls bekannt, elektrisch nichtleitende Materialien mit einer geeigneten Elektrolytflüssigkeit zu dotieren, um die Materialien elektrisch leitend zu machen. EDM kann dann auf elektrisch leitende Verbundstoffe angewendet werden. Die Dotierung des Materials auf diese Weise kann jedoch die Integrität der Beschichtung beinträchtigen, was naheliegenderweise unerwünscht ist. Daneben ist umfassendes Waschen des Materials erforderlich ist, um die Spuren des Dotierungsmittels zu entfernen. Dies verkompliziert den Produktionsvorgang erheblich. Konzentration und Verteilung des Dotierungsmittels in dem Material sind relativ schwer zu kontrollieren. Somit ist es möglich, dass der Einschluss des Dotierungsmittels die notwendige elektrische Leitfähigkeit nicht erreicht.
Aus den Patentschriften DD 274 999 und US 4,818,834 , unter anderen, sind Verfahren bekannt, bei denen Laserbohrverfahren verwendet werden, um eine nichtleitende Keramikbeschichtung zu bearbeiten, um das leitende Substrat zu exponieren, welches dann für die Elektrobearbeitung, wie etwa ECM oder EDM, verfügbar ist. Bei der Anwendung herkömmlicher Lasterbohrverfahren ist die erreichbare Geometrie im Wesentlichen auf kreisförmige Querschnitte beschränkt, einschließlich einer elliptischen Öffnung auf der Komponentenoberfläche, abhängig vom Einfallswinkel des Laserstrahls auf der Oberfläche. Daneben ist mit bekannter Technik der Durchmesser des Lochs, das hergestellt werden kann, im Wesentlichen auf den Durchmesser des Laserstrahls im Arbeitsbereich beschränkt. Überdies unterliegt, aufgrund der angewendeten hohen thermischen Energie, und aufgrund der Tatsache, dass der Arbeitsbereich des Bohrlasers in das metallische Substrat ausgedehnt werden kann, auch das metallische Substrat mindestens teilweise in gewissem Ausmaß der Laserbearbeitung, und unterliegt mindestens lokaler thermischer Belastung. In der Folge unterliegt die Struktur eines metallischen Substrats höchst unerwünschten strukturellen Veränderungen. Die Haftung zwischen einer laserbearbeiteten Beschichtung und einem metallischen Substrat wird lokal stark geschwächt, was zu potentiellen Folgeschäden führt: Letztendlich sind übliche Laserbohrverfahren im Grunde thermische Bearbeitungsverfahren, und das ist genau das, was durch die Anwendung von Elektrobearbeitungsverfahren eigentlich vermieden werden soll.
Die Präzision der Geometrie ist beschränkt, und zum Beispiel liegen bei der Herstellung von Kühlungsluftlöchern die Toleranzen im Kühlungsluftmassenstrom durch ein Loch aufgrund des Produktionsvorgangs der Kühlungslöcher üblicherweise in der Größenordnung von ± 10 % einer mittleren Massenströmung, trotz der hohen Präzision, die durch Elektrobearbeitung erreichbar ist.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass, obwohl der oben beschriebene kombinierte Produktionsvorgang allgemein verwendet wird und als alles in allem zufrieden stellend arbeitend gilt, haben die jüngsten Entwicklungen, insbesondere in der Gasturbinentechnologie, zu steigenden Anforderungen nach präziser Kühlungslochsteuerung und bester mechanischer Komponentenintegrität geführt, und haben somit einen starken Wunsch nach Verbesserung ausgelöst, um die Nachteile, die mit dem oben zitierten Stand der Technik verbunden sind, zu vermeiden, oder mindestens zu minimieren.
Kurzdarstellung der Erfindung
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere ein Verfahren, wie in der Einleitung erwähnt, bereitzustellen, das eine hochpräzise Bearbeitung von Freiformgeometrien in einem Verbundwerkstück ermöglicht, wie etwa die Produktion von Filmkühlungslöchern in einem metallischen Turbinenblattprofil, das eine Hitzebarrierenbeschichtung auf der äußeren Oberfläche aufweist.
Dies wird erreicht, indem das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren angewendet wird. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen offenbart.
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist es somit nicht, einen fokussierten Hochenergielaserstrahl zu verwenden und diesen einfach durch den nichtleitenden Abschnitt der Verbundkomponente "durchbrennen" zu lassen, sondern eine fokussierte Laserausrüstung zu verwenden, mit einem Fokusdurchmesser, der deutlich kleiner ist, als die herzustellende Geometrie, und dann Scannen der gewünschten Kontur mit einem Laserstrahl, indem im Wesentlichen der Fokus des Laserstrahls über die nichtleitende Oberfläche geführt wird, was somit vielmehr buchstäblich die gewünschte Geometrie in den nichtleitenden Abschnitt der Verbundkomponente einschreibt, und dadurch das nichtleitende Material abträgt. Eine Möglichkeit, den Schritt dieses Vorgangs durchzuführen, ist es, den Laserfokus in einer Vielzahl von im Wesentlichen parallelen, leicht versetzten Spuren über die Oberfläche zu führen, bis der Bereich der gewünschten Geometrie vollständig abgedeckt wurde. Dies kann in einer Richtung wiederholt werden, die im wesentlichen senkrecht zur Richtung des ersten Satzes von Spuren liegt. Die Bewegung des Fokus kann in einer Ausführungsform erreicht werden, indem eine bewegliche Ablenkgarnitur, wie etwa ein Spiegel oder ein Spiegelsystem angewendet wird; desgleichen können Prismen oder ein bewegliches Ende einer Glasfaser angewendet werden, vorausgesetzt, die Übertragung des Hochenergielaserstrahls durch eine Glasfaser kann ohne starken Energieverlust und die potentielle Zerstörung der Faser erreicht werden. Lasersysteme, die einfach programmiert werden können, um einen fokussierten Laserstrahl über die Oberfläche eines Werkstücks zu führen, um eine vordefinierte Geometrie einzugravieren, sind jedenfalls im Handel erhältlich und werden normalerweise angewendet, um Schriften oder Markierungen einzugravieren. Solche Systeme gelten somit als dem Stand der Technik entsprechend, die dem Fachmann bekannt sind, und daher ist eine detailliertere Beschreibung nicht erforderlich. Es wird in diesem Kontext auch vorausgesetzt, dass der Laserfokus, der „deutlich kleiner" ist als die herzustellende Geometrie, für einen Fachmann eine klare Bedeutung hat, d. h. der Fokus muss klein genug sein, um die herzustellende Geometrie nicht zu überlagern. Dies ist abhängig von der Größe und Komplexität der herzustellenden Geometrie, d. h. je schärfere Kanten gewünscht werden, umso kleiner muss der Fokus sein. In anderen Worten muss die "Raumfrequenz" des angewendeten Strahls größer sein als das Raumfrequenzspektrum der gewünschten Geometrie. Als Faustregel lässt sich sagen, dass der verwendete Strahldurchmesser ungefähr um einen Faktor 3 kleiner sein sollte, zum Beispiel 5 oder größer, für elliptische oder runde Geometrien, oder, allgemeiner ausgedrückt, für Geometrien, die glatte Konturen haben, und mindestens in einer Größenordnung von, zum Beispiel, einem Faktor von über 25 für Geometrien, die Kantenkonturen haben. Als weitere Faustregel gilt, dass die Laserstärke höher sein muss als 2·10⁸ W/cm², um das Material sofort verdampfen zu können.
Fokusdurchmesser von 200 Mikron bis 300 Mikron sind für die Herstellung von runden Kühlungsluftlöchern mit Querschnittsdimensionen, die ungefähr in einem Bereich zwischen einigen Zehntel Millimeter bis zu einigen Millimetern liegen, wünschenswert, da dadurch die Bearbeitungszeit wirklich kurz gehalten werden kann. Ein kleiner Fokusdurchmesser verbessert überdies die Präzision der Bearbeitung beträchtlich, vor allem, wenn nicht kreisförmige Geometrien bearbeitet werden. Die Erfindung ermöglicht die Bearbeitung mit Hochpräzisionslaser nicht kreisförmiger und nicht elliptischer und kantiger Öffnungen im nichtleitenden Abschnitt einer Verbundkomponente, sowie kurze Bearbeitungszeiten für kreisförmige Löcher. Als Strahldurchmesser wird allgemein der Durchmesser des Mittelteils des fokussierenden Airy-Musters verstanden. Daneben ist es ziemlich vorteilhaft, insbesondere, wenn ein nichtleitender Abschnitt, der einen leitenden Abschnitt eines Verbundwerkstücks bedeckt, bearbeitet wird, die Tiefe der Laserbearbeitung vorzugsweise kontinuierlich zu steuern, um eine unerwünschte Laserbearbeitung des leitenden Abschnitts, d. h. eines metallischen Substrats, zu vermeiden. In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein so genannter konoskopischer Sensor für die Tiefeneinstellung verwendet. Solche Sensoren sind zum Beispiel standardmäßig erhältlich von der irischen Firma Optimet, und gelten somit ohne weitere Diskussion als bekannter Stand der Technik.
Der Vorgang kann den Schritt des Drehens des Laserstrahls in verschiedene Einfallswinkel, wie gegen die bearbeitete Komponentenoberfläche gemessen, umfassen. Dies ermöglicht die Bearbeitung von dreidimensionalen Freiformgeometrien.
Es war überdies wünschenswert, den Laser wechselweise zu schalten, also den Laser zu pulsieren, vorzugsweise bei einer Modulationsfrequenz von über 500 Hz, zum Beispiel zwischen 3 kHz und 50 kHz. Dies kann zum Beispiel durch die Anwendung eines gütegeschalteten Lasers erreicht werden. Die Anwendung von kurzen Laserimpulsen erinnert an Funken in den EDM-Bearbeitungsvorgängen. Da mit jedem kurzen Impuls von vergleichbar hoher Laserenergie ein winziges Materialstück entfernt wird, kann der Vorgang wohl als Lasererosionsbearbeitung, im Gegensatz zu Laserbohren oder Laserschneiden, bezeichnet werden. Bei letzteren Verfahren wird Wärme, die durch die Laserenergie verursacht wird, für einen ausreichend langen Zeitrahmen angewendet, so dass die Wärme einen ziemlich großen Bereich des Werkstücks beeinträchtigen kann; zum Beispiel würde, um eine keramische Hitzebarrierenbeschichtung TBC von einem metallischen Substrat in ausreichendem Umfang zu entfernen, um das metallische Substrat für die Elektrobearbeitung zu exponieren, bedeuten, das Substrat an dessen Oberfläche mindestens bis nahe an den Schmelzpunkt zu erwärmen, wenn nicht sogar teilweises Schmelzen und Wiederverfestigung verursacht wird. Dies hat sehr negative Auswirkungen auf die mikroskopische Metallstruktur und auch auf die Haftfestigkeit von Substrat und Beschichtung.
Aufgrund der kurzen Energieanwendung in dem Verfahren gemäß der Erfindung sind die Wirkungen des Laserbearbeitungsschritts lokal begrenzt, und es werden keine oder nur geringe, vernachlässigbare Wärmeflüsse in die Komponente verursacht.
Daneben wurde festgestellt, dass die Bearbeitung recht überraschenderweise sogar bei sehr flachen Einfallswinkeln durchgeführt werden kann. Verglichen mit den Laserbearbeitungsvorgängen des Stands der Technik, die auf vergleichbar steile Einfallswinkel über 21 Grad, gemessen gegen die Komponentenoberfläche, beschränkt waren, aufgrund der Reflexion des Lasers, ermöglicht das Verfahren gemäß der Erfindung die Bearbeitung bei Einfallswinkeln von nur 12 bis 15 Grad.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die zwei Bearbeitungsschritte auf verschiedenen Werkzeugmaschinen durchgeführt. Dies verbessert die Ausnutzung der jeweiligen Werkzeuge beträchtlich, erhöht die Herstellungsgeschwindigkeit, da beide Bearbeitungsschritte an verschiedenen Werkstücken, jedoch gleichzeitig, durchgeführt werden, und senkt folglich die Herstellungskosten. Die präzise Positionierung des Werkstücks auf jeder Maschine ist dann ein Problem, das ein Durchschnittsfachmann lösen kann, indem er sein übliches Wissen einsetzt, und durch die sorgfältige Kalibrierung der beiden Werkzeugmaschinen. Diesbezüglich umfasst die Erfindung in einer Ausführungsform auch den Schritt des Transports der Komponente oder der Abschnitte der späteren Verbundkomponente von einer Maschine zur einer anderen.
In einem weiteren Verfahren gemäß dem Laser der Erfindung ist der leitende Abschnitt mindestens teilweise durch den nichtleitenden Abschnitt bedeckt, und die Laserbearbeitung des nichtleitenden Abschnitts wird zuerst durchgeführt bis die gewünschte Geometrie in dem nichtleitenden Abschnitt erreicht ist, und der leitende Abschnitt wird exponiert; dann wird anschließend der leitende Abschnitt elektrobearbeitet.
In einem weiteren Verfahren gemäß der Erfindung wird der nichtleitende Abschnitt zuerst laserbearbeitet und dann mit dem leitenden Abschnitt verbunden. Der leitende Abschnitt kann vor dem Verbindungsschritt elektrobearbeitet werden, oder er kann bearbeitet werden, wenn der laserbearbeitete nichtleitende Abschnitt verbunden worden ist, der Elektrobearbeitungsschritt wird dann über die laserbearbeitete Öffnung erfolgen.
Der Laserbearbeitungsvorgang kann desgleichen stattfinden, nachdem der nichtleitende und der leitende Abschnitt verbunden worden sind. Der Elektrobearbeitungsvorgang kann dann vor dem Verbinden stattgefunden haben, oder der Elektrobearbeitungsvorgang wird stattfinden, nachdem der leitende Abschnitt durch den Laserbearbeitungsvorgang exponiert wurde.
In einem weiteren Verfahren gemäß der Erfindung wird eine nichtleitende Beschichtung auf einem leitenden Substrat, wie etwa eine keramische Hitzebarrierenbeschichtung auf einem metallischen Turbinenblattprofil hergestellt. In einer Ausführungsform dieses Verfahrens wird die Beschichtung hergestellt, um den leitenden Abschnitt zu bedecken, dann, um zum Beispiel eine Kühlungsluftbohrung herzustellen, wobei die Beschichtung bearbeitet wird, indem der Laserbearbeitungsschritt in der gewünschten Geometrie angewendet wird, um das Substrat zu exponieren, und anschließend wird der Elektrobearbeitungsschritt des Substrats ausgeführt, wobei Zugang für das Elektrobearbeitungswerkzeug durch die entsprechende laserbearbeitete Öffnung bereitgestellt wird. In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden Öffnungen, wie etwa Kühlungsbohrungen in einem Turbinenblattprofil in einem unbeschichteten leitenden Werkstück unter Anwendung des Elektrobearbeitungsschritts hergestellt. Anschließend wird der Schritt der Beschichtung mindestens einer Oberfläche des leitenden Teils angewendet, wobei mindestens einige der zuvor hergestellten Öffnungen durch die Beschichtung bedeckt werden. Dann wird der Laserbearbeitungsschritt an einer Position angewendet, die mit einer Öffnung in dem darunterliegenden leitenden Substrat übereinstimmt, wodurch schließlich eine Öffnung hergestellt wird, zum Beispiel eine Kühlungsluftbohrung, die sich sowohl durch die leitenden als auch die nichtleitenden Abschnitte der Verbundkomponente ausdehnt.
Ein Fachmann wird verstehen, dass der nichtleitende Abschnitt selbst eine Verbundschicht sein kann, wie etwa eine Hitzebarrierenbeschichtung, die ein metallisches Substrat bedeckt, und selbst durch eine Verschleißschutzbeschichtung und/oder eine Erosionsschutzbeschichtung und/oder eine Schlagfestigkeitsbeschichtung bedeckt wird.
Wie anfangs erwähnt kann der Elektrobearbeitungsvorgang bezogen auf die Erfindung, sowohl ein Elektroerosivbearbeitungsvorgang als auch ein elektrochemischer Vorgang sein; die tatsächliche Auswahl sollte von den Parametern, wie etwa dem zu bearbeitenden Material, der zu bearbeitenden Geometrie, der Arbeitsgeschwindigkeit, dem vorhandenen Know-how und so weiter, abhängen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden nun bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben, wobei:
1 eine sehr schematische Zeichnung eines Gasturbinenmotors zeigt;
2 einen Querschnitt einer beispielhaften zu bearbeitenden Verbundkomponente zeigt;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts in einer zu bearbeitenden Region unter Anwendung eines Verfahrens gemäß der Erfindung und eine schematische Darstellung einer angewendeten Laserbearbeitungsgarnitur zeigt;
4 eine Draufsicht der Komponente in einer zu bearbeitenden Region zeigt, die die möglichen Bewegungen des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche illustriert;
5 den Querschnitt aus 3 nach dem Laserbearbeitungsschritt zeigt;
6 den Querschnitt aus 3 und 5 nach dem Elektrobearbeitungsschritt zeigt;
7 ein Beispiel einer weiteren möglichen Geometrie zeigt, die unter Verwendung des Laserbearbeitungsschritts gemäß der Erfindung erreicht werden kann; und
8 noch ein anderes Beispiel einer möglichen Geometrie zeigt, die unter Verwendung des Laserbearbeitungsschritts gemäß der Erfindung erreicht werden kann.
Die Zeichnungen sind vereinfacht, um die Elemente zu betonen, die ein umfassendes Verständnis der Erfindung ermöglichen; somit werden die gezeigten Ausführungsformen, wenn sie auf die Praxis reduziert, werden, Details enthalten, die in den Zeichnungen nicht gezeigt werden.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine grob schematische Zeichnung eines Gasturbinenmotors. Der Motor umfasst im Wesentlichen einen Verdichter A, um einen Luftstrom zu verdichten, eine Verbrennungskammer B, in der dem verdichtete Luftstrom ein Treibstoff zugemischt wird, und dieser Treibstoff mit dem verdichteten Luftstrom verbrannt wird, wodurch ein Hochtemperatur-Abgasstrom hergestellt wird, der sich dann in die Turbine C ausdehnt, wodurch nutzbare Kraft bereitgestellt wird, um den Verdichter A und optional eine Last, wie zum Beispiel den Generator D anzutreiben.
Verdichter A und Turbine C umfassen Blattprofile, die in mehrfachen Stufen von stationären Flügelreihen und beweglichen Blattreihen angeordnet sind. Insbesondere die Blattprofile der ersten Turbinenstufen unterliegen während des Betriebs einer hohen thermischen Belastung und machen eine Kühlung erforderlich.
Während der Fachmann die Anwendung der Erfindung auf beschichtete Komponenten der Brennkammer schnell zu würdigen wissen wird, und auf sehr unterschiedliche Verbundkomponenten, die in ganz anderen Bereichen angewendet werden als bei Gasturbinen, wird die Erfindung im Kontext der Herstellung eines gekühlten Turbinenblattprofis genauer diskutiert, wenngleich dies den Umfang der Ansprüche nicht beschränkt.
2 zeigt als typisches Beispiel einer Verbundkomponente, die eine kombinierte Bearbeitung erfordert, eine beispielhafte Ausführungsform eines Turbinenblattprofils 1, wie in der Turbine C des in 1 gezeigten Gasturbinenmotors angewendet. Das Blattprofil umfasst typischerweise eine hohlgegossene Metallstruktur, die Kühlungsluftkanäle 3 und Kühlungsluftschlitze 4 an der Hinterkante umfasst. Die Kühlungsluftkanäle 3 und die Kühlungsschlitze an der Hinterkante werden normalerweise während des Gießvorgangs hergestellt und erfordern wenig bis keine Bearbeitung. Die Metallstruktur kann unter anderem aus Nickellegierungen bestehen, wie jenen, die dem Fachmann als Inconel oder MarM bekannt sind, und kann unter Anwendung eines Einkristall- oder eines gerichteten Erstarrungsvorgangs gegossen worden sein. Demgemäß hat die Metallstruktur eine sehr ausgefeilte Mikrostruktur und eine hohe mechanische Dämpfung. Die Anwendung von Zerspanungstechniken zur weiteren Bearbeitung ist somit beinahe unmöglich. Daneben führen Zerspanungstechniken für derart widerstandsfähige Materialien, und Laserschnitttechniken sogar in noch größerem Maß, zu lokalen thermischen Wirkungen, und folglich zu höchst unerwünschten Veränderungen in der Metallmikrostruktur. Elektrobearbeitungsverfahren, wie etwa Elektroerosivbearbeitung EDM und elektrochemische Bearbeitung ECM, sind somit die Verfahren der Wahl für die weitere Bearbeitung von metallischen Turbinenblattprofilen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Andererseits sind solche metallischen Turbinenblattprofile, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, üblicherweise mit einer Hitzebarrienbeschichtung TBC 5 beschichtet, die üblicherweise aus einer sehr temperaturbeständigen Keramik besteht, wie etwa Zirkoniumdioxid ZrO₂ oder Aluminiumoxid Al₂O₃. In der Figur wird, für bessere Sichtbarkeit, die Beschichtung, die normalerweise eine Dicke von einigen Zehntel Millimetern bis einige Millimeter hat, im Verhältnis zur Metallstruktur vergrößert dargestellt. Die Kühlungsluftkanäle 3 sind in der Praxis gekrümmte Hohlräume, die durch ein Werkzeug praktisch nicht zu erreichen sind, und die nichtleitende Keramikbeschichtung 5 verhindert den Zugang eines Elektrobearbeitungswerkzeugs zum leitenden metallischen Abschnitt 2 des Blattprofils. Die nichtleitende Beschichtung kann natürlich nicht bearbeitet werden, indem ein Elektrobearbeitungsvorgang angewendet wird.
Turbinenblattprofile, wie das in 2 gezeigte, erfordern gewöhnlich eine Vielzahl von Kühlungsluftbohrungen, wie durch die strichpunktierten Linien 6 angezeigt, durch die die Kühlungsluft aus den Kühlungskanälen 3 auf die äußere Oberfläche des Blattprofils strömen kann, so dass der direkte Kontakt des heißen Turbinenarbeitsmittels mit dem Blattprofil verhindert wird, und so dass die thermische Belastung des Blattprofils während des Turbinenbetriebs beträchtlich verringert wird.
Diese Vielzahl von Kühlungsluftbohrungen kann gewöhnlich nicht mit der erforderlichen Genauigkeit zu angemessenen Kosten gegossen werden, und somit ist die Anwendung eines hochpräzisen Bearbeitungsvorgangs erforderlich.
3 zeigt Detail III wie in 2 angegeben. Die Konturen der zu produzierenden Kühlungsluftbohrungen sind durch Strichlinien 7 angegeben. Auch wenn in diesem Beispiel die Bohrung in dem leitenden Metallabschnitt 2 zylindrisch ist, ist dies keine notwendige Einschränkung. In der nichtleitenden Abschnitt 5 ist eine fächerförmige Kontur zu produzieren. Der mittlere Einfallswinkel, wie durch die Mittellinie 6 der Bohrung definiert, wird als φ angegeben; die Mindest- und Maximaleinfallswinkel werden als φMiN bzw. φMAx angegeben. Man wird verstehen, dass der Öffnungswinkel zur Mittellinie 6 unsymmetrisch sein kann, und in verschiedene Richtungen variieren kann.
Bei der Anwendung herkömmlicher Laserbohrverfahren würde ein Laserstrahl nur verwendet werden, um durch die Beschichtung 5 zu brennen. Der Laserstrahldurchmesser im Arbeitsbereich wäre dann gleich dem Durchmesser des herzustellenden Lochs mit einem kreisförmigen Querschnitt.
Einleuchtenderweise ist die Geometrie der bearbeiteten Öffnung dann auf einen kreisförmigen Querschnitt, oder als auf der Oberfläche der Komponente erscheinende Projektion, eine elliptische Form, beschränkt. Daneben versteht man, dass bei der Anwendung eines solchen Verfahrens nur eine symmetrische konische Öffnung hergestellt werden kann, wobei der Öffnungswinkel grob dem Konvergenzwinkel des Laserstrahls entspricht. Es versteht sich überdies, dass bei der Anwendung eines solchen Verfahrens ein beträchtlicher Wärmefluss in das umgebende Material vorhanden ist, und daneben das Laserbohren unbemerkt in mindestens einem Teil des darunterliegenden Metallsubstrats stattfinden würde. Aufgrund dieser schädlichen Wirkungen würden lokale strukturelle Veränderungen in der Metallmikrostruktur stattfinden, und die Verbindung zwischen den leitenden und den nichtleitenden Abschnitten der Komponente würden beträchtlich nachlassen, wodurch eine Stelle für spätere schwere Schäden bereitgestellt würde. Die Erfahrung hat daneben gezeigt, dass bei der Anwendung der herkömmlichen Laserbohrtechnik ziemlich große Toleranzen akzeptiert werden müssen.
Die Varianz des Kühlungsluftdurchflusses von herkömmlich hergestellten Kühlungsluftbohrungen wurde mit einer Größe von ± 10 % des Mittelwerts bestimmt.
Gemäß der Erfindung wird nun ein Laser 8, der einen Laserstrahl 9 emittiert, angewendet.
Der Laserstrahl wird durch ein Kollimationssystem fokussiert, das hier durch eine konvexe Linse 10 dargestellt wird. Man wird verstehen, dass das in der Praxis angewendete optische System komplizierter sein wird, und Spiegeloptik dürfte bevorzugt sein, da diese keinerlei Übertragungsverluste bewirkt. Eine Spiegelgarnitur, wie etwa durch den Spiegel 11 angegeben, wird angewendet, um die Richtung des Laserstrahls zu definieren. Der Spiegel wird als quer beweglich dargestellt, wie durch Pfeil 12 angegeben, und auch um eine Drehbewegung anzuwenden, wie durch 13 angegeben. Die Anordnung der optischen Komponenten und des Werkstücks wird so gewählt, dass der Laserstrahlfokus 14 auf der Oberfläche des nichtleitenden Abschnitts lokalisiert ist, oder innerhalb des nichtleitenden Abschnitts 5. Bezüglich der Spiegelgarnitur sowie bezüglich des gesamten optischen Aufbaus ist zu verstehen, dass das gezeigte Gerät stark vereinfacht ist, um die grundlegenden Funktionen zu illustrieren. Der Fachmann wird verstehen, dass eine Anordnung, die mehrere bewegliche Spiegel umfasst, eine bessere Positionssteuerung des Fokus und/oder des Arbeitsbereichs des Laserstrahls ermöglichen wird.
Daneben können andere Ablenkungsgeräte wie Prismen oder Glasfasern, die an ihren Spitzen fokussierende Optik tragen, angewendet werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verändern. Daneben ist festzuhalten, dass solche Lasersysteme, die eine Möglichkeit bereitstellen, den Strahl zu bewegen und ihn sogar entlang einer vorprogrammierten Spur zu bewegen, als Lasergravursysteme standardmäßig erhältlich sind. Der Laser, der in einer Ausführungsform verwendet wird ist ein Nd: YAG-Laser (Neodynium Yttrium-Aluminium-Granat, Y₅Al₅O₁₂); es versteht sich jedoch, dass alternative Arten von Lasern ebenfalls verwendet werden können. Die Laserleistung wird unter anderem durch die Eigenschaften der elektrisch nichtleitenden Beschichtung bestimmt, die zu bearbeiten ist. Ein Fachmann wird verstehen, dass Geschwindigkeits- und Kostenerwägungen ebenfalls relevant sind.
Laser mit Leistungsstufen zwischen 35 W und 400 W und Laserstärken über 2·10⁸ W/cm² werden für die meisten Anwendungen gut geeignet sein. Daneben wird durch das Steuergerät 15 angegeben, dass der Laserbetrieb in einer bevorzugten Ausführungsform pulsierend sein wird, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3 kHz und 50 kHz. Es ist dann vorteilhaft, wenn der Laser 8 ein gütegeschalteter Laser ist. Die optische Garnitur ist so ausgewählt, um einen sehr engen Fokus zu erreichen. Wenn somit der Fokus sehr nahe an der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials angebracht wird, ist der Arbeitsdurchmesser des Strahls klein. Es ist für die Erfindung wesentlich, dass der Arbeitsdurchmesser deutlich kleiner ist als zu bearbeitende Geometrie, wie oben diskutiert. Somit kann für die Herstellung einer Öffnung in einer Größenordnung von 0,5 mm Durchmesser ein Arbeitsstrahl mit 10 μm bis 30 μm Durchmesser angewendet werden. Bei der Anwendung eines Schmalwinkelfokussierungssystems, d. h. bei der Anwendung einer Kollimationsoptik mit einer großen Brennweite, kann der verwendbare Teil des Laserstrahls vergleichbar groß sein, wie zum Beispiel 10 mm.
Es wurde bei der Anwendung von Laserbohrtechniken gut belegt, dass der Mindesteinfallswinkel φMIN auf ungefähr 21 Grad begrenzt ist, aufgrund der Reflexion des Laserstrahls, wenn der Winkel schmaler wird. Es wurde herausgefunden, dass die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung eine Laserbearbeitung bei Winkeln φ von weniger als 20 Grad, sogar bis zu 12 Grad flach, in einer bevorzugten Ausführungsform 15 Grad, ausgeführt werden können.
4 zeigt nun eine Draufsicht des Details aus 3, wie es in Richtung des einfallenden Laserstrahls zu sehen ist. Um eine kreisförmige Kontur 16 zu bearbeiten, wird der Laserstrahls 9 mit dem Durchmessers D_L, der offensichtlich deutlich kleiner ist als die zu produzierende Kontur, wie oben diskutiert, zum Beispiel über die Oberfläche des nichtleitenden Abschnitts 5 in einem Satz paralleler Spuren 17 geführt, wie in 4a und 4b gezeigt. Die Spur des Laserstrahls kann vollständig innerhalb der abzuschabenden Kontur sein, wie in 4a gezeigt, wobei der Laserbetrieb während des gesamten Bearbeitungsschritts kontinuierlich oder gepulst ist, oder der gescannte Bereich ist größer als die Geometrie und der Laser wird auf eine Weise betrieben, bei der er nicht in Betrieb ist, während sich der Strahl außerhalb der abzuschabenden Kontur befindet, wie durch die gepunkteten Abschnitte der Laserstrahlspur in 4b angezeigt. Spiralförmige oder fast spiralförmige Bewegung des Laserstrahls kann für geeignete Konturen angewendet werden, wie in 4c illustriert. Es kann auch ein kreisförmig gestufter Scanmodus oder ein elliptischer Stufenmodus angewendet werden, wie in 4c angezeigt. Es kann ein weiterer Satz von Spuren mit einem Winkel zum ersten Satz von Spuren geben, zum Beispiel im Wesentlichen senkrecht zum ersten. Lasergarnituren, die zum Gravieren und Markieren verwendet werden, sind standardmäßig erhältlich, bei denen der Pfad des Laserstrahls für eine Vielzahl von Konturen bereits leicht/schnell programmiert ist, und solche Garnituren können vorteilhafterweise in dem vorgeschlagenen Verfahren angewendet werden. Der Laserstrahl und/oder das Werkstück kann daneben in verschiedene Neigungswinkel gedreht werden, und somit die Bearbeitung von 3-dimensionalen Freiformen ermöglichen, wie zum Beispiel die konische Geometrie, die in 3 gezeigt wird, wobei der Neigungswinkel während des Laserbearbeitungsvorgangs von φMIN bis φMAX variieren wird. Die Bearbeitungstiefe kann, zum Beispiel durch einen konoskopischen Sensor, kontinuierlich überwacht werden.
5 zeigt das Detail aus 4 nachdem der Laserbearbeitungsschritt durchgeführt wurde. Öffnung 18 wurde in der nichtleitenden Beschichtung hergestellt, so dass der leitende Abschnitt 2 für den Zugang durch ein Elektrobearbeitungswerkzeug 19 exponiert ist, so dass der anschließende Elektrobearbeitungsschritt ausgeführt werden kann.
In 6 ist der Bearbeitungsvorgang abgeschlossen. Die laserbearbeitete Öffnung 18 in dem nichtleitenden Abschnitt 5 und die elektrobearbeitete Öffnung 20 in dem leitenden Abschnitt bilden eine Kühlungsluftbohrung. Es wurde herausgefunden, dass durch die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung, die Genauigkeit bei der Herstellung der Kühlungsluftbohrungen stark verbessert werden kann, und eine Varianz im Kühlungsluftmassenstrom von nur ± 1 % erreicht werden kann.
7 illustriert einen fächerförmigen Kühlungsluftausgang auf der Oberfläche einer gekühlten Komponente. 7a zeigt eine Draufsicht einer Öffnung, während 7b eine Querschnittsansicht zeigt. Beim Betrieb wird die Kühlungsluft durch Bohrung 20 geliefert, die in den Abschnitt 2 elektrobearbeitet wurde. Die Kontur der Austrittsöffnung 20 ist in dem nichtleitenden Abschnitt laserbearbeitet. Die Kontur der Öffnung 16 ist trapezförmig. Solche Konturen werden bei Gasturbinenblattprofilen allgemein angewendet. Ein Fachmann wird verstehen, dass die gezeigte Geometrie, wie oben beschrieben, nicht mittels herkömmlichem Laserbohren produziert werden kann, aber durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung leicht erreicht werden kann, da mit einem kleinen Laserstrahl beinahe beliebige Konturen produziert werden können, und indem der Einfallswinkel des Laserstrahls während des Laserbearbeitungsschritts variiert wird, kann auch die Querschnittskontur leicht variiert werden.
Sogar Geometrien mit der Öffnung 18 in dem nichtleitenden Abschnitt die in Richtung der Oberfläche kegelförmig sind, wie in 8 gezeigt, können mit Zugang für das Werkzeug aus der nichtleitenden Oberfläche leicht produziert werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung der Erfindung wird der nichtleitende Abschnitt 5 unter Verwendung eines Lasers bearbeitet bevor er mit dem leitenden Abschnitt 2 verbunden wird. In diesem Fall ist es wichtig, sicherzustellen, dass der nichtleitende Abschnitt 5 und der leitende Abschnitt 2 aufeinander bezogen korrekt positioniert sind, um sicherzustellen, dass das gewünschte Material aus dem leitenden Abschnitt 2 während des Elektrobearbeitungsvorgangs vollständig entfernt wird.
Diese Positionierung kann unter Verwendung der Scan- und Positionierungsvorrichtung in der Maschine automatisch durchgeführt werden. Ebenso könnte der leitende Abschnitt 2 vor dem Verbinden mit dem nichtleitenden Abschnitt 5 bearbeitet werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung können der nichtleitende Abschnitt 5 und der leitende Abschnitt 2 getrennt, aber gleichzeitig, bearbeitet werden. Die Bearbeitung kann auf zwei verschiedenen Maschinen durchgeführt werden.
Es ist jedoch auch möglich, die gleichzeitige Bearbeitung auf einer einzigen Maschine durchzuführen, die sowohl über einen Laser als auch über eine Elektrobearbeitungsvorrichtung verfügt. Erneut ist es wichtig, die Schichten 2 und 3 bezogen aufeinander nach der Bearbeitung korrekt zu positionieren, um sicherzustellen, dass die Löcher in beiden Abschnitten richtig bündig zueinander sind.
Während das Verfahren detailliert im Kontext eines Gasturbinenblattprofils beschrieben wurde, kann das Verfahren offensichtlich desgleichen für die Bearbeitung von Kühlungsluftbohrungen in anderen thermisch belasteten Motorkomponenten, wie in Wandelementen von Gasturbinenbrennkammern, angewendet werden. Daneben ist für den Fachmann ersichtlich, dass das Verfahren für die Bearbeitung anderer Verbundkomponenten vorteilhafterweise angewendet werden kann, wobei die nichtleitenden Schichten bei weitem nicht beschränkt sind auf Hitzebarrierenbeschichtungen, sondern dem Zweck des Verschleißschutzes, der Reibungsminimierung, dem Schutz gegen chemische Erosion und so weiter, dienen können, und für jede Verbundschicht, die aus einer geeigneten Kombination des vorgenannten besteht.

1: Verbundkomponente
2: leitender Abschnitt, Substrat
3: Hohlraum, Kühlungsluftkanal
4: Kühlungsluftschlitz
5: nichtleitender Abschnitt, Schutzschicht
6: Achse der Kühlungsluftbohrung
7: Kontur der Kühlungsluftbohrung
8: Laser
9: Laserstrahl
10: Kollimationsoptik
11: Spiegelgarnitur
12: Querbewegung
13: Drehbewegung
14: Laserstrahlfokus
15: Steuergerät
16: Kontur
17: Spur des Laserstrahls auf der Oberfläche des Werkstücks, Scanspur
18: laserbearbeitete Öffnung
19: Elektrobearbeitungswerkzeug
20: elektrobearbeitete Öffnung
A: Verdichter
B: Brennkammer
C: Turbine
D: Generator
φ: Einfallswinkel

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Verbundkomponente (1), wobei die Komponente einen elektrisch nichtleitenden Abschnitt (5) und einen elektrisch leitenden Abschnitt (2) umfasst, und wobei die Komponente mindestens eine genau festgelegte bearbeitete Geometrie (18, 20) aufweist, in welcher der elektrisch nichtleitende Abschnitt mittels eines Lasers bearbeitet ist und der elektrisch leitende Teil mittels Elektrobearbeitung bearbeitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst – Anwenden einer fokussierten Laserausrüstung mit einem Fokusdurchmesser (D_L) der deutlich kleiner ist, als die zu bearbeitende Geometrie; – Anbringen des Lasers (9) auf die Oberfläche des nichtleitenden Teils auf eine solche Weise, dass der Strahldurchmesser (D_L) auf der Oberfläche deutlich kleiner ist als die zu bearbeitende Geometrie; Anbringen des Fokus im Wesentlichen auf die Oberfläche des nichtleitenden Abschnitts oder innerhalb des nichtleitenden Abschnitts; – Anwenden des Laserstrahls der fokussierten Laserausrüstung; – Führen des Laserstrahls einem definierten Pfad (17) folgend über die Oberfläche des nichtleitenden Abschnitts, so dass die gewünschte Geometrie (18) in den nichtleitenden Abschnitt (5) eingraviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt der Anwendung einer beweglichen Ablenkgarnitur (11), insbesondere einer Spiegelgarnitur umfasst, um den Laserstrahl zu lenken.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner die Schritte umfasst – Laserbearbeitung des nichtleitenden Abschitts (5); und – Verbinden des laserbearbeiteten nichtleitenden Abschnitts mit dem leitenden Abschnitt (2); in dieser Reihenfolge.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner den Schritt der Elektrobearbeitung des leitenden Abschnitts (2) vor dem Verbinden des leitenden (2) mit dem nichtleitenden (5) Abschnitt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner die Schritte umfasst – Verbinden des nichtleitenden Abschnitts (5) und des leitenden Abschnitts (2); und – Laserbearbeitung des nichtleitenden Abschnitts, der mit dem leitenden Abschnitt verbunden ist, in dieser Reihenfolge.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner den Schritt der Elektrobearbeitung des leitenden Abschnitts (2) vor dem Verbinden des nichtleitenden (5) mit dem leitenden (2) Abschnitt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner die Schritte umfasst – Anwenden eines leitenden Substrats (2) als leitendem Abschnitt; – Herstellen einer nichtleitenden Beschichtung (5) auf mindestens einem Teil der Oberfläche des leitenden Substrats, um den nichtleitenden Abschnitt zu bilden, in dieser Reihenfolge, vor dem Schritt der Laserbearbeitung.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren ferner den Schritt der Elektrobearbeitung des leitenden Substrats (2) vor dem Beschichtungsschritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 5 oder 7, das ferner die Schritte umfasst – Ausführen des Laserbearbeitungsvorgangs des nichtleitenden Abschnitts (5) – sobald der Laserbearbeitungsvorgang vollständig ausgeführt wurde, so dass der leitende Abschnitt exponiert wurde: Erreichen des leitenden Abschnitts mit einem Elektrobearbeitungswerkzeug (19) durch die laserbearbeitete Öffnung (18) im nichtleitenden Abschnitt; – Ausführen des Elektrobearbeitungsvorgangs des leitenden Abschnitts (2)
verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, das ferner den Schritt des Anwendens eines Elektroerosivbearbeitungsvorgangs oder eines elektrochemischen Bearbeitungsvorgangs wie den Elektrobearbeitungsvorgang umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, das den Schritt der Herstellung von nichtkreisförmigen Querschnittsöffnungen in dem nichtleitenden Abschnitt umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, das ferner den Schritt des Drehens mindestens eines Laserstrahls (9) und der Komponente (1) in verschiedene Einfallswinkel (φ), bezogen auf die Oberfläche des nichtleitenden Abschnitts, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das den Schritt der Herstellung einer 3-dimensinalen Freiformöffnung im nichtleitenden Abschnitt umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, das den Schritt der Ausführung des Laserbearbeitungsvorgangs bei einem Einfallswinkel (φ), wie gegen die Oberfläche des nichtleitenden Abschnitts gemessen, von weniger als 20 Grad umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das den Schritt der Ausführung des Laserbearbeitungsvorgangs bei einem Einfallswinkel, wie gegen die Oberfläche des nichtleitenden Abschnitts gemessen, zwischen 20 Grad und 12 Grad umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Verfahren den Schritt des Pulsierens des Laserstrahls umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Pulsierens des Laserstrahls bei einer Frequenz von über 500 Hz umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Anwendens eines gütegeschalteten Lasers umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, in welchem der Elektrobearbeitungsvorgang und der Laserbearbeitungsvorgang auf verschiedenen Vorrichtungen durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Verfahren ferner den Schritt des physikalischen Entfernens der Komponente aus einer ersten Bearbeitungsvorrichtung und dessen Transport zu einer zweiten Bearbeitungsvorrichtung zwischen dem Elektrobearbeitungsvorgang und dem Laserbearbeitungsvorgang umfasst.
Verbundkomponente hergestellt unter Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Verbundkomponente einen elektrisch nichtleitenden Abschnitt (5) und einen elektrisch leitenden Abschnitt (2) umfasst, und mit mindestens einer genau definierten bearbeiteten Geometrie (18, 20) ausgestattet ist, die eine laserbearbeitete Öffnung (18) in dem nichtleitenden Abschnitt (5) und eine elektrobearbeitete Öffnung (20) in dem leitenden Abschnitt umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die laserbearbeitete Öffnung (18) in dem nichtleitenden Abschnitt (5) eine 3-dimensionale Freiform ist.
Verbundkomponente gemäß Anspruch 21, in welcher die laserbearbeitete Öffnung (18) einen Öffnungswinkel hat, und die elektrobearbeitete Öffnung (20) eine Mittellinie (6) hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der laserbearbeiteten Öffnung (18) bezogen auf die Mittellinie (6) unsymmetrisch ist.
Verbundkomponente gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die laserbearbeitete Öffnung (18) eine trapezförmige Kontur hat.
Verbundkomponente gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die laserbearbeitete Öffnung (18) in dem nichtleitenden Abschnitt (5) in Richtung der Oberfläche des nichtleitenden Abschnitts (5) kegelförmig ist.
Verbundkomponente nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei die Verbundkomponente eine Komponente einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Gasturbinenmotors (A, B, C), ist.
Verbundkomponente nach einem der Ansprüche 21 oder 25, in welcher der nichtleitende Abschnitt aus einem Hitzebarrierenmaterial oder einem verschleißbeständigen Material oder beidem besteht.
Verbundkomponente nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei der nichtleitende Abschnitt entweder aus Zirconiumdioxid ZrO₂ oder Aluminiumoxid Al₂O₃ besteht, oder eine Verbundschicht, die mindestens eines von beiden umfasst.
Verbundkomponente nach einem der Ansprüche 21 bis 27, in welcher die genau definierte bearbeitete Geometrie ein Kühlungsluftloch (18, 20), insbesondere ein Filmkühlungsloch ist.
Turbomaschine, insbesondere ein Gasturbinenmotor (A, B, C), der eine Verbundkomponente gemäß einem der Ansprüche 21 bis 28 umfasst.