WO2009089840A1 - Verfahren und vorrichtung zur geregelten edm-bearbeitung - Google Patents

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WO2009089840A1 PCT/EP2008/000207 EP2008000207W WO2009089840A1 WO 2009089840 A1 WO2009089840 A1 WO 2009089840A1 EP 2008000207 W EP2008000207 W EP 2008000207W WO 2009089840 A1 WO2009089840 A1 WO 2009089840A1
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    • B23H9/14—Making holes

Definitions

  • the invention relates to a method for the controlled EDM machining of a component according to claim 1 and a corresponding apparatus according to claim 12.
  • Metallic components can be processed in various ways.
  • One possibility is the EDM machining (spark erosion).
  • the object of the invention is to further improve the effectiveness of EDM processing.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 12.
  • FIG. 1 schematically show the course of an EDM processing
  • FIG. 3 shows a gas turbine
  • FIG. 4 is a perspective view of a turbine blade
  • FIG. 5 is a perspective view of a combustion chamber
  • FIG. 6 is a list of superalloys.
  • FIG. 1 shows a device 1 for EDM processing of a substrate 4 of a component.
  • the component may be a turbine blade 120, 130 (FIGS. 3, 4), a combustor portion 155 (FIG. 5) of a turbine, in particular a gas turbine 100 (FIG. 3).
  • the material of the substrate 4 is preferably a cobalt, nickel or iron based superalloy.
  • a superalloy according to FIG. 6 is used.
  • the substrate 4 with the surface 7 is processed by means of an EDM electrode 10 in order to produce a specific structure in the substrate 4 or in the component 120, 130, 155.
  • the EDM electrode 10 is preferably partially conical, which is not known in the prior art, so that the EDM processing parameters are not known.
  • the conicity is present at the tip 28 of the EDM electrode 10 and the remainder is preferably round or rectangular in cross-section.
  • a generator 19 which is electrically connected by means of lines 13, 22 to the substrate 4 and the EDM electrode 10, generates a voltage which leads to the generation of a spark rollover between the tip of the electrode 10 and the substrate 4.
  • the machining parameters are no longer optimal if the hole to be produced, no matter in which form, extends obliquely to a surface 7 and the effective electrode surface is located changes, so when the area of the electrode changes, which contributes to the processing.
  • the hole 25 is just one example of a structure to be fabricated in the substrate.
  • the length Al has increased to the length A2 and the length Bl has increased to the length B2 and accordingly, the surface newly created strat Y 1 (Y '> Y) in the sub- 4th
  • this progress of the processing of the substrate 4 is measured.
  • the measurement can be checked continuously or in predetermined small steps (discontinuous).
  • a progress parameter for. Example, the generated area (Y, Y 1 ) or an effective electrode surface, between which a sparkover occurs between the EDM electrode 10 and the substrate 4, are determined.
  • B. penetration depth d of the EDM electrode 10 can also be measured as a measure of the effective electrode surface area.
  • the end ring depth d can be determined over the length of the EDM electrode 10, which still protrudes from the substrate 4, and the penetration angle.
  • the performance of the EDM processing can be increased or decreased accordingly.
  • the generator power would be increased to make the EDM machining efficient.
  • the feed rate can be changed.
  • the power and the feed speed can be adjusted simultaneously or alternately.
  • the device 1 has a control of the feed rate and / or power control (not shown), which drives the EDM electrode 10 faster or slower or varies the power. Likewise, there may be no need for adjustment throughout EDM processing, even as the progress of EDM processing is measured.
  • FIG. 3 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • a compressor 105 for example, a torus-like
  • Combustion chamber 110 in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109.
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an example annular hot gas channel 111.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is guided to the burners 107 and mixed there with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure longitudinal grains
  • iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and represents yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earths or hafnium).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and represents yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earths or hafnium.
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • a thermal barrier coating On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • EB-PVD electron beam evaporation
  • the guide blade 130 has a guide blade root facing the inner housing 138 of the turbine 108 (not shown here) and a guide blade foot opposite
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has, along the longitudinal axis 121, a fastening area 400, an adjacent blade platform 403 and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have another platform at its blade tip 415 (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • blades 120, 130 for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
  • superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
  • the blade 120, 130 can hereby be produced by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • directionally solidified structures generally refers to single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, as well as stem crystal structures that have grain boundaries running in the longitudinal direction but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures. Such methods are known from US Pat. No. 6,024,792 and EP 0 892 090 A1.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8A1-0, 6Y-0, 7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y.
  • nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-1OA1-O, 4Y-1 are also preferably used , 5Re.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • suitable coating methods e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 5 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged in the circumferential direction about an axis of rotation 102 open into a common combustion chamber space 154 which generates flames 156.
  • the combustion chamber 110 is in their entirety designed as an annular structure which is positioned around the rotation axis 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a relatively high temperature of the working medium M of approximately 1000 0 C to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed from heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working fluid side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or
  • a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may have to be freed of protective layers after their use (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.
  • the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.

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Abstract

Nach dem Stand der Technik wird bei der EDM-Bearbeitung ein konstanter Strom eingestellt. Dies führt bei der Veränderung der wirksamen Elektrodenfläche zur langsameren Bearbeitung des Substrats (4). Erfindungsgemäß wird die wirksame Elektrodenoberfläche gemessen und entsprechend werden die relevanten Bearbeitungsparameter angepasst.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur geregelten EDM-Bearbeitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geregelten EDM-Bear- beitung eines Bauteils gemäß Anspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 12.
Metallische Bauteile können auf verschiedene Art und Weise bearbeitet werden. Eine Möglichkeit stellt die EDM-Bearbei- tung (Funkenerosion) dar.
Aufgabe der Erfindung ist die Effektivität der EDM-Bearbeitung weiterhin zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die in beliebiger Art und Weise in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden können.
Es zeigen:
Figur 1, 2 schematisch den Ablauf einer EDM-Bearbeitung, Figur 3 eine Gasturbine,
Figur 4 perspektivisch eine Turbinenschaufel, Figur 5 perspektivisch eine Brennkammer und Figur 6 eine Liste von Superlegierungen.
Die Figuren und die Beschreibung zeigen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Figur 1 ist eine Vorrichtung 1 zur EDM-Bearbeitung eines Substrats 4 eines Bauteils gezeigt.
Das Bauteil kann eine Turbinenschaufel 120, 130 (Fig. 3, 4), ein Brennkammerteil 155 (Fig. 5) einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine 100 (Fig. 3) sein.
Das Material des Substrats 4 ist vorzugsweise eine kobalt-, nickel- oder eisenbasierte Superlegierung. Insbesondere wird eine Superlegierung gemäß Figur 6 verwendet.
Das Substrat 4 mit der Oberfläche 7 wird mittels einer EDM- Elektrode 10 bearbeitet, um eine bestimmte Struktur im Substrat 4 oder im Bauteil 120, 130, 155 herzustellen. Die EDM-Elektrode 10 ist vorzugsweise teilweise konisch ausgebildet, was aus dem Stand der Technik nicht bekannt ist, so dass auch die EDM-Bearbeitungsparameter nicht bekannt sind. Insbesondere ist die Konizität an der Spitze 28 der EDM- Elektrode 10 vorhanden und der Rest ist im Querschnitt vor- zugsweise rund oder rechteckig ausgebildet.
Dabei erzeugt ein Generator 19, der mittels Leitungen 13, 22 mit dem Substrat 4 und der EDM-Elektrode 10 elektrisch verbunden ist, eine Spannung, die zum Generieren eines Funken- Überschlags zwischen der Spitze der Elektrode 10 und dem Substrat 4 führt .
Nach dem Stand der Technik erfolgt keine Änderung der Bearbeitungsparameter, insbesondere wird ein konstanter Strom für die gesamte Bearbeitungsdauer am Beginn der Bearbeitung ein- gestellt.
Dies ist bei der Erstellung eines zylindrischen Lochs, das z. B. senkrecht auf einer planaren Oberfläche erzeugt wird, auch die optimale Einstellung.
Jedoch, wie in Figur 1 nur beispielhaft dargestellt, sind die Bearbeitungsparameter nicht mehr optimal, wenn das herzustellende Loch, egal in welcher Form, schräg zu einer Oberfläche 7 verläuft und sich die wirksame Elektrodenfläche sich ändert, also wenn sich die Fläche der Elektrode verändert, die zur Bearbeitung beiträgt.
Das Loch 25 ist nur ein Beispiel für eine herzustellende Struktur im Substrat .
In Figur 1 gibt es in der Schnittzeichnung eine Länge Al und Bl, korrespondierend zu einer neu erzeugten Fläche Y im Substrat 4, die ziemlich am Beginn der Bearbeitung mit Anfangs- werten der EDM-Bearbeitungsparameter erzeugt wurde.
In einem fortgeschrittenen Stadium der EDM-Bearbeitung gemäß Figur 2 hat sich die Länge Al auf die Länge A2 vergrößert sowie hat sich die Länge Bl auf die Länge B2 vergrößert und dementsprechend die neu erzeugte Fläche Y1 (Y'> Y) im Sub- strat 4.
Erfindungsgemäß wird dieser Fortschritt der Bearbeitung des Substrats 4 gemessen. Die Messung kann kontinuierlich oder in vorgegebenen kleinen Schritten (diskontinuierlich) überprüft werden.
Mittels einer Messvorrichtung 11 kann ein Fortschrittsparameter, z. B. die erzeugte Fläche (Y, Y1) oder eine wirksame Elektrodenfläche, zwischen der ein Funkenüberschlag zwischen der EDM-Elektrode 10 und dem Substrat 4 stattfindet, bestimmt werden.
Weitere Parameter, wie z. B. Eindringtiefe d der EDM-Elektrode 10, können auch als ein Maß für die wirksame Elektroden- fläche gemessen werden.
Die Endringtiefe d kann bestimmt werden über die Länge der EDM-Elektrode 10, die noch aus dem Substrat 4 herausragt, und dem Eindringwinkel .
Gemäß diesen gemessenen Fortschrittsparametern kann Vorzugs weise die Leistung der EDM-Bearbeitung entsprechend erhöht oder erniedrigt werden. Gemäß Figur 2 würde die Generatorleistung erhöht werden, um die EDM-Bearbeitung effizient zu gestalten. Ebenso kann die Vorschubgeschwindigkeit verändert werden. Ebenso können die Leistung und die Vorschubgeschwindigkeit gleichzeitig oder abwechselnd angepasst werden. Dabei weist die Vorrichtung 1 eine Regelung der Vorschubgeschwindigkeit und/oder Leistungsregelung auf (nicht dargestellt) , die die EDM-Elektrode 10 schneller oder langsamer vorantreibt bzw. die Leistung variiert. Ebenso kann es sein, dass während der gesamten EDM-Bearbeitung keine Anpassung notwendig ist, auch wenn der Fortschritt der EDM-Bearbeitung gemessen wird.
Die Figur 3 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige
Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109. Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) . Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be- reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge- stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden
Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .
Die Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf- einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge- stellt) . Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausge- staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet . Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Rich- tung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) . Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .
Vorzugsweise weist die SchichtZusammensetzung Co-30Ni-28Cr- 8A1-0, 6Y-0, 7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0 , 6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al- 0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-llAl-0 , 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 1OA1-O,4Y-1, 5Re. Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt . Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht .
Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.
Die Figur 5 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerräum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 10000C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme- dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder
Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphäri- sches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur geregelten EDM-Bearbeitung eines Substrats (4) , bei dem ein Fortschrittsparameter der herzustellenden Struktur im zu bearbeitenden Substrat (4) während der EDM- Bearbeitung gemessen wird, der ein Maß für den Fortschritt der EDM-Bearbeitung dar- stellt, und der zur Anpassung eines EDM-Bearbeitungsparameters der EDM-Bearbeitungsanlage verwendet wird und wobei der EDM-Bearbeitungsparameter zumindest ausgewählt wird aus der Gruppe: Leistung, Spannung, Strom der EDM-Be- arbeitungsanlage .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Fortschrittsparameter kontinuierlich gemessen oder bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Fortschrittsparameter diskontinuierlich gemes- sen oder bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Fortschrittsparameter eine Fläche (Y, Y1) ist, die einer EDM-Elektrode (10) innerhalb des Substrats (4) gegenüberliegt .
5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3 bei dem der Fortschrittsparameter die Eindringtiefe (d) einer EDM-Elektrode (10) in das Substrat (4) darstellt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem ein Loch (25) hergestellt wird, das die herzustellende Struktur darstellt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6 , bei dem ein Schichtsystem bearbeitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als EDM-Bearbeitungsparameter nur die Leistung verändert , insbesondere erhöht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als EDM-Bearbeitungsparameter nur die Spannung verändert wird, insbesondere erhöht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als EDM-Bearbeitungsparameter nur der Strom verändert wird, insbesondere erhöht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine zumindest teilweise konische EDM-Elektrode (10) verwendet wird, die insbesondere an der Spitze (28) konisch ausgebildet ist.
12. Vorrichtung (1) zur geregelten EDM-Bearbeitung eines Substrats (4) , die ein Mittel zur Messung eines Fortschrittsparameters einer herzustellenden Struktur in einem zu bearbeitenden Substrat (4) und ein Mittel zur Regelung eines EDM-Bearbeitungsparameters in Abhängigkeit von dem gemessenen Fortschrittsparameter aufweist .
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, die eine Leistungsregelung einer EDM-Elektrode (10) aufweist .
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, die eine Regelung der Spannung einer EDM-Elektrode (10) aufweist .
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, die eine Regelung des Stroms einer EDM-Elektrode (10) aufweist .
16. Vorrichtung nach Anspruch 12, die eine zumindest teilweise konisch geformte EDM-Elektrode (10) aufweist, die insbesondere an der Spitze (28) konisch ausgebildet ist.
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